基於紫蜂協議的無線廣播系統的製作方法

2023-11-06 00:13:02

基於紫蜂協議的無線廣播系統的製作方法
【專利摘要】本發明是一種基於紫蜂協議（Zigbee)無線通信及PCM編解碼的無線廣播系統，語音信號處理電路（1)、PCM編碼及多路時鐘發生電路（2)、信號發送電路（3)順序連接，信號發送電路（3)將信號發送至Zigbee無線網絡（4)，信號經過Zigbee無線網絡（4)分別傳輸到第一無線接收電路（5-1)、第二無線接收電路（5-2)、…、第n無線接收電路（5-n)，第一無線接收電路、第一PCM解碼電路、第一語音輸出電路順序連接，第二無線接收電路、第二PCM解碼電路、第二語音輸出電路順序連接，第n無線接收電路、第nPCM解碼電路、第n語音輸出電路順序連接。具有自動組網、可加密傳輸、高保真無線信號傳輸、安裝維護簡單易操作、擴容能力強、低成本、低功耗、工作在2.4GHz免執照頻段。
【專利說明】基於紫蜂協議的無線廣播系統

【技術領域】
[0001] 本發明是基於紫蜂協議（Zigbee)的無線廣播系統，屬於無線通信的【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 廣播系統是傳播公共信息的一種工具，廣泛應用於工廠、校園、車站、辦公樓等公 共場所。廣播系統可以播放背景音樂，在突發緊急事故時轉為警報廣播。
[0003] 隨著無線通信技術的發展，無線廣播技術的研究和運用正受到越來越多的關注。 早期的廣播系統採用有線廣播，有線廣播需要立杆架線，成本極高，而且覆蓋範圍有限，信 號失真也較為嚴重；而現在較為流行的無線廣播系統採用無線調幅或調頻技術，實現了語 音信號的無線傳輸，避免了立杆架線麻煩，同時具有使用方便和成本低等優點，但也存在一 些不足，如地下管道、大樓地下室等一些無線信號不能直接接收或一時沒有現成廣播系統 的地方，就不能隨時應用。本系統的主要功能就是實現上述應急通信，為消防、救援等需要 應急通信的場合提供應急廣播服務。


【發明內容】

[0004] 技術問題：本發明的目的是提供一種低成本高性能的應急無線廣播系統，是一套 基於紫蜂協議（Zigbee)無線通信及脈衝編碼調製（PCM)編解碼的無線廣播系統，可以為 多個終端設備提供語音廣播，實現語音信號的高保真傳輸，還具有加密傳輸、自動組網等功 能。
[0005] 技術方案：本發明的基於Zigbee的無線廣播系統包括語音信號處理電路、PCM編 碼及多路時鐘發生電路、信號發送電路、Zigbee無線網絡、第一無線接收電路、第二無線接 收電路、…、第η無線接收電路、第一 PCM解碼電路、第二PCM解碼電路、…、第nPCM解碼 電路、第一語音輸出電路、第二語音輸出電路、…、第η語音輸出電路；其中，語音信號處理 電路、PCM編碼及多路時鐘發生電路、信號發送電路順序連接，信號發送電路將信號發送至 Zigbee無線網絡，信號經過Zigbee無線網絡分別傳輸到第一無線接收電路、第二無線接收 電路、…、第η無線接收電路，第一無線接收電路、第一 PCM解碼電路、第一語音輸出電路順 序連接，第二無線接收電路、第二PCM解碼電路、第二語音輸出電路順序連接，第η無線接收 電路、第nPCM解碼電路、第η語音輸出電路順序連接。
[0006] 所述的語音信號放大電路採用一個話筒和一個型號為"0Ρ07"的集成電路，其中， 話筒實現語音信號的聲-電轉換，轉換後的信號經過一個電容器隔離直流信號後再經過一 個電阻器後接到型號為"0Ρ07"的IN-端，型號為"0Ρ07"的集成電路的IN-端和OUT端通 過一個滑動變阻器連接，改變滑動變阻器的大小可以對信號進行放大。
[0007] 所述的PCM編碼及多路時鐘發生電路採用型號為"TP3067"的集成電路，其中， 語音信號分別經過一個固定電阻器和一個滑動變阻器接到型號為"TP3067"集成電路的 VFxI-端和GSx端，型號為"TP3067"的集成晶片的FSx端接8KHz的脈衝信號、BCLKx端和 MCLKx端均接2. 048MHz的脈衝信號。
