煤矿井下扩音电话系统的设计，曾增烽，张秀雷，本文介绍了一种应用于煤矿井下采煤、掘进工作面和胶带运输巷的扩音电话系统。该系统由多台扩音电话相串接形成一组，组内各部扩音
巾国科技论文在线 实现和电话网的连接,关键要解决两个问题:(1)每组扩音电话只有块接∏电路板,如 何实现在不增加原有通话线路的基础上,所有的电话都能拨号;(2)接冂电路板的自动拨号 自动摘机、自动接听和自动挂机。 设计实现每部话机拨号功能,是在每部话机按下拨号按钮后,产生一个特殊频率的信号, 借助语音传输线路送到接口电路板。这时候,接口电路的作用如同一部普通电话机,识別扌 音电话机的特殊频率信号和调度室电话机的电话信令信号,所不同的是,接口电路能够自动 实现拨号、摘机、按听、挂机等功能。 自动拨号、自动摘机、自动接听和自动挂机功能的实现是通过单片机识别到不同信号做 出不同的反应来实现的。 具体的工作通话过程如下:这个过程分两步走,首先是按住拨号键,通过电路产生 大概 的止弦波信号发送给接∏电路。接∏电路接收信号后,通过信号解码编码集成 电路 将止弦波转换为同频率的方波传送给单片机处理,单片机识别信号并自动拨存 储的固定电话号码联系井上电话控制网络。接下来则是单片机对一系列电话信号的检测处 理,最终实现护音电话机与电话控制网络的接通。接下来第∵步就是按下喊话按钮,这样就 可以实现半双工的对话通讯 扩音电话机电路设计 扩音电话机的主要功能是接听语音信号和发送喊话语音信号,并能产生特殊的拨号信 号。扩音电话机的电路原理框图如图所示。如图示,时钟信号经分频电路转换为合适的时 钟信号作为语音处理电路的时钟输入;滤泼电路是应抗干扰设计的需要而设计的,是对信号 的限频传输;扩音电路的作用相当于功率发大器,对语音信号的扩音播放;语音处理电跻是 扩音电讦机的核心电路,对外路输入信号和喊话语音信号进行数模转换实现数字传输; 信号收发电路即是调节外来信号的接收和喊话信号的发送:拨号信号产生特殊的拨号 信号,提供自动拨号的识别信号 巾国科技论文在线 相邻 信号收发口 拨号电路 扩音电话 信号收 发电路 振荡 分频 语音处 滤波 喊话语 电路 电路 理电路 电路 音信号 滤波 电路 扩 电路 图扩音电话机电路原理框图 语音处理电路 电路的基本功能是将接收的信号转换为模拟信号进行扩音播放,将喊话信号进行编码转 换为可传输的信号向外发送。语音处理电路由语音编码解码集成芯片 及其外围电 路组成。在系统电路中, 及其外围电路如图所示。 MC信号 时钟信号 L阿 16 DIODE DIODE DTHR DELTIQUT 丁E(5 13 DELTM GILIT FILEPIL FCoN ENDE R 及其外围电路 巾国科技论文在线 扩音电路 扩音电路在系统中的功能就是对接收到的语音信号发人并通过喇叭播放岀来,实现扩音 播放,电路原理如图。 4 ELECTRO2 TIlh Ulu output GND resold 宁TD SE 0.221 GED GND 20K 图扩音电路 滤波电路 R4 U /1Vrms (·|( E 1G0j0uF 10F LTOJLIF 01u 0.1uF 图滤波电路 滤波电路的改计作用在于提高抗干扰的能力,因为人耳能够听到的声音的整个范围是 之间,人发出的声音频率大约是 。在木文的设计中,滤波电路 时一个带通滤波器,即限制信号传输的波段在 之间,这样就可以减小噪音 的T扰,在实际的设计中,滤波电路的频率范围为 ,电路原理图如图所示。 下面是应用 做的电路仿真工作 巾国科技论文在线 分频电路 此电路由两级分频电路组成,如图示,电路由分频芯片 和 组成。实 现的功能是将晶振为的时钟分为 的脉冲信号,这样提供给语音处理芯片 适合的工作脉冲频率。为晶振,连同、和组合成晶振外围电 路输入 端。 完成分频后输入 做分频处理,最后得到 频率的方波信号 UI RST 矿D Ol0 +12Y Q12 T2 Q14 14 ETA R<T 12 25 ROL 9 C02 图分频电路原理图 信号收发电路 本电路实现多个扩音电话机通讯中语音信号的接收和发送,其工作过程是:当护音电话 处于喊话状态是,通过 收发电路将语音信号发送给其他扩音电话:当初在接收等 待状态时, 收发电路接收来自外来线路的语音信号,并通过扩音电话机电路扩音 播放。其电路原理图如图所小。 巾国科技论文在线 +JV U6 DOUT 1 4 R25 DI A B DE 485ACON2 RE RO 485B DEy 收发电路 电源电路 电路原理图如图所示,以 为核心的电压反向电路。