摘要:對(duì)講機(jī)的通信距離有限，提出一種通過(guò)Internet傳輸數(shù)字對(duì)講機(jī)話音和數(shù)據(jù)，擴(kuò)大對(duì)講機(jī)通信范圍的方案。數(shù) 字對(duì)講機(jī)通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)作為中心站，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能，并通過(guò)Internet傳輸數(shù)據(jù)。首先設(shè)計(jì)了數(shù)字對(duì) 講機(jī)和計(jì)算機(jī)之間通信的串口通信協(xié)議，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)講述了中心站的軟件設(shè)計(jì)。中心站軟件的設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)部 分，對(duì)講機(jī)模塊和計(jì)算機(jī)之間串口通信協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，通過(guò)Internet使用UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸;使用Access數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì) 對(duì)講機(jī)用戶號(hào)碼及中心站IP地址的管理等。通過(guò)對(duì)中心站軟件的測(cè)試表明，設(shè)計(jì)的串口通信協(xié)議可行，使用中心站軟件能 通過(guò)該方案有效地?cái)U(kuò)大對(duì)講機(jī)的通信距離。
關(guān)鍵詞:數(shù)字對(duì)講機(jī);串口通信;UDP; Acce s s
中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào)：1004-373X(2010)02-073-03
Central Station Software Design for Transmission of Digital Walkie-talkie through Internet
XIN Ran ,XIE Xiaoming
(College of Information Scinece and Technology ,Beijing University of Chemical Technology ^Beijing ,100029 ,China)
Abstract: The communication scope of walkie-talkie is limited ,a scheme which is used for transmission of the voice and data of digital walkie-talkie through Internet to enlarge the communication scope is proposed. The scheme links digital walkie-talkie with computer using serial port ,the computer acts as a central station to forward the data ,and the data is transmitted through Internet. The serial port communication protocol between digital walkie-talkie and computer is designed ,on this basis , the central station software is designed. The software mainly includes three parts ,the design and realization of the communication protocol between walkie-talkie module and computer ,using UDP protocol to transmit data through Internet ,and using Access database to manage the users' number of walkie-talkie and IP address of central station. Through testing the central station software ,it shows that the designed serial port communication protocol is feasible ,using this software through this scheme it can effectively enlarge the communication scope of digital walkie-talkie.
Keywords : digital walkie-takie ; serial port communication ;UDP;Access
0引言
作為無(wú)線通信工具，對(duì)講機(jī)與移動(dòng)電話相比具有自 己的特點(diǎn)，在一對(duì)一、一對(duì)多的定向?qū)ｍ?xiàng)通信中,具有建 立通信迅速的特點(diǎn)，尤其是一對(duì)多的特性是普通移動(dòng)電 話所不能比擬的。以前對(duì)講機(jī)廣泛應(yīng)用于部隊(duì)、公安、 安全、救護(hù)、公用事業(yè)等政府部門，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人 民對(duì)移動(dòng)通信要求的增加,對(duì)講機(jī)逐步開始應(yīng)用于出租 車調(diào)度、安保、物業(yè)管理、工地、酒店等民用場(chǎng)合。但是 對(duì)講機(jī)的通信距離有限，常規(guī)對(duì)講機(jī)的通話距離一般為 3〜5 km[1],某些專業(yè)對(duì)講機(jī)的通信距離可以達(dá)到 10 km以上,而實(shí)際通話距離一般只能為2〜7 km,在有 高大建筑物或高山阻擋的情況下,通話距離還會(huì)相對(duì)短 些。當(dāng)有系統(tǒng)基站支持時(shí)，對(duì)講機(jī)的通話范圍可達(dá) 十幾千米,甚至幾十千米,這無(wú)疑大大增加了系統(tǒng)成本。
