专利名称：具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端。此数字终端具有条码扫描，键盘、手写输入等多种数据输入功能；同时兼具有线通讯功能，可以同时传输语音和数据信号。
背景技术：
当前，随着数字化技术的发展和自动化程度的不断提高，大量的应用环境需要有一种数字终端设备能完成数据的输入、采集和一公里范围的语音、数据传输。典型的应用环境包括地质、石油部门野外设备远程控制，野外营地的相互间的通讯等。当前有一些设备试图解决上述难题，但是效果都不很理想。主要的问题在于1、输入方式不适宜工业场合的需要。绝大多数设备仅提供了触摸屏的输入方式，不但输入的速度相对较慢，而且触摸屏容易受到损坏。2、传输技术不能满足应用需求。当前的此类设备的数据传输方式主要采用WLAN等无线方式，通讯距离一般在100米以内，很难满足上述场景，而且通常功耗较大。3、没有语音传输能力。现存的此类设备或者只具有语音通讯功能，或者只具有数据通讯功能，没有一种设备能够同时完成两种功能4、缺乏数据采集能力。没有条码扫描头。
发明内容
为了克服现有设备输入的上述弱点，本实用新型提供一种新的无线数字终端。此数字终端具有多种信息输入方式(手写、键盘)和基于条码的数据采集功能，并能通过485现场总线技术进行语音和数据的无线传输，具有高安全性和很高的性价比。使用本实用新型，用户可以在上文提及的典型环境中用键盘输入数字信息和中英文信息(利用数字终端中的中、英文键盘输入软件)，此操作用户可以单手完成，极大的方便了上述环境工作人员的操作。在适当场合，用户也可以双手进行基于触摸屏的手写输入。用户还可以利用接在数字终端上的条码扫描头进行条码录入，这对基于条码管理的应用场合具有极大的方便性。对于键盘、触摸屏、条码扫描头获得的数据，用户可以利用485总线发送到远端，在1公里范围内最高传输速率可以达到200Kbps以上。上述485总线在进行数据传输的同时还可以进行语音传输，语音传输采用半双工方式。语音编码经SPI口读入CPU，并通过CPU上的软件与要传输的数据信息一起复用至485总线；在传输链路的另一端可以将复用信号重新恢复为语音信号和数据信息。本实用新型解决其技术问题采用的技术方案如下数字终端的CPU采用摩托罗拉的龙珠(DragonBallTMVZ328)芯片。通过三态缓冲门将485总线接口模块和条码扫描头复接到龙珠芯片的串口上，通过龙珠芯片的一个通用I/O口控制两个设备的切换。CPU通过SPI口与语音编解码芯片连接，完成PCM码流的读入和送出。在SPI连接中，CPU可以充当主设备，也可以充当从设备。这两种连接方式在功能上是相同的，但具有不同的电路实现形式。语音信号的传输采用半双工的方式，利用PTT按键完成收发状态的切换。在通讯过程中，数字终端具有三个状态“收”状态，“发送禁止”状态和“发”状态。在隐含状态下，485总线两端的设备都处于“收”状态，如果一方(设为A端)需要发送语音，则按下设备上的PTT按键。此时A端设备进入“发”状态，与之同时，A端的CPU将发送一个数据包到对方设备(设为B设备)，通知B设备A设备已经进入“发状态”。接到此数据包后，B设备进入“发送禁止”状态，B设备的语音发送功能被禁掉，此时即使B端的PTT按键被按下，B设备也不能发送语音数据，只能接收语音数据。此时进行从A到B的语音传输。当A端的PTT按键被松开后，A端重新进入“收”状态，同时发送一个数据包到B设备，告知B设备A设备的PTT按键被松开。B设备接到数据包后退出“发送禁止”状态，回到“收”状态。在CPU上运行软件对语音编码和数据信息进行复用，每三BYTE语音数据被扩充为四BYTE数据。这样在每个8位传输比特中，只有6位是有效比特，另两位是标志位。可以通过将另外两位取不同的值来区分语音数据和非语音数据。将键盘模块(16键)的输出信号线通过编码器接入龙珠芯片的I/O管脚。
图1、图2是此实用新型的专用外设部分电路原理图。这些外设包括键盘，条码扫描头，语音芯片，485总线模块等。此实用新型的其余电路，包括CPU与RAM，ROM，液晶触摸屏的电连接方式与一般数字终端的连接方式相同，在此省略。图1是具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端的第一个实施例的电路图。在此实施例中，CPU和语音编解码芯片的SPI连接中充当主设备。图2是具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端的第二个实施例的电路图。CPU和语音编解码芯片的SPI连接中充当从设备。图3是485总线上传送的语音数据和非语音数据的打包格式图具体实施方式
