专利名称：多功能野外对讲机的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号传输设备，具体地，涉及一种多功能野外对讲机。
背景技术：
近年来，驴友自助游事故频发，有不少失踪事故即使救援人员赶到也无法获取当事人出事地点的准确位置，从而造成抢救的困难。在野外环境中，很多地方无移动网络覆盖，手机无用武之地，在这种情况下驴友随身携带的对讲机起着至关重要的传递消息的作用。类似的情况，在遭受诸如地震或者海嘯等灾难的地区移动基站设施几乎完全瘫痪，对讲机也成为抢险人员必备的通信工具。监控中心需要实时去了解每个抢险人员的位置、当地环境和抢先人员的生命状况的信息，传统的对讲机无法传输这些数据。目前，市场上常见的对讲机属于模拟对讲机，即将采集后的语音信号直接调制到高频进行传输。虽然技术成熟，但其缺点也显而易见:现有的对讲机覆盖范围有限，功能单一，功能难以扩展，更无法满足应急情况下的特殊需求。尤其在应急环境下，传统的对讲机无法传输诸如当事人的生命体征，所处的环境信息和准确的地理位置这些参数，而且传统的对讲机终端无中继功能，信息传输的有效距离受到限制。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种多功能野外对讲机，以实现扩展性好、传输距离远的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种多功能野外对讲机，包括键盘、液晶显示屏、话筒和耳机，还包括基带模块和射频模块，所述基带模块和射频模块可双向通信，所述基带模块包括单片机、温湿度传感器、数字对讲机基带信号处理模块、第一编译码器、第二编译码器、和通信模块，所述单片机通过总线控制数字对讲机基带信号处理模块，传输特定的控制命令字，同时控制并读取温湿度传感器和键盘的输入，并将当前操作的结果在输出至液晶显示屏上；所述话筒输入的语音信号通过第一编译码器和数字对讲机基带信号处理模块编码处理后，调制为基带信号后经第二编译码器编码后发送，来自射频模块的信号经第二编译码器解码后传输至数字对讲机基带信号处理模块，所述数字对讲机基带信号处理模块在单片机的控制下将接收的解码后的信号还原处理后，经第一编译码器后通过耳机输出，所述通信模块电连接在单片机上；所述射频模块包括射频收发芯片、声表面滤波器、射频功放芯片、温补压控振荡器、调频解调芯片和天线，所述基带模块输出的信号经温补压控振荡器误差补偿后，经射频收发芯片发送至射频功放芯片进行功率放大后通过天线输出；所述天线接收的信号经声表面滤波器滤波后经射频收发芯片后传输至调频解调芯片，所述调频解调芯片对滤波后的信号调频后发送至基带模块。根据本发明的优选实施例，所述射频收发芯片是可编程的，由上述基带模块的单片机通过三线方式对其进行控制，对射频收发芯片收发模式和工作频点进行设置。根据本发明的优选实施例，所述单片机和数字对讲机基带信号处理模块通过HPI总线连接。根据本发明的优选实施例，所述通信模块包括蓝牙模块和GPS模块。根据本发明的优选实施例，所述射频模块，通过发射端将4FSK的基带信号调制到高频通过功率放大后输出至天线；接收端通过二次变频的方式获取源端基带调制后的4FSK调制信号，并将该调制后的4FSK调制信号发至上述基带模块进行解调和解码。根据本发明的优选实施例，还包括手腕脉搏采集电路，所述手腕脉搏采集电路采集的信号经上述蓝牙模块传输至单片机。根据本发明的优选实施例，所述射频模块采用单播，广播和中继三种传输模式。根据本发明的优选实施例，所述对讲机具有一键SOS功能，所述一键SOS功能通过中继模式传输。本发明的技术方案具有如下有益效果:
本发明的技术方案通过基带模块和射频模块，通过基带模块中的单片机提供很好的外接功能，而射频模块中射频收发芯片和射频功放芯片将信号调制放大后通过天线传输，从而达到了扩展性好、传输距离远的目的。同时本发明技术方案公开的对讲机适用于野外环境，其传输距离远，频带利用率高，在不增加带宽开销的前提下合理地扩展了现有对讲机产品的功能，集通话、脉搏监护、温湿度测量、定位，紧急求救功能于一身，在紧急求救模式下，可以一键组建应急网络，方便救援人员施救，挽救失踪人员的生命。另一方面，适合抢险救灾人员随身携带，及时反馈受灾地区的环境和抢险救灾官兵的具体位置和身体状况。