收稿日期:2009~08-10
本文探討了一種利用Internet傳輸數(shù)字對(duì)講機(jī)話音和 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的方法,所使用的數(shù)字對(duì)講機(jī)基于dPMR協(xié) 議。利用dPMR協(xié)議[2]實(shí)現(xiàn)的對(duì)講機(jī),通過(guò)撥號(hào)建立 呼叫連接,號(hào)碼為7位數(shù)字,除話音通信外，還可實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)通信，并可以實(shí)現(xiàn)組呼。使用該方法組網(wǎng)簡(jiǎn)單,可以 大幅度降低成本，有效地?cái)U(kuò)大對(duì)講機(jī)的通信距離。
1系統(tǒng)工作原理
通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)字對(duì)講機(jī)話音和數(shù)據(jù)的工作原 理如圖1所示。每個(gè)中心站及其所連接的通信模塊和 該范圍的對(duì)講機(jī)可以看成一個(gè)區(qū)域，對(duì)應(yīng)對(duì)講機(jī)號(hào)碼的 一個(gè)號(hào)段，通信模塊與中心站使用串口連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的透明傳輸，將數(shù)據(jù)發(fā)送給中心站處理。假設(shè)左側(cè)中心 站所在區(qū)域的某一對(duì)講機(jī)撥號(hào)發(fā)起呼叫,其數(shù)據(jù)信息通 過(guò)無(wú)線信道發(fā)送到通信模塊再發(fā)送到中心站，同時(shí)也發(fā) 送到同一區(qū)域的其他對(duì)講機(jī)，中心站使用中心站軟件對(duì) 數(shù)據(jù)信息解析，若發(fā)現(xiàn)被呼對(duì)講機(jī)號(hào)碼在同一區(qū)域內(nèi)則
辛然等:數(shù)字對(duì)講機(jī)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)闹行恼拒浖O(shè)計(jì)
軟件技術(shù)
不處理，由被呼對(duì)講機(jī)接收數(shù)據(jù);若發(fā)現(xiàn)被呼對(duì)講機(jī)號(hào) 碼在其他區(qū)域,中心站軟件則根據(jù)被呼號(hào)碼查詢其所在 區(qū)域中心站的IP地址,然后將數(shù)據(jù)通過(guò)Internet轉(zhuǎn)發(fā) 到該IP地址所對(duì)應(yīng)的中心站。中心站在整個(gè)對(duì)講機(jī)系 統(tǒng)中所起的作用是把接收到源對(duì)講機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目 的對(duì)講機(jī),其作用與轉(zhuǎn)發(fā)臺(tái)相同,可看作是軟轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù) 字對(duì)講機(jī)話音和工作原理如圖1所示。
x、m•機(jī) x>m•機(jī) x>m•機(jī) x」謂•機(jī)
圖1數(shù)字對(duì)講機(jī)話音和數(shù)據(jù)工作原理示意圖
2中心站軟件設(shè)計(jì)概述
這里重點(diǎn)講述中心站軟件的設(shè)計(jì)。所用的開發(fā)環(huán) 境是VC++ 6.0,所用的編程語(yǔ)言是VC+ +和MFC。中 心站軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下主要功能。
(1)對(duì)講機(jī)號(hào)碼,IP地址的管理,包括對(duì)講機(jī)號(hào)碼 及其所在區(qū)域中心站IP地址的注冊(cè)、刪除、更新等；
(2)通過(guò)串口與通信模塊通信,并對(duì)數(shù)據(jù)解析；
(3)通過(guò)Internet網(wǎng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)方中心站。 根據(jù)要完成的以上三個(gè)功能,中心站軟件的設(shè)計(jì)也
應(yīng)該主要包括三個(gè)模塊：
(1)使用Access數(shù)據(jù)庫(kù)管理對(duì)講機(jī)號(hào)碼和中心站 IP地址。該模塊在實(shí)現(xiàn)上要在用戶界面(UI)上留出接 口 ,使得用戶能夠通過(guò)用戶界面方便地管理對(duì)講機(jī)號(hào)碼 和中心站IP地址,包括添加、刪除、修改等；
(2)使用MSComm控件實(shí)現(xiàn)中心站與對(duì)講機(jī)模塊 的串口通信。該部分也應(yīng)該在用戶界面上留有接口。 其中，串口端口號(hào),串口通信的波特率，以及校驗(yàn)位、數(shù) 據(jù)位、停止位等都是用戶可設(shè)置的；
(3)使用UDP協(xié)議通過(guò)Internet傳輸數(shù)據(jù)。該部 分米用Windows在后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)編程。下面分別對(duì) 三個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)做詳細(xì)討論。