[0008] 所述的第一 PCM解碼電路、第二PCM解碼電路、…、第nPCM解碼電路，具有相同的 電路結構，均採用型號為"TP3067"的集成電路，在該電路中，將二進位數位訊號接到型號為 "TP3067"集成電路的DR端，型號為"TP3067"集成電路的VP0-通過一個電阻接到VPI端、 VFR0端通過一個滑動變阻器接到VPI端，型號為"TP3067"的集成晶片的FSR端接8KHz的 脈衝信號、BCLKR/CLKSEL端和MCLKR/PDn端均接2. 048MHz的脈衝信號，在型號為"TP3067" 的VP0+端可得到解碼後的語音信號。
[0009] 所述的Zigbee無線網絡採用型號為"CC2530"的集成模塊電路，運用簇狀網絡拓 撲組成無線通信網絡。
[0010] 所述的PCM編碼及多路時鐘發生電路、第一 PCM解碼電路、第二PCM解碼電路、…、 第nPCM解碼電路中所需要的2. 048MHz主時鐘信號採用型號為12C5A60S2的單片機產生； 2. 048MHz的時鐘信號採用型號為74161的集成電路進行256分頻獲得8KHz的時鐘信號。 [0011] 所述的信號發送電路採用型號為"CC2530"的集成電路，該電路將PCM編碼輸出的 數位訊號發送至Zigbee無線網絡，由Zigbee無線網絡將數位訊號發送到各個接收終端。
[0012] 所述的Zigbee無線網絡由Zigbee協調器、Zigbee路由器組建，二者均由型號為 "CC2530"的集成電路構成。Zigbee協調器是一個全功能設備，是整個網絡的控制者，它負 責自動組建網絡、協調各個路由器並向路由器發送經過編碼的數據；路由器作為數據的中 轉站，可以和協調器進行相互通信，其主要作用是接收來自協調器的數據並發送給所有的 無線接收終端。
[0013] 有益效果：本無線廣播系統採用了 Zigbee無線通信、PCM編解碼等技術，具有如下 特點：1)自動組網；2)加密傳輸；3)高保真無線信號傳輸；4)安裝維護簡單；5)擴容能力 強；6)低成本、低功耗；7)工作在2. 4GHz免執照頻段。
[0014] 1.低成本、低功耗：
[0015] 本廣播系統採用型號為"CC2530"的Zigbee構建無線通信網絡，並以型號為 "TP3067"的集成電路為編解碼電路。本系統無線通信工作在2. 4GHz免執照頻段，故整個系 統成本低；終端信號接收電路在低功耗模式下由兩節5號電池可工作數月，整體電路可進 入休眠待機模式，功耗極低。
[0016] 2.採用PCM編解碼技術，信號傳輸高保真：
[0017] 語音信號發送前處理及語音信號的還原均採用PCM脈衝編碼調製技術。PCM脈衝 編碼調製是把模擬信號數位化傳輸技術，它通過抽樣、量化和編碼，把一個時間連續、取值 連續的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數位訊號，通過Zigbee無線網絡進行傳輸， 數位訊號傳輸抗幹擾能力強，傳輸質量高。
[0018] 3.系統可自動組網、實現容易：
[0019] 本系統的Zigbee無線網絡部分由Zigbee協調器、Zigbee路由器等構成。協調器 能自動組網，它負責建立新的網絡、發送網絡信標、管理整個系統中的路由器、存儲網絡信 息等；一個系統中只有一個協調器，只要控制好協調器就能對整個系統進行控制了。
[0020] 4.可對多個終端進行廣播、擴容能力強：
[0021] 一個路由器可以向多個終發送數據，最多可以連接255個無線終端。增加路由器 的數量可以對系統進行擴容。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明系統總體設計框圖，其中有：語音信號處理電路1、PCM編碼及多路時 鍾發生電路2、信號發送電路3、Zigbee無線網絡4、第一無線接收5-1電路、第二無線接收 電路5-2、…、第η無線接收電路5-n、第一 PCM解碼電路6-1、第二PCM解碼電路6-2、…、 第nPCM解碼電路6-n、第一語音輸出電路7-1、第二語音輸出電路7-2、…、第η語音輸出電 路 7_η。
[0023] 圖2是語音信號處理電路。
[0024] 圖3是PCM編碼電路。
[0025] 圖4是PCM解碼電路。
[0026] 圖5是多路時鐘信號發生模塊電路，將2. 048MHz信號進行256分頻。

【具體實施方式】
[0027] 1總體框圖：
[0028] 本Zigbee無線廣播系統由語音信號處理電路1、PCM編碼及多路時鐘發生電路2、 信號發送電路3、Zigbee無線網絡4、第一無線接收5-1電路、第二無線接收電路5-2、…、 第η無線接收電路5-n、第一 PCM解碼電路6-1、第二PCM解碼電路6-2、…、第nPCM解碼電 路6-n、第一語音輸出電路7-1、第二語音輸出電路7-2、…、第η語音輸出電路7-n組成，系 統總體設計框圖如圖1所示：
