專利名稱：光纖數(shù)字廣播機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種公共廣播設(shè)備，尤其是語音傳輸線路及其控制電路。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)高速公路上隧道、普通道路、收費(fèi)亭、校園、廣場(chǎng)等等場(chǎng)所普遍應(yīng)用的廣播系統(tǒng)主要是電纜型的公共廣播系統(tǒng)。該廣播系統(tǒng)一般包括語音輸入、功率放大和揚(yáng)聲器。它們之間都是通過電纜電線來聯(lián)系的，信號(hào)傳輸過程是模擬傳輸。
采用電纜型的公共廣播系統(tǒng)存在以下缺陷1、電纜受環(huán)境如潮濕等影響比較大，通話質(zhì)量不穩(wěn)定，設(shè)備故障率較高；2、電纜傳輸易遭受雷擊，造成整個(gè)公共廣播系統(tǒng)出現(xiàn)故障；3、電力供應(yīng)緊張；4、頻率資源占用多、能量消耗大。
當(dāng)前運(yùn)用模擬方式傳輸信號(hào)的缺陷1、失真大，信噪比不理想；2、保密性差，抗干擾能力弱；3、模擬傳輸是一種不考慮內(nèi)容的傳輸模擬信號(hào)的方法，在傳輸過程中，模擬信號(hào)經(jīng)過一定距離的傳輸之后，必定會(huì)信號(hào)衰減，為實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，模擬信號(hào)傳輸都要使用信號(hào)放大器，但是，放大器也會(huì)增加噪音分量，如果通過串連的放大器來實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，信號(hào)將會(huì)越來越畸形。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種不受環(huán)境影響，性能穩(wěn)定，保密性好和抗干擾能力強(qiáng)的光纖數(shù)字廣播機(jī)。
本實(shí)用新型包括高保真音頻編解碼電路和功率放大電路，其特征在于還包括傳輸音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的光纖線路；將通過所述光纖線路傳輸?shù)囊纛l和數(shù)據(jù)數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的光模塊電路；
識(shí)別處理從所述光模塊電路輸入的音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)，并分別按時(shí)序輸出的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列電路；通過數(shù)據(jù)信號(hào)，控制所述音頻功率放大器至揚(yáng)聲器的單片機(jī)控制電路。
所述的單片機(jī)控制電路由單片機(jī)、地址碼開關(guān)、驅(qū)動(dòng)電路和繼電器電路構(gòu)成。
上述結(jié)構(gòu)的光纖數(shù)字廣播機(jī)與音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)采集控制中心可構(gòu)成光纖數(shù)字廣播系統(tǒng)，該控制中心的設(shè)施一般包括語音輸入設(shè)備，如話筒、音頻輸出設(shè)備，如收音機(jī)、磁帶放音機(jī)和光碟機(jī)等、集中控制器前置放大器、功率放大器和各種控制器及音響加工設(shè)備，可以輸出各種音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，通過光纖線路輸送給本光纖數(shù)字廣播機(jī)。本廣播機(jī)通過光模塊電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)生命線的電信號(hào)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陳列電路識(shí)別出音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，音頻信號(hào)經(jīng)高保真音頻編解碼電路和功放電路，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音?？刂浦行倪€可以通過數(shù)據(jù)信號(hào)和單片機(jī)控制電路，控制揚(yáng)聲器。在光纖的信號(hào)傳輸中，采用了波分復(fù)用技術(shù)及時(shí)分多路復(fù)用復(fù)分接技術(shù)，所以，本實(shí)用新型的光纖傳輸可與緊急電話光纖傳輸線共用，節(jié)約資源和投資。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、高可靠性，系統(tǒng)在任何情況下都能正常運(yùn)行；2、聲學(xué)性，語音清晰、自然、音質(zhì)良好；3、先進(jìn)性，使用現(xiàn)有的最先進(jìn)的光纖和全數(shù)字化技術(shù)；4、易用性，界面簡(jiǎn)明易懂；5、模塊化，可以根據(jù)需求靈活組合和擴(kuò)充系統(tǒng)的功能；6、該應(yīng)用有助于控制流量、減少設(shè)備投資、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理、提高網(wǎng)絡(luò)的安全性；7、每個(gè)光纖數(shù)字廣播機(jī)可根據(jù)需要帶多只揚(yáng)聲器、可分音區(qū)，廣播系統(tǒng)可以程控定點(diǎn)、定片、全線呼叫；8、本實(shí)用新型可以廣泛應(yīng)用于高速公路上隧道、普通道路、地鐵、收費(fèi)站收費(fèi)亭、校園、廣場(chǎng)等等場(chǎng)所。