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例所述的多功能野外对讲机的结构框 图2为本发明实施例所述的多功能野外对讲机中基带模块的结构框 图3为本发明实施例所述的多功能野外对讲机中射频模块的结构框 图4为本发明实施例所述的多功能野外对讲机工作流程 图5为本发明实施例所述的多功能野外对讲机选择程序的流程 图6a和图6b为本发明实施例所述的多功能野外对讲机面向字符的软件交织传输方式的不意 图7为本发明实施例所述的多功能野外对讲机中脉搏计数电路的原理 图8为本发明实施例所述的多功能野外对讲机中键SOS模式的工作示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。一种多功能野外对讲机，包括键盘、液晶显示屏、话筒和耳机，基带模块和射频模块，基带模块和射频模块可双向通信，基带模块包括单片机、温湿度传感器、数字对讲机基带信号处理模块、第一编译码器、第二编译码器、和通信模块，单片机通过总线控制数字对讲机基带信号处理模块，传输特定的控制命令字，同时控制并读取温湿度传感器和键盘的输入，并将当前操作的结果在输出至液晶显示屏上；话筒输入的语音信号通过第一编译码器和数字对讲机基带信号处理模块编码处理后，调制为基带信号后经第二编译码器编码后发送，来自射频模块的信号经第二编译码器解码后传输至数字对讲机基带信号处理模块，数字对讲机基带信号处理模块在单片机的控制下将接收的解码后的信号还原处理后，经第一编译码器后通过耳机输出，通信模块电连接在单片机上；
射频模块包括射频收发芯片、声表面滤波器、射频功放芯片、温补压控振荡器、调频解调芯片和天线，基带模块输出的信号经温补压控振荡器误差补偿后，经射频收发芯片发送至射频功放芯片进行功率放大后通过天线输出；天线接收的信号经声表面滤波器滤波后经射频收发芯片后传输至调频解调芯片，调频解调芯片对滤波后的信号调频后发送至基带模块。其中，射频收发芯片是可编程的，由基带模块的单片机通过三线方式对其进行控制，对射频收发芯片收发模式和工作频点进行设置。单片机和数字对讲机基带信号处理模块通过HPI总线连接。通信模块包括蓝牙模块和GPS模块。射频模块，通过发射端将4FSK的基带信号调制到高频通过功率放大后输出至天线；接收端通过二次变频的方式获取源端基带调制后的4FSK调制信号，并将该调制后的4FSK调制信号发至上述基带模块进行解调和解码。多功能野外对讲机还连接手腕脉搏采集电路，手腕脉搏采集电路采集的信号经上述蓝牙模块传输至单片机。射频模块采用单播，广播和中继三种传输模式。对讲机具有一键SOS功能，一键SOS功能通过中继模式传输。如图1所示，一种多功能野外对讲机，包括基带模块和射频模块，其中TXl和TX2是原始基带信号经过4FSK调制后的已调信号，其幅度不同，RX信号是接收到的源端的已调信号，而控制信号用于单片机对射频收发模块的编程控制，其工作状态包括射频发射状态、射频接收状态和待机状态，这与基带模块的基本工作要求一致。如图2所示，基带模块中的单片机为Silicon公司的C8051F120，数字对讲机基带信号处理模块，下文简称为基带信号处理模块，基带信号处理模块为Sicomm公司的SCT3252，第一编译码器和第二编译码器的codec芯片为Wolfson公司的WM8758B，温湿度传感器采用的是Sensirion公司的SHTlO。单片机对基带信号处理模块的控制通过HPI总线，传输特定的控制命令字，同时控制并读取温湿度传感器和键盘的输入，并将当前操作的结果在液晶显示屏上输出。利用codec芯片和基带信号处理模块强大的语音编解码功能，从话筒输入的语音信号经过AMBE (先进多带激励)编码处理后，最终所有的输入信号被调制为4FSK的基带信号。反之亦然，基带模块从RX端获得从射频模块鉴频还原后的4FSK已调基带信号，先经过4FSK的解调后送入基带信号处理模块进行帧还原处理，对于数据类型的信号放入缓冲区中缓存，对于语音类型的信号需要AMBE解码后在经过codec芯片还原成模拟信号从喇叭或者耳机口输出。如图3所示，射频收发芯片为Sicomm公司的SRT3500，调频解调芯片是Sicomm公司的SRT3300，射频功放芯片同样是是Sicomm公司的SRT3602。其中，射频收发芯片是可编程的，由基带模块的单片机通过三线方式对其进行控制，编程控制内容主要包括:收发模式和工作频点的设置。对于发送模式而言，射频模块采用的是两点调制方式，即从基带模块输出的TXl信号送入芯片内部的温补压控振荡器，另一路从基带模块输出的TX2信号送入温补压控振荡器作为鉴相器的误差补偿输入，锁相环路稳定后得到倍频后的射频信号送入射频功放芯片进行功率放大后通过天线输出，本实施例采用的射频频率为446MHz。