3使用Access數(shù)據(jù)庫(kù)管理對(duì)講機(jī)號(hào)碼和中心站IP 地址
討論的中心站軟件對(duì)講機(jī)號(hào)碼和中心站IP地址的 管理釆用Access數(shù)據(jù)庫(kù),具有使用簡(jiǎn)單,費(fèi)用低廉,對(duì) 機(jī)器的配置要求低等特點(diǎn)。當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際情況 使用其他數(shù)據(jù)庫(kù),如MySQL等。所使用的數(shù)據(jù)庫(kù)編程
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接口是MFC ODBC類[3],所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)表格至少應(yīng) 該包括兩個(gè)字段,中心站IP地址字段和對(duì)講機(jī)號(hào)碼字 段。同一個(gè)IP地址可能要對(duì)應(yīng)許多不同的對(duì)講機(jī)號(hào) 碼,還可以根據(jù)需要加入其他字段,如中心站所在地字 段,對(duì)講機(jī)是否處于漫游狀態(tài)等字段。需要設(shè)計(jì)的基本 管理功能如下：
添加當(dāng)新增對(duì)講機(jī)用戶時(shí),用于添加中心站IP 地址和對(duì)講機(jī)號(hào)碼。
刪除用于刪除不需要的對(duì)講機(jī)號(hào)碼,同時(shí)刪除其 所在的整條記錄。
修改對(duì)講機(jī)號(hào)碼當(dāng)中心站所在區(qū)域某一對(duì)講機(jī) 更換號(hào)碼時(shí)用來(lái)修改號(hào)碼,而中心站IP地址不變。
修中心站IP地址當(dāng)更換另一臺(tái)機(jī)器作為中心站 時(shí),應(yīng)保證以前的中心站IP地址全部修改為新的,而對(duì) 應(yīng)的對(duì)講機(jī)號(hào)碼不變。
以上功能的實(shí)現(xiàn)需要使用CRecordSet類的成員 函數(shù)[4]。
4中心站與通信模塊的通信
4.1串口通信協(xié)議
中心站與通信模塊釆用串口進(jìn)行通信。串行通信 接口（RS 232)是計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置的通信接口，利用串 口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)釆集等是計(jì)算機(jī)的重要應(yīng)用領(lǐng)域 之一。利用串口的數(shù)據(jù)傳輸可以根據(jù)具體的實(shí)際情況 設(shè)計(jì)自己的數(shù)據(jù)交換規(guī)則,即通信協(xié)議[5]。該系統(tǒng)的串 口通信協(xié)議參考了 RS 232串口通信協(xié)議的格式,靠起 始位和停止位實(shí)現(xiàn)字符的界定或同步,而協(xié)議當(dāng)中的具 體字段內(nèi)容則根據(jù)dPMR協(xié)議的話音和數(shù)據(jù)傳輸來(lái)設(shè) 計(jì)通信過(guò)程。所設(shè)計(jì)的中心站與通信模塊間的通信協(xié) 議如表1所示。
表1中心站與通信模塊通信協(xié)議
含義 字節(jié)數(shù) 說(shuō)明
起始符 1 0x7E
源ID 7 1234567
目的ID 7 1234567 ,123 * * *
數(shù)據(jù)類型 1
數(shù)據(jù)幀說(shuō)明 1
數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度 1 長(zhǎng)度=n
數(shù)據(jù)部分 n
校驗(yàn)和 1 從起始符到數(shù)據(jù)部分結(jié)束，按字節(jié)求和
結(jié)束符 1 0x7E
4.2協(xié)議說(shuō)明
中心站與通信模塊的通信協(xié)議如下：
起始符起始符為1個(gè)字節(jié),取值為0x7E。
源ID源ID是發(fā)送數(shù)據(jù)對(duì)講機(jī)的ID ,其取值為
7位數(shù)字串。
目的ID目的ID是接收數(shù)據(jù)對(duì)講機(jī)的ID ,其取值 為7位數(shù)字串，且后4位可以為通配符“ * ”，表示該位 可以為任意數(shù)字。
數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型表示通信數(shù)據(jù)的用途,根據(jù)通 信數(shù)據(jù)的不同作用，把數(shù)據(jù)分為以下幾類,如表2所示。
表2數(shù)據(jù)類型分類
類型取值 作用 類型取值 作用
1 請(qǐng)求連接:用于語(yǔ)音通話 5 圖片文件:無(wú)需請(qǐng)求連接
2 斷開連接:用于語(yǔ)音通話 6 〜255 備用
3 語(yǔ)音 0 未使用
4 短信息:無(wú)需請(qǐng)求連接
數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀的說(shuō)明占1字節(jié)，其說(shuō)明如表3
所示。 表3數(shù)據(jù)幀說(shuō)明
bit 8 bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1
是否文件是否有后 備用 名幀,0否，續(xù)幀， 1是 0無(wú)，1有
注:該字節(jié)的bit 1只在傳輸文件、短信息時(shí)有意義，傳輸語(yǔ)音時(shí)無(wú)意 義;bit 2只在傳輸文件時(shí)有意義。在傳輸文件時(shí)，第一幀為文件名，從 第二幀開始為文件內(nèi)容。
