浅析无线对讲通信的设计

系统硬件设计与实现

该系统是基于光纤网络传输的井下无线对讲通信系统，通过无线收发终端将无线覆盖范围内对讲机接入光纤通信网络实现远距离传输．每一路光纤信道经过三向全双工分路点将每个终端节点连接形成一个能满足对讲机实时集群式通话的光纤网络［10］．三向全双工分路该三向全双工分路由4个模块组成:3个光模块(包含3个光接口)和1个音频信号流控制模块．光模块可实现光信号与音频信号之间的互换，光模块选用光电口为11235－5D－AO－155MpsFC和11253－5D－AO－155MpsFC的2种型号．音频信号流控制模块能完成信号隔离分路和确定每路信号传输方向的功能．三向全双工分路模块工作原理:当3个光模块任意一个光纤端口接收到光信号时，通过本身的光模块将光信号转化为电信号并解码转化为模拟音频信号，光模块输出的模拟音频信号传输到音频信号流控制模块，利用以PC847为核心的处理电路实现信号的隔离分路，并对隔离分路输出的信号采用四运算放大器LM324N放大1．5倍，同时可以调节LM324N的引脚电阻R改变放大倍数．由音频信号流控制模块输出2路信号分别传输到另外2个光模块音频输入口，2个光模块以同样的方式将音频信号调制编码转化为光信号，并通过光模块的单模光纤口传输到相应的收发终端或者传输到下一个三向分路点进行分路传输［10］．以上叙述的是一个光纤接口接收到光信号的情况，当另外2个光模块接收到光信号时，对信号的处理机制是同样的，同时3个光模块对信号的处理属于同一级别．信号流控制模块电路(图略)，分为3个部分:音频信号流的隔离分路、信号放大、供电与信号接口．信号隔离分路选用PC847实现信号光电隔离并在接口处实现分路，信号的放大选用低功耗芯片LM324N实现．整个模块采用5V直流电源供电，在模块正常工作的情况下，3个FC型光纤接口可以直接与光纤连接，同时每个光模块端口可以满足双向通信功能，在光纤尾端分支端点只有一个的情况下模块也能正常工作．对讲机通信收发终端对讲机通信收发终端主要由3个部分组成:光模块、无线收发对讲机、触发控制对讲机模块．收发终端内部结构，其能完成光纤信号转换为音频信号以及音频信号转换为光纤信号的功能．无线收发对讲机能将模拟音频信号转换为对应通话点无线覆盖范围内无线对讲机通信信号，以及接收对讲机无线信号且将其转变为模拟音频信号，该系统使用常用无线对讲机作为试验器材．触发控制对讲机模块可以在有音频信号输入时，控制触发发射对讲机自动发射无线信号［11］．对讲机通信收发终端工作原理:当光模块接收到光信号时，光模块转换为差分电压信号并通过解码整形等处理输出模拟音频信号，模拟音频信号分别传输到发射对讲机、自动发射控制模块［12］．自动发射控制模块对音频信号进行电平比较和触发延时，从而控制发射对讲机(T)发出无线信号，其中电平比较选用高度精密的LM311N完成，触发延时选用可重触发芯片74LS123N完成，触发输出一个低电平，经过测试可知每次触发延时设置为2s时较为理想．发射延时(发射灵敏度)为（式略）对讲机自动发射控制模块电路，该模块通过判断输入电平的变化进行处理，并触发一个高电平而控制对讲机的发射．整个收发终端统一使用7．5V直流电源供电，满足对讲机7．5V供电需要，同时通过L7805CV稳压电路从7．5V变压为5V直流输出，给其他芯片供电．该终端可用移动电源供电，方便通信终端的安装与维修．在终端开始工作时需要将通话点使用的移动对讲机与终端内部对讲机使用的无线频段调到相互匹配的频段，其中终端内部使用的收发对讲机必须设置为异频收发模式，这是为了阻止整个通信系统对讲机出现啸叫现象．

试验调试结果

对该系统各个硬件部分调试完成以后，使用数字示波器测出系统试验结果．将3个收发终端标记为A、B、C，实验时3个收发终端对讲机的频道分别设置为400．325、400．825、410．325MHz．从收发终端A输入频率为8．00kHz，幅度为4．00V模拟信号源时，分别在收发终端B和C输出的信号波形如图7所示．从收发终端A接入无线对讲机信号时，作者设计了一种井下恶劣环境下基于光纤传输的无线对讲通信系统，即通过对讲机收发终端将无线覆盖范围内的对讲机无线信号接入光纤网络，并传输到其他对讲机收发终端，使井下对讲机与地面之间实现远距离一体化集群式广播通信，此光纤网络由终端点和三向全双工分路点通过单模光纤连接而成．这种方案间接提高了井下复杂环境下无线对讲的覆盖范围和通信性能．该通信系统中每一个模块已经过设计而实现，同时组成的通信网络也调试完成，在调试时整个系统达到了实际要求并且性能良好．伴随着井下开采项目的发展，使用对讲机对整个作业场所的安全生产实现高效管理已刻不容缓，该文中针对这种环境设计的通信系统具有较高的推广价值．

作者：胡艳军 许耀华 陈全 单位：安徽大学电子信息工程学院