对于接收模式而言，采用射频收发芯片将射频信号差出21.7MHz的中频信号，经过中频滤波后送入调频解调芯片又差得450KHZ的第二中频信号，最后鉴频获得所需的基带信号。如图4所示,单片机先要向基带信号处理模块加载IK字节的bootloader,随之通过HPI总线向基带信号处理模块进行接收初始化的配置工作，然后配置射频收发芯片的工作模式，使之工作在监听模式。之后进入主程序，主程序主要检查接收数据缓冲区和键盘标志位，若接收数据缓冲区中接收到数据帧，根据其帧头判断数据类型(语音数据、传感器数据，帧尾指示数据还是紧急数据)并进入相应的处理函数进行进一步的处理，若是紧急数据帧头，则本机进入中继模式，即将后续收到的数据原封不动地进行转发，直至收到紧急数据结束的帧，则再回到普通工作模式，返回主程序；若接收缓冲区中当前没有数据帧，则进入下一步，检查键盘标志位，根据键盘扫描返回的键值处理相应的事件，如此循环。如图5所示，开机后自动工作在监听模式，若接收到语音呼叫请求自动进入语音模式，若收到结束语音呼叫请求则中断当前语音链路，若收到数据呼叫请求则自动显示远程终端发送的温湿度数据，GPS定位数据。如图5所示，采用的是4*4大小的矩阵式键盘，根据其扫描后的不同的键值进入相应的事件。包括语音呼叫(Voicecall)、数据呼叫(Datacommunication2),呼叫结束(CallEnd)，测量温湿度，睡眠模式，GPS定位模式，脉搏监控模式以及一键SOS模式共8种事件，每种事件的工作流程如图5所示。语音呼叫:对讲机的基本功能，向已配对终端发起语音呼叫请求，类似模拟对讲机中的PTT按键，但按一次即可通话，不需要长按；语音呼叫有单播和广播两种模式，单播模式需要匹配设备ID，而广播模式不需要匹配设备ID。数据呼叫:可以将发送数据缓冲区的数字数据发送，传输大气温湿度数据，当前的经纬度和人体每分钟的脉搏数；同样地,数据呼叫也有单播和广播模式之分。呼叫结束:指示呼叫结束，中断本次会话，类似模拟对讲机中断开PTT按键的操作；
测量温湿度:单片机向温湿度传感器发送采集指令，获得当前环境下的大气温湿度
值；
睡眠模式:切换实施例的工作状态，进入低功耗状态，直至手动唤醒；
GPS定位模式:单片机获取GPS模块的当前位置信息，并即时显示。脉搏监控模式:单片机通过蓝牙模块获取每分钟的脉搏数，并即时显示。一键SOS模式:重新测量温湿度、地理位置和脉搏数，加入紧急数据帧头并通过射频模块将数据包完整地发送出去。所有收到紧急数据帧头的对讲机设备自动进入中继模式来转发该数据。为了保证数据内容的准确性和无差错传输，除了基带信号处理模块的基带处理芯片提供的底层数据的CRC校验外，软件中对数据传输过程中特别加入了面向字符的软交织传输功能，其软交织非底层比特位的交织，而是面向字符的交织，该方案操作简便，其工作方式如图6a和图6b所示，即发送时连续横向发送5帧相同的数据内容(如“12345”)，接收时从数据缓存区中纵向提取，根据出现概率大的原则提取数传输字符中每一位数据的内容，丢弃无效字符(图6中用*表示)，利用上述软交织传输的方式，即使存在少量丢帧或者坏帧的情况下亦可尽可能的还原原始数据内容，提高了本发明在较恶劣通信环境下数据传输的准确性与可靠性。如图7所示，该电路通过蓝牙作为通信媒介，数据采集端用的是压电陶瓷片作为传感器，后端电路是信号的放大、整形和滤波电路，以及计数和蓝牙模块，电路制作在特制的护腕中，方便使用者随身携带，每间隔I分钟通过蓝牙发送一次计数器的最新值，而数据的接收端集成在基带模块中。图8是一键SOS模式的工作示意图。某呼救节点发送SOS呼救数据帧后，在其广播域内的邻居节点自动变成中继节点，转发其呼救参数，主要包括(大气温湿度、人体脉搏数和GPS位置信息)，经过几层的中继，最终数据抵达应急监控基站，该链路将被记录且一直保持，直至呼救节点的呼救请求被取消。基带模块采用单片机和基带信号处理模块组成，由单片机负责外部接口和系统资源的整体调度，基带信号处理模块受控于单片机，可以完成语音编解码、压缩和基带调制和解调等功能，二者通过HPI总线相连。对基带模块的外部接口而言，有多路外部输入信号。第一路是语音信号，经由codec芯片处理后由数字对讲机专用芯片进行编码、压缩；第二路是传感器信号，由于温湿度传感器的输出是串行数据，单片机可以直接读取并处理其数据；第三路是GPS信号，GPS模块不断地向单片机发布定位信息，单片机定时查询并处理其数值；第四路是来自蓝牙模块的脉搏计数信号，同样通过串口把数值送入单片机进行处理；最后，编码后的语音信号和各路数据信号都通过4FSK调制后分两路TXl和TX2送入射频模块；