[0029] 2無線廣播網絡：
[0030] Zigbee無線廣播網絡：
[0031] ZigBee是基於IEEE802. 15. 4標準的低功耗區域網協議，ZigBee技術是一種短距 離、低功耗的無線通信技術，相比較於其他無線通信技術具有低成本、低功耗、組網簡單靈 活等優點。本廣播系統採用型號為"CC2530"的Zigbee集成模塊電路，並採用簇狀網絡拓 撲構建無線網絡，簇狀網絡中協調器、路由器、終端設備功能清晰，組網簡單靈活，佔用資源 少，擴容能力強大。
[0032] 3語音信號處理技術
[0033] PCM編解碼技術：
[0034] 脈衝編碼調製（PulseCodeModulationPCM是一種模擬信號的數位化方法，即是對 模擬信號先抽樣，再對樣值幅度量化，最後編碼的過程。本系統將採集放大後的語音信號進 行PCM編碼變成二進位數位訊號後通過Zigbee無線網絡進行傳輸，在終端接收設備中採 用PCM解碼技術將二進位數位訊號還原成語音信號。通過PCM編解碼技術實現語音信號一 數位訊號一語音信號的轉換，系統中傳輸的是二進位的數位訊號，具有抗幹擾能力強、高保 真、高質量的優點。
[0035] 4具體模塊簡介：
[0036] 根據上述分析，本基於Zigbee的無線廣播系統各模塊電路作用如下：
[0037] 4.1語音信號處理電路
[0038] 本電路如圖2所示，由話筒和型號為""0P07"的集成電路構成。話筒實現語音的 聲-電轉化，轉換後的電信號通過型號為"0P07"的集成電路適當的放大後進入後一級的 PCM編碼電路進打編碼。
[0039] 4. 2PCM編碼、PCM解碼電路
[0040] PCM編碼電路的功能是將連續的模擬語音信號通過抽樣、量化、編碼轉化成只有 "0"和" 1"的二進位數位訊號，而PCM解碼電路則將二進位數位訊號轉化成模擬語音信號。
[0041] 本電路採用型號為"TP3067"的晶片，該晶片既可以編碼，也可以進行解碼。進行 編碼時如圖3所示，將語音信號接到語音信號輸入端，在2. 048MHz的主時鐘信號及8KHz的 編碼時鐘信號的驅動下，在PCM編碼輸出端就可以等到二進位的數位訊號；進行PCM解碼 時如圖4所示，將二進位的數位訊號接到PCM解碼輸入端，同樣在2. 048MHz主時鐘信號及 8KHz解碼時鐘信號的驅動下，語音信號輸出端就可以得到與數位訊號相關的語音信號，通 過揚聲器放大電路就能得到語音了。
[0042] 4. 3多路PCM編解碼時鐘信號發生電路
[0043] PCM編解碼電路在工作時需要頻率為2. 048MHz的主時鐘信號以及8KHz的編解碼 時鐘信號。多路時鐘發生電路先採用型號為12C5A60S2的單片機通過內部的定時器產生頻 率為2. 048MHz的脈衝信號作為PCM編解碼的主時鐘信號；如圖5所示，該電路是256分頻 電路，採用型號為"74161"的集成電路實現，"74161"是4位二進位可預置同步加法計數器， 將兩個"74161"級聯就可以實現256分頻，將2. 048MHz的脈衝信號接到256分頻電路的輸 入端，在輸出端可以得到8KHz的脈衝信號，即可作為PCM編解碼的時鐘信號。
[0044] 5Zigbee 無線網絡
[0045] 本廣播系統的無線通信網絡採用Zigbee的簇狀網絡拓撲進行組建。
[0046] 整個Zigbee無線通信網絡由Zigbee協調器、Zigbee路由器等組成，採用簇狀網 絡拓撲。協調器是一個全功能設備，一個網絡系統中只能有一個協調器，是整個網絡的中 心，負責自動組網、管理整個系統的路由器、向各個路由器發送信號；路由器作為網絡的中 轉站，負責將接收到的信號發送到終端設備，路由器是溝通終端設備與協調器的橋梁，每個 路由器可以管理數百個終端設備；終端設備接收到信號後送到下一級的處理電路進行處 理。通過增加路由器的數量就可以對無線網絡進行擴容，所以本系統的擴容能力強大，而且 只要管理好網絡中的唯一的一個協調器即可，組網及維護靈活簡單。