扩音电话机需要提 供和的电压,一般的电源只提供的电压,因此而设计此电路来得到系统所 需要的电压 如图示 的电压从端输入 电压从端输出,作为系统的电源使 用。电路是比较经典的电压反向电路,只体的使用只是按照原理图而搭建电路使用,参数见 原理图所小,就不再这里再做详细的分析。通过电路板制成后的调试情况来看,此电路真正 能够实现电压的反向,提过的电压。 R302K D3 Co ZENER3 OuF C25 0.1uf 101F NPN 一电源 T2 TEST ATND .Ap+《)S CP1 4 GND V 5 CAP- QUT CONZ LC:7662 CP2 图电压反向电路 巾国科技论文在线 拨号电路 如图所示为此系绕设计中,拨号信号产生的电路原理图,电路两个集成电路组 成的信号发生器电路。 8 U1 R R2 之20kuhm度m wCC 0. kohm RST VCG RS THR OUT TRI 24khL民4 THR COM TR key =Spacel C2 01L LN555CH CON 022F LM555CH TTTLF C4 图拨号电路 接口电路设计 接口电路的任务是: 双向收/发集成电路 对接收信号编码解码;咩片机对信号的检测来实现整个系统的控制,来实现最后连通扩音电 话机和井上电话控制网。接口电路由单片机, 存储器组成,电路原理框图如图 开关 电话号码存 电话 储器 电路 图接口电路电路原理框图 作为 接收器的时候, 信号经山和输入,经过运算放人 滤除信号中的拨号音频率,然后发送到双音频滤波器,分离出低颎组和髙频组信号,通过数 字计数的方式检出 信号的频率,并且通过译码器译成位二进制码。位二进制编码 被锁存在接收数据寄存器中,此时状态寄存器中的延时控制识别位复位,状态寄冇器中的接 巾国科技论文在线 收数据寄存器满标识位置位,对外而言,当寄存器中的延时控制识别位复位时, 由高电平变为低电平。如果用作为单片机的中断信号 由高电平变为低电平, 向发出中断请求.当响应中断,读出寄存器中的数据后,返回高电平 的 与单片机的 相连 分别与 相连。其应用接口电路如图示 MT888]CC-1 VDD DTMF/CP ■|N St/Gt ESLA D3 DMF口一 L TONE RoCP囗 RL RW 图 应用接口应用接口电路 作为发送器时数据总线上 四位二进制码被锁存在发送数据寄存器 中,发送的 信号频率由 的品振分频产生。分频器首先从基准频率分离出 个不同频率的正弦波,行列计数器根据发送数据寄存器中的数据,以八取二方式分离出 个高频信号和个低频信号,经开关电容做 转挨,在加法器中合成 信号,并 从端输出。 接口电路软件设计 依据频分复用和多信道共用,系统的需要检测的信号主要有± 和± 两种信号。±为电话信令信号,士为系统扩音电话机的拨号信号。 根据各种电话信令信号音特性,单片机检测到各种不同信号后做出不同的反映,各种电 话信令信号音特性如下:拨号音:士连续蜂音;忙音:断.通的 峰音,音断周期为;回铃音:断通的土蜂音,音断周期为。 这些电话信号均是模拟信号,然而单片机是无法识别模拟信号的,故必须先将模拟信号 转换为脉冲信号,然后再根据脉冲信号的脉冲个数进行识别。脉冲的转换正是通过 来实现的。在实际使用中,上要需要识别拨号音、忙音和回铃音。分析这三种信号的特性可 以看出,在一定的计数时间内,其脉冲个数是不一样的。通过反复研究及调试,最终采用 计数判断拨号音,采用即个忙音周期判断是否为忙音,若否则代表电话拨通了 随后采用为一个计数单元,采用计五次后的累加脉冲数来判断对方是否接听电话。若有, 则连通讲话;否则再计,然后计算最后内的脉冲数,再次判断对方是否摘机。采取所 有预先设定的电话至少有一个拨通就只拨一遍,如果全部没拨通或者没人接听则把所有预存 电话重拨边,这样漏报的概率就非常低以致可忽略不计 巾国科技论文在线 本系统的软件设计主要分为系统初始化、控制摘挂机、双音频信号分析处理、自动拨号 等部分。每个功能模块对于整体设计都是非常重要的,单片机 通过软件程序才能 很好的对外部的信息进行采集、分析和决策。系统程序的整体设计流程图 开始 串凵初时化 是否有拨号音? 自动拨号程序 是否有电话信号? 信号音判别 模拟摘机 通话 图程序的整体设计流程 自动拨号 本功能模块主要是产生 的 数字信号,并经由 的内部功能产生 对应的 信号。