圖1為本實(shí)用新型的后面板圖。
圖2為本實(shí)用新型的前面板圖。
圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4為本實(shí)用新型的組網(wǎng)圖。
圖5為本實(shí)用新型電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
外表結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，采用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備外殼1，放置安裝方便，可固定在機(jī)架上。該產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)開通時(shí)支持即插即用，可靈活設(shè)置數(shù)據(jù)接口類型，現(xiàn)場(chǎng)接線方便，不需要任何專用工具，具有電源、鏈路、信號(hào)指示和增益調(diào)整功能，支持機(jī)架安裝的結(jié)構(gòu)形式。其中圖1是本實(shí)用新型的后面板圖，接口2輸入交流220伏電源；“O1”為光纖接入口1，“O2”為光纖接入口2；“A1～A8”是8路喇叭輸出口。圖2是本實(shí)用新型的前面板圖，前面板圖主要是電源、鏈路及工作狀態(tài)指示，“POW”代表交流220伏電源指示，“O1”和“O2”是光纖接入狀態(tài)指示燈，“A1～A8”是8路音頻信號(hào)的接入狀態(tài)指示。
圖3所示是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖，由圖中可知，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列集成電路FPGA(Field-programmable gate array)是本系統(tǒng)的核心部件。廣播控制中心產(chǎn)生音頻數(shù)據(jù)信號(hào)，音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)碼流通過光纖以1310nm波長光傳輸至光模塊1，光模塊1將光信號(hào)碼流轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)碼流傳給FPGA，F(xiàn)PGA通過判斷處理這些電信號(hào)是否為正確的有用的音頻和低速數(shù)據(jù)信號(hào)，如果是，F(xiàn)PGA除了將這組數(shù)字信號(hào)碼流通過光模塊2繼續(xù)以1310nm波長光傳至下一臺(tái)光纖數(shù)字廣播機(jī)之外，還會(huì)將這些數(shù)字音頻信號(hào)解出并按時(shí)序傳往高保真音頻編解碼電路，由該編解碼電路完成對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)的采集、濾波、編解碼和數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換并輸出高保真模擬音頻信號(hào)，左右聲道兩路模擬音頻信號(hào)經(jīng)過功放模塊電路進(jìn)行信號(hào)的放大，放大后的信號(hào)經(jīng)過繼電器組進(jìn)行切換輸出給揚(yáng)聲器；低速數(shù)據(jù)信號(hào)由FPGA量化后直接送至單片機(jī)。同樣的，本實(shí)用新型還可以通過光模塊1以1550nm波長光發(fā)送數(shù)字音頻和低速數(shù)據(jù)碼流至數(shù)公里外的網(wǎng)內(nèi)的廣播機(jī)或者主站控制中心，通過光模塊2可以接收另一網(wǎng)內(nèi)廣播機(jī)或者主戰(zhàn)控制中心以1550nm波長光發(fā)送出的數(shù)字音頻和低速數(shù)據(jù)碼流，也就是圖中數(shù)字音頻和數(shù)據(jù)碼流的逆向傳輸。單片機(jī)與FPGA之間的通信方式采用串行通信，單片機(jī)接收后判斷是否為控制中心發(fā)給本光纖廣播機(jī)的指令，而地址碼開關(guān)則決定了指令是否是發(fā)給本單片機(jī)的，如果是控制中心發(fā)給本機(jī)的控制指令，那么單片機(jī)將會(huì)通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器吸合來完成控制中心發(fā)出的指令，如果不是，那么單片機(jī)將不動(dòng)作，在這里單片機(jī)的作用是接收控制命令和切換。