射频模块由射频收发芯片、调频解调芯片和高频功率放大芯片组成。在发射端采用两点调制的方式将4FSK的基带信号调制到高频通过功率放大后输出至天线；接收端通过二次变频的方式获取源端基带调制后的4FSK调制信号，送回到基带模块进行解调和解码，单片机根据数据帧头判断数据类型，并最终将解码还原后的语音信号通过喇叭或者耳机端口输出，将还原后的远程传感器获取的温湿度信息、GPS位置和脉搏计数值在液晶显示屏上显
/Jn ο在中继模式下，完成数据转发功能，即射频模块将接收到的原始信号解调后送入基带模块，基带模块不加任何处理再送入射频模块进行发送。最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种多功能野外对讲机，包括键盘、液晶显示屏、话筒和耳机，其特征在于，还包括基带模块和射频模块，所述基带模块和射频模块可双向通信，所述基带模块包括单片机、温湿度传感器、数字对讲机基带信号处理模块、第一编译码器、第二编译码器、和通信模块，所述单片机通过总线控制数字对讲机基带信号处理模块，传输特定的控制命令字，同时控制并读取温湿度传感器和键盘的输入，并将当前操作的结果在输出至液晶显示屏上；所述话筒输入的语音信号通过第一编译码器和数字对讲机基带信号处理模块编码处理后，调制为基带信号后经第二编译码器编码后发送，来自射频模块的信号经第二编译码器解码后传输至数字对讲机基带信号处理模块，所述数字对讲机基带信号处理模块在单片机的控制下将接收的解码后的信号还原处理后，经第一编译码器后通过耳机输出，所述通信模块电连接在单片机上； 所述射频模块包括射频收发芯片、声表面滤波器、射频功放芯片、温补压控振荡器、调频解调芯片和天线，所述基带模块输出的信号经温补压控振荡器误差补偿后，经射频收发芯片发送至射频功放芯片进行功率放大后通过天线输出；所述天线接收的信号经声表面滤波器滤波后经射频收发芯片后传输至调频解调芯片，所述调频解调芯片对滤波后的信号调频后发送至基带模块。
2.根据权利要求1所述的多功能野外对讲机，其特征在于，所述射频收发芯片是可编程的，由上述基带模块的单片机通过三线方式对其进行控制，对射频收发芯片收发模式和工作频点进行设置。
3.根据权利要求1或2所述的多功能野外对讲机，其特征在于，所述单片机和数字对讲机基带信号处理模块通过HPI总线连接。
4.根据权利要求3所述的多功能野外对讲机，其特征在于，所述通信模块包括蓝牙模块和GPS模块。
5.根据权利要求3所述的多功能野外对讲机，其特征在于，所述射频模块，通过发射端将4FSK的基带信号调制到高频通过功率放大后输出至天线；接收端通过二次变频的方式获取源端基带调制后的4FSK调制信号，并将该调制后的4FSK调制信号发至上述基带模块进行解调和解码。
6.根据权利要求4所述的多功能野外对讲机，其特征在于，还包括手腕脉搏采集电路，所述手腕脉搏采集电路采集的信号经上述蓝牙模块传输至单片机。
7.根据权利要求4所述的多功能野外对讲机，其特征在于，所述射频模块采用单播，广播和中继三种传输模式。
8.根据权利要求4所述的多功能野外对讲机，其特征在于，所述对讲机具有一键SOS功能，所述一键SOS功能通过中继模式传输。
全文摘要
本发明公开了一种多功能野外对讲机，包括键盘、液晶显示屏、话筒和耳机，基带模块和射频模块，所述基带模块和射频模块可双向通信，所述基带模块包括单片机、温湿度传感器、数字对讲机基带信号处理模块、第一编译码器、第二编译码器、和通信模块，射频模块包括射频收发芯片、声表面滤波器、射频功放芯片、温补压控振荡器、调频解调芯片和天线。通过基带模块中的单片机提供很好的外接功能，而射频模块中射频收发芯片和射频功放芯片将信号调制放大后通过天线传输，从而达到了扩展性好、传输距离远的目的。适用于野外环境，其传输距离远，频带利用率高，集通话、脉搏监护、温湿度测量、定位，紧急求救于一身，可以一键组建应急网络，方便救援。
文档编号H04Q5/24GK103079118SQ201310020499
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者陆起涌, 高翔, 卢潭城, 刘鹏 申请人:复旦大学无锡研究院