[0047] 本Zigbee無線廣播系統工作方式為：語音信號進入放大電路進行適當的放大， PCM編碼電路將放大後的語音信號轉化成只有"〇"和"i"的二進位數位訊號，信號發送電路 將二進位數位訊號發送到Zigbee無線網絡，Zigbee無線網絡自動組建無線通信網絡，二進 制數位訊號通過Zigbee無線網絡傳輸到各個無線接收電路，接收電路將接收到的二進位 數位訊號送入PCM解碼電路，PCM解碼電路將數位訊號還原成語音信號送到揚聲器進行廣 播。由於本系統具有自動組網功能，所以如果想要增大系統的容量，只要增加路由器及相關 終端設備的數量即可。
【權利要求】
1. 一種基於Zigbee的無線廣播系統，其特徵在於該系統包括：語音信號處理電路（1)、 PCM編碼及多路時鐘發生電路（2)、信號發送電路（3)、Zigbee無線網絡（4)、第一無線接 收電路（5-1)、第二無線接收電路（5-2)、…、第η無線接收電路（5-n)、第一 PCM解碼電路 (6-1)、第二PCM解碼電路（6-2)、…、第nPCM解碼電路（6-n)、第一語音輸出電路（7-1)、第 二語音輸出電路（7-2)、···、第η語音輸出電路（7-n);其中，語音信號處理電路（1)、PCM編 碼及多路時鐘發生電路（2)、信號發送電路（3)順序連接，信號發送電路（3)將信號發送至 Zigbee無線網絡（4)，信號經過Zigbee無線網絡（4)分別傳輸到第一無線接收電路（5-1)、 第二無線接收電路（5-2)、…、第η無線接收電路（5-n)，第一無線接收電路（5-1)、第一 PCM 解碼電路￠-1)、第一語音輸出電路（7-1)順序連接，第二無線接收電路（5-2)、第二PCM譯 碼電路￠-2)、第二語音輸出電路（7-2)順序連接，第η無線接收電路（5-n)、第nPCM解碼 電路（6-n)、第η語音輸出電路（7-n)順序連接。
2. 根據權利要求1所述的基於Zigbee的無線廣播系統，其特徵在於所述的語音信號 放大電路⑴採用一個話筒和一個型號為"0P07"的集成電路，其中，話筒實現語音信號的 聲-電轉換，轉換後的信號經過一個電容器隔離直流信號後再經過一個電阻器後接到型號 為"0P07"的IN-端，型號為"0P07"的集成電路的IN-端和OUT端通過一個滑動變阻器連 接，改變滑動變阻器的大小可以對信號進行放大。
3. 根據權利要求1所述的基於Zigbee的無線廣播系統，其特徵在於所述的PCM編碼 及多路時鐘發生電路（2)採用型號為"TP3067"的集成電路，其中，語音信號分別經過一個 固定電阻器和一個滑動變阻器接到型號為"TP3067"集成電路的VFxI-端和GSx端，型號為 "TP3067"的集成晶片的FSx端接8KHz的脈衝信號、BCLKx端和MCLKx端均接2. 048MHz的 脈衝信號。
4. 根據權利要求1所述的基於Zigbee的無線廣播系統，其特徵在於所述的第一 PCM譯 碼電路（6-1)、第二PCM解碼電路（6-2)、…、第nPCM解碼電路（6-n)，具有相同的電路結構， 均採用型號為"TP3067"的集成電路，在該電路中，將二進位數位訊號接到型號為"TP3067" 集成電路的DR端，型號為"TP3067"集成電路的VP0-通過一個電阻接到VPI端、VFR0端通 過一個滑動變阻器接到VPI端，型號為"TP3067"的集成晶片的FSR端接8KHz的脈衝信號、 BCLKR/CLKSEL端和MCLKR/PDn端均接2. 048MHz的脈衝信號，在型號為"TP3067"的VP0+端 可得到解碼後的語音信號。
5. 根據權利要求1所述的基於Zigbee的無線廣播系統，其特徵在於所述的Zigbee無 線網絡⑷採用型號為"CC2530"的集成模塊電路，運用簇狀網絡拓撲組成無線通信網絡。
6. 根據權利要求1所述的基於Zigbee的無線廣播系統，其特徵在於所述的PCM編碼 及多路時鐘發生電路（2)、第一 PCM解碼電路（6-1)、第二PCM解碼電路（6-2)、…、第nPCM 解碼電路（6-n)中所需要的2. 048MHz主時鐘信號採用型號為12C5A60S2的單片機產生； 2. 048MHz的時鐘信號採用型號為74161的集成電路進行256分頻獲得8KHz的時鐘信號。
【文檔編號】H04W84/18GK104219636SQ201410469711
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】張勝, 陳銘永, 吳錦飛, 梅陽陽, 錢憶, 張晉, 倪晗悅, 侯小湄 申請人:南京郵電大學