圖4所示是本實(shí)用新型的組環(huán)圖，每一臺(tái)光纖數(shù)字廣播機(jī)作為一個(gè)平臺(tái)，如當(dāng)6個(gè)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)所處的地理位置構(gòu)成環(huán)形結(jié)構(gòu)時(shí)，可直接連接成為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由于采用了波分復(fù)用技術(shù)，在一芯光纖上可以同時(shí)傳兩種不同波長的光信號(hào)。所述的信號(hào)包括音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)。如圖，在已經(jīng)連結(jié)成“環(huán)”的情況下，環(huán)路1與環(huán)路2所傳信號(hào)可以完全相同，但信號(hào)流傳輸方向相反，每一個(gè)平臺(tái)有兩個(gè)光模塊，光模塊其作用是將光信號(hào)和電信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)換，其收發(fā)一體的性質(zhì)大大節(jié)省了光纖資源，我們采用的光模塊的型號(hào)為深圳恒寶通的HWTR-01-335151251和HWTR-01-353151251，對(duì)應(yīng)以下圖5中的M1和M2，其都為光纖雙向收發(fā)一體光模塊，前者是以1310nm波長光發(fā)送，后者是以1550nm光發(fā)送，接收的光波長則相反。光纖數(shù)字廣播機(jī)1的M1和廣播機(jī)2的M2連，廣播機(jī)2的M1和廣播機(jī)3的M2連，依次類推，手拉手連成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，實(shí)際應(yīng)用中連接光纖時(shí)必須要注意。不妨設(shè)定環(huán)路1逆時(shí)針傳輸信號(hào)為主光纖環(huán)路，環(huán)路2順時(shí)針傳輸信號(hào)為備光纖環(huán)路，在雙光纖環(huán)路工作正常情況下，整個(gè)環(huán)路設(shè)置一個(gè)主站，其余為從站。主站下傳數(shù)據(jù)采取廣播方式，在本方案設(shè)計(jì)中不妨取節(jié)點(diǎn)1為主站節(jié)點(diǎn)，信號(hào)采集與控制中心同主站節(jié)點(diǎn)相連，主站下信號(hào)據(jù)沿著環(huán)路1的光纖廣播機(jī)1及環(huán)路2分別向相反方向傳輸，正常情況下各從站節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)由主環(huán)路下傳，從站節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)向環(huán)路1及環(huán)路2上傳數(shù)據(jù)。若當(dāng)節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)4之間的兩個(gè)環(huán)路光纖都斷開時(shí)，在節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)4的光纖廣播機(jī)立即會(huì)啟動(dòng)自愈機(jī)制。此時(shí)節(jié)點(diǎn)2，3接收信號(hào)仍從環(huán)路1下傳，上傳信號(hào)由環(huán)路2上傳；節(jié)點(diǎn)4，5，6接收信號(hào)此時(shí)從環(huán)路2下傳，上傳信號(hào)從環(huán)路1上傳。在這種情況下信號(hào)采集與控制中心同各節(jié)點(diǎn)之間的通信仍可正常進(jìn)行。所以，各節(jié)點(diǎn)之間若有一點(diǎn)光纖斷開，不影響信號(hào)的傳輸，提高了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 控制中心包括語音輸入設(shè)備、音頻輸出設(shè)備、集中控制器、前置放大器、功率入大器和各種控制器及音響加工設(shè)備。功率放大器則將前置放大器送來的信號(hào)進(jìn)行功率放大，再送入集中控制器，集中控制器的基本功能是完成對(duì)經(jīng)過前置放大器放大的信號(hào)的接收、A/D轉(zhuǎn)換、電光轉(zhuǎn)換并進(jìn)行信號(hào)的編碼，此外還擔(dān)負(fù)音量和音響效果進(jìn)行各種調(diào)整和控制，有時(shí)為了更好地進(jìn)行頻率均衡和音色美化，還另外單獨(dú)投入音頻均衡器。光纖數(shù)字廣播機(jī)通過光發(fā)射接收模塊并聯(lián)到2芯主干光纜上，可與光纖緊急電話共用光纖，其中兩個(gè)光發(fā)射接收模塊相連，用于接收集中控制器的光信號(hào)。集中控制器送出的信號(hào)通過與緊急電話共用的傳輸光纖去接入，運(yùn)用波分復(fù)用技術(shù)和光纖數(shù)字廣播機(jī)相連，光纖數(shù)字廣播機(jī)經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換和信號(hào)的解碼接收及放大信號(hào)，由揚(yáng)聲器輸出。