在图1和图2所示的专用外设部分电路中，电路的主体由十一个部件构成，标记为U1-U11。其中U1为数字终端的CPU，U2为485有线传输芯片，U3为16键专用键盘，U4为激光条码扫描头，U5为选通器，U6为A律，μ律PCM编解码芯片，U7、U8为三态缓冲器，U9为麦克风，U10为耳机，U11为通讯线接头。U1为数字终端的CPU，采用MOTOROLA公司的MC68VZ328芯片，主频33MHz。此芯片内置了LCD控制器，中断控制器，内存控制器等电路模块，只需在外围接入RAM，Flash与液晶触摸屏等外围器件就构成了一个基本的数字终端。由于这方面的电路实现已经相当成熟，因此本实用新型中基本数字终端功能的实现就不在此赘述。U2为485通讯模块，其通讯距离与通讯速率，容错率以及线缆特性有关。本系统中采用标准军用背负线在1公里距离上传输速率可以接近200kHz。485模块的两个串口引脚(TXD，RXD)通过一个四总线缓冲器U7连接到CPU的串口。此四总线缓冲器的控制端接到CPU的一个通用I/O口GP1相连。当CPU将GP1置高电平时，CPU与485模块接通，可以进行数据交互。当CPU将GP1置低电平时，U7呈现出高阻态，与CPU的串口断开，此时CPU对串口的读写对485模块不产生任何影响。485模块是一个半双工模块，其读写状态由引脚DE，RE控制。这两个引脚的逻辑电平相反，都连接至U1的一个通用I/O管脚GP8。当GP8置高电平时，485处于写状态；当GP8置低电平时，485处于读状态。U4为激光条码扫描头。此扫描头的接口也是一个标准串口。与485模块类似，激光条码扫描头也通一个四总线缓冲器U8连接到CPU的串口。此四总线缓冲器的控制端接到GP1的反逻辑，这样U7与U8的导通态正好相反。当CPU的串口与扫描头相连时，蓝牙与串口的电连接断开。反之亦然。U5为一个十六键专用键盘，总共有十六根键值引线和一根中断引线。每一个按键对应一根键值引线，按键松开状态下其引线电平为低，按下时为高电平。中断引线的电平是这十六根键值引线电平的或逻辑，当所有按键都处在松开状态时此引线为低电平，任何一个按键按下此引线都是高电平。十六根键值引线分别接至选通器U5的十六个输入管脚，中断引线接至CPU的中断管脚INT1。选通器U5的四根地址线接至CPU的四个通用I/O口GP2-GP5，U5的输出端接至CPU的另一个通用I/O口GP6。当有一个按键按下时，中断引线上产生一个上升沿，CPU进行中断处理。中断处理程序首先在GP2-GP5端口上对选通器的地址线进行0-15的地址扫描，将通器的输出端与选通器的十六根输入端按顺序分别接通。输出端每接通一个输入端，CPU就读一次GP6管脚上的电平，若此电平为低，说明此输入端对应的按键没有被按下；若为高电平则说明此按键被按下。这样就得到了键值。U6是一个PCM编解码芯片。其码流信号和U1的SPI口接口。在图1所示的实施例中，U1的两个脉宽调制管脚PWM0与PWM1分别发出PCM芯片的帧频与主频，其中帧频的频率为8kHz，主频的频率为256kHz(也可以为512kHz和1024kHz)。PWM1管脚直接接至编码芯片的主频管脚；PWM0管脚接至U1的一个中断管脚，以8kHz的频率中断CPU。U1的两个SPI输入输出管脚MOSI和MISO分别接至PCM芯片的数据流输入、输出管脚PCM_DR和PCM_DT。SPI的时钟管脚接至PCM的基频管脚PCM_CLK，SPI的选通管脚SS接至PCM的帧频管脚PCM_SYN。在PWM0管脚引起的中断的中断处理程序中，CPU以256kHz的速率在SPI线上读数或写数。因为中断出现的频率为8kHz，因此SS管脚上的信号频率也为8kHz，满足芯片要求。在此实施例中，也可以将PWM0管脚接至U1的一个通用I/O管脚，如GP7上。在GP7管脚对输入信号进行轮询，一旦发现上升沿，则执行SPI端口的读入和输出程序。