電路工作原理圖如說明書附圖5，主要包括音頻信號(hào)的傳輸、編解碼電路及音頻信號(hào)的切換電路。在圖5中，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列電路U1是本系統(tǒng)的核心部件，主要作用是信號(hào)的復(fù)接、分接、音頻信號(hào)編碼傳輸，其型號(hào)為EP1C3。該電路U1使用2.5V和3.3V兩種電源，由穩(wěn)壓集成電路U2和U3，以及相應(yīng)的電容C1和C2、電阻R1和R2與電容C3和C4、電阻R3和R4構(gòu)成的電路，對(duì)輸入的5伏VCC電源進(jìn)行穩(wěn)壓分壓后分別得到，并提供給電路U1。其中，兩穩(wěn)壓分壓電路的結(jié)構(gòu)相同，電阻的參數(shù)不同。2.5V的電源輸入到電路U1的腳16、50、75、85、103、127和53，3.3V的電源輸入到電路U1的腳5、24、45、61、71、94、115和134。由控制中心輸入的音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)通過一芯光纖傳至光模塊M1或M2，M1或M2將信號(hào)還原傳至集成電路U1的8腳或27腳，電路U1將信號(hào)采樣并提取出有效的音頻或者低速數(shù)據(jù)信號(hào)，然后將這些信號(hào)編碼并按一定的時(shí)序輸出至音頻解碼電路U4，該集成電路U4的型號(hào)為PCM3003，其功能是將音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換及解碼。電路U4的信號(hào)輸出腳8～12分別依序與可編程邏輯陣列電路U1的腳140、138～135對(duì)應(yīng)連接。而下行音頻信號(hào)從電路U1的130、131、132、133腳出來對(duì)應(yīng)接入電路U4的18、17、16、15腳。模擬立體聲音頻信號(hào)從電路U4的20、19腳輸出至功率放大模塊電路M3的“INR”和“INL”兩端，信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)入繼電器組J1～J8進(jìn)行切換輸出至揚(yáng)聲器。功放模塊電路M3的型號(hào)為2SC5200，該模塊電路M3的技術(shù)相當(dāng)成熟，穩(wěn)定性很高，被國內(nèi)外多家知名音響功放廠家所采用。Q是一個(gè)程序下載的接口電路，用于連接電腦和電路U1。集成存儲(chǔ)器電路U6的型號(hào)為EPCS1，通過腳1～4分別與可編程邏輯陣列電路U1的對(duì)應(yīng)的腳107、108、35和2連接。接口電路Q和R5、R6、R7、R8、R9構(gòu)成電路U1的程序下載電路，其中，R5～R9的作用是上拉電阻，以便給電路U1和U6之間的通信提供一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)序，在程序下載時(shí)，通過電腦并口由Q的腳1、3、7、9輸入至電路U6的1～4腳，完成程序的下載。集成電路U5和電容C11構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘振蕩器，集成電路U5的型號(hào)為clock65536K，該電路U5的腳3輸出65.536M時(shí)鐘信號(hào)接電路U1的125腳，使電路U1保持高速工作狀態(tài)。音頻信號(hào)切換電路主要由集成電路U8、U9以及繼電器組J1～J 8構(gòu)成，電路U8是音頻切換電路的核心，由其控制繼電器的通斷。該集成電路U8采用美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC單片機(jī)，型號(hào)為16F877，它是一款高性價(jià)比的Flash單片機(jī)。電路U8的腳D0～D7接電路U9的“IN8”～“IN1”，通過電路U9驅(qū)動(dòng)繼電器組的通斷。該集成電路U9的型號(hào)為TD62083，是一款常用的反向驅(qū)動(dòng)放大器。集成電路U7是上電/掉電復(fù)位芯片，型號(hào)為MAX809，其腳2接電路U8的腳2，作用是電路上電過程給單片機(jī)U8一個(gè)140MS的低脈沖讓其復(fù)位，然后在將電位拉高正常啟動(dòng)單片機(jī)，在當(dāng)電路電源低于4.5V時(shí)，將單片機(jī)強(qiáng)制復(fù)位，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。電路K是8位地址碼開關(guān)電路，它的腳9～16接電路U8的腳44～41、39～36，而腳1～8全部接地，其作用是提供256個(gè)地址給控制中心，以便控制中心控制任何一路的揚(yáng)聲器。電路U8的8腳和電路U1的60腳相連，其作用是從電路U1獲得2M的時(shí)鐘工作。
本實(shí)用新型采用一片型號(hào)為EP1C3的FPGA構(gòu)成整個(gè)電路的核心，它主要擔(dān)負(fù)著將由控制中心傳過來的數(shù)字音頻信號(hào)和低速數(shù)據(jù)信號(hào)解出給立體聲音頻編解碼芯片PCM3003和單片機(jī)U8之外，還要將信號(hào)通過光模塊M1或M2復(fù)接至一芯光纖往下一個(gè)環(huán)路的光纖廣播機(jī)，除此之外還要為單片機(jī)輸出精確的2M時(shí)鐘信號(hào)讓單片機(jī)保持高速工作狀態(tài)。芯片PCM3003的作用就是音頻信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換及編解碼。由于電路U1這類型號(hào)的FPGA工作的電源由兩種電源提供，分別是2.5V和3.3V，采用兩塊芯片7301Q及其附屬元件來完成對(duì)芯片EP1C3的供電工作。電路還包括FLASH程序存儲(chǔ)器芯片EPCS1，其作用是存放FPGA的程序，只需將程序直接下載到存儲(chǔ)器芯片EPCS1，就可以令FPGA工作。