此时，在SS管脚上也将产生频率为8kHz信号，完成PCM码流数据的读入和写出。在图2所示的实施例中，U1的两个脉宽调制管脚PWM0与PWM1分别发出PCM芯片的帧频与基频，其中帧频的频率为8kHz，基频的频率为256kHz(只能为此值，因为基频只能为256kHz)。PWM0管脚接至PCM芯片的帧频管脚和U1的SS管脚；PWM1管脚接至U1的主频管脚；PWM0管脚和PWM1管脚的与信号接至U1的基频管脚。此时U1作为从设备从PCM芯片中读入和写出数据。图3是485传输线上的语音编码、非语音数据的打包示意图。第一行所示为打包前语音数据；第二行是打包后语音数据格式；第三行是非语音数据打包前的格式，第三行是非语音数据打包后的格式。语音数据并没有包头和包尾，只是将三个八位数据扩充为四个八位数据。扩充后的数据前两位为标志位。并且第一个八位数据的两个标志位都置1，后三个八位数据的两个标志位为10。对于非语音数据信息，每一八位数(0×AB)被拆为两个八位数(0×3A，0×3B)。并且加包头00和包尾01。紧接包头是一个十六位数表示数据包的净荷长度。在解码端，根据数据的大小就可以很方便的判断出语音数据(所有的数都不小于128，并且四个八位数的第一个不小于192)和非语音数据(不大于63)。对于非语音数据可以利用包头和长度完成进一步解码。
权利要求1.本实用新型涉及一种具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端，具有嵌入式CPU和手写液晶屏，FLASH，RAM等外围元件。其特征是在嵌入式CPU的串口上接有485现场总线模块和条码扫描模块，在CPU的SPI口上接有PCM编解码芯片，在CPU的通用I/O接口和中断口上接有专用键盘。
2.根据权利要求1所述的具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端。其特征在于485现场总线模块和条码扫描模块利用复用电路复接到嵌入式CPU的一个串口上，CPU用一个通用I/O口从这两个设备中选择当前通讯的对象。
3.根据权利要求1所述的具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端。其特征在于两根485现场总线上可以同时传输语音信号和数据信号，语音信号和数据信号的复用通过CPU上的软件实现。
4.根据权利要求1所述的具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端。其特征在于一个专用键盘通过选通器与CPU连接。选通器的输出端和地址线接至CPU的通用I/O口，键盘的中断线与CPU的一个中断口连接。在CPU的中断处理程序中通过对地址线的扫描确定当前按下的按键。
5.根据权利要求1所述的具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端。其特征在于编解码芯片采用A律或μ律的PCM编解码芯片，CPU通过SPI口与此芯片进行PCM数据流的交互。
6.根据权利要求2所述的具有长距离有线遥控通讯能力的多功能数字信息终端。在CPU与语音编解码芯片间的数据交互中，CPU既可以作为SPI主设备也可以作为SPI从设备，这两种方案对应两种电路实现形式。
专利摘要本实用新型涉及一种具有长距离有线遥控通讯能力的多功能手持数字信息终端，此数字信息终端还提供了多种数据采集、输入方式和语音传输功能。与一般数字信息终端相比，此数字信息终端增加了专用键盘，用于有线通讯的485现场总线模块，条码扫描模块，语音编解码芯片等专用外设。其中，485现场总线模块和条码扫描模块通过复用电路复接至CPU的串口；专用键盘通过选通器与CPU的通用I/O口和中断端口相连；语音编解码芯片与CPU的SPI端口相连。利用此数字终端，用户可以完成条码扫描或手工数据录入，并将扫描数据通过485总线模块经两根传输线传送至远端服务器，传输距离可达一公里以上。此数字信息终端还提供了与服务器端进行语音和短信息的沟通的功能。
文档编号H04B3/02GK2583883SQ02288910
公开日2003年10月29日 申请日期2002年11月26日 优先权日2002年11月26日
发明者王波, 李阳, 皇甫伟, 梁立万, 胡斨, 刘永 申请人:李阳