光纖數(shù)字廣播設(shè)備主要應(yīng)用于高速公路收費(fèi)站廣場(chǎng)、收費(fèi)亭、地鐵、隧道、校園等，其傳輸方式高質(zhì)及高效，是當(dāng)今廣播系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。本系統(tǒng)除高速公路上的隧道、收費(fèi)亭廣播、日常業(yè)務(wù)廣播、背景音樂廣播的應(yīng)用外還兼作消防緊急廣播，在消防火災(zāi)報(bào)警的情況下起到無可比擬的重要作用。因此選用產(chǎn)品時(shí)必須考慮其成熟性、穩(wěn)定性。保證系統(tǒng)在任何情況下都能保持正常運(yùn)行。采用當(dāng)今國際、國內(nèi)上先進(jìn)和成熟的計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，使新建立的系統(tǒng)能夠最大限度地適應(yīng)今后技術(shù)發(fā)展變化和業(yè)務(wù)發(fā)展變化需要。主機(jī)操作界面簡(jiǎn)明易懂，外圍設(shè)備操作步驟簡(jiǎn)單，可根據(jù)用戶需要對(duì)呼叫站主控臺(tái)的按鍵進(jìn)行同種功能的不同設(shè)置進(jìn)行更改。選用的設(shè)備為模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需求靈活組合和擴(kuò)充系統(tǒng)的功能，使系統(tǒng)得以最大地發(fā)揮其作用。
權(quán)利要求1一種光纖數(shù)字廣播機(jī)，它包括高保真音頻編解碼電路(U4)和功率放大電路(M3)，其特征在于還包括傳輸音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的光纖線路；將通過所述光纖線路傳輸?shù)囊纛l和數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的光模塊電路(M1、M2)；識(shí)別處理從所述光模塊電路輸入的音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)，并分別按時(shí)序輸出的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列電路(U1)；通過數(shù)據(jù)信號(hào)，控制所述音頻功率放大器至揚(yáng)聲器的單片機(jī)控制電路(U8U9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖數(shù)字廣播機(jī)，其特征在于所述的單片機(jī)控制電路包括單片機(jī)(U8)、地址碼開關(guān)電路(K)、驅(qū)動(dòng)電路(U9)和繼電路電路(J1～J8)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光纖數(shù)字廣播機(jī)，它包括高保真音頻編解碼電路和功放電路，其特征在于還包括傳輸音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的光纖線路；將通過所述光纖線路傳輸?shù)囊纛l和數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的光模塊電路；識(shí)別處理從所述光模塊電路輸入的音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)，并分別按時(shí)序輸出的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列電路；通過數(shù)據(jù)信號(hào)，控制所述音頻功率放大器至揚(yáng)聲器的單片機(jī)控制電路該機(jī)與音頻數(shù)據(jù)信號(hào)采集控制中心可構(gòu)成光纖數(shù)字廣播系統(tǒng)，廣播機(jī)通過光模塊電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陳列電路識(shí)別出音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，音頻信號(hào)經(jīng)高保真音頻編解碼電路和功放電路，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。適用于高速公路收費(fèi)站、校園和商業(yè)廣場(chǎng)等。
文檔編號(hào)H04H20/69GK2872750SQ20062009558
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者鄭明德, 范成發(fā) 申請(qǐng)人:鄭明德, 范成發(fā)