數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)長(zhǎng)度指數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度，1個(gè)字 節(jié)，取值為0〜255。
數(shù)據(jù)部分?jǐn)?shù)據(jù)部分為實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其內(nèi)容可 以為空。
校驗(yàn)和檢驗(yàn)和的計(jì)算方法指從起始符開始到數(shù) 據(jù)部分的最后一個(gè)字節(jié)，逐字節(jié)求和，然后模256。
結(jié)束符結(jié)束符為1個(gè)字節(jié)，取值為0x7E。
4. 3使用MSComm控件實(shí)現(xiàn)串口通信
在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和串口通信時(shí)使用MFC的 MSComm控件[6]。如前面提到，串口的某些屬性應(yīng)該 是用戶可設(shè)置的,如串口的端口選擇，串口通信的波特 率，以及校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位的選擇等。使用 MSComm控件實(shí)現(xiàn)串口通信的一個(gè)重要函數(shù)是On-Comm()函數(shù)[7],這個(gè)函數(shù)是用來(lái)處理串口消息事件 的,每當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù),就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)串口接收數(shù)據(jù) 緩沖區(qū)中有字符的消息事件,OnComm()函數(shù)就會(huì)執(zhí) 行,在OnComm()函數(shù)加入相應(yīng)的處理代碼就能實(shí)現(xiàn) 自已想要的功能。具體的串口通信過(guò)程應(yīng)按照上文提 到的串口通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)。當(dāng)中心站接收到串口的數(shù)據(jù) 時(shí),應(yīng)該解析出接收數(shù)據(jù)對(duì)講機(jī)的ID ,即目的ID ,因?yàn)?對(duì)講機(jī)號(hào)碼是惟一的,所以據(jù)此目的ID查找中心站IP 地址,若IP地址就是本地中心站的IP ,說(shuō)明被呼號(hào)碼 就在本區(qū)域,則不予處理,否則根據(jù)中心站IP地址,通
過(guò)Internet將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)端中心站,遠(yuǎn)端中心站接收 到數(shù)據(jù)后再通過(guò)串口將其發(fā)送給該中心站所連接的通 信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
5使用UDP協(xié)議通過(guò)Internet傳輸數(shù)據(jù)
考慮到數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性,通過(guò)Internet傳輸數(shù)據(jù) 時(shí)米用UDP協(xié)議,這里使用Windows系統(tǒng)的Winsock
API網(wǎng)絡(luò)編程接口[8]。由于各中心站軟件是對(duì)等關(guān)系， 所以并沒(méi)有采用客戶機(jī)/服務(wù)器模型。為了提高接收數(shù) 據(jù)的成功率和數(shù)據(jù)的傳輸效率,程序使用兩個(gè)套接字, 一個(gè)套接字用來(lái)接收數(shù)據(jù),另一個(gè)用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù),發(fā)送 和接收數(shù)據(jù)使用不同的端口。使用UDP數(shù)據(jù)報(bào)的套 接字編程模型[9]如下：
(1)創(chuàng)建套接字,調(diào)用socket函數(shù)。socket函數(shù)原 型為：
SOCKET socket(int af ,int type ,int protocol)
(2)將本地地址與服務(wù)端口綁定,這個(gè)過(guò)程調(diào)用 bind函數(shù)完成。該函數(shù)原型為：
int bind ( SOCKET s , const struct sockaddr * name , int
namelen)
此處應(yīng)該注意將主機(jī)字節(jié)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)[1()]。
(3)當(dāng)收到串口傳來(lái)的數(shù)據(jù),并查到相應(yīng)的中心站 IP地址后,調(diào)用sendto函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。sendto函數(shù)原 型為：
int sendto (SOCKET s ,const char * buf ,int len ,int flags)
(4)接收端等待接收數(shù)據(jù),當(dāng)收到數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用rec-from函數(shù)接收。函數(shù)原型為：
int recvfrom(SOCKET s ,char * buf ,int len ,int flags ,struct sockaddr *from ，int *fromlen)
(5)調(diào)用closesocket函數(shù)關(guān)閉套接字。該函數(shù)原
型為：
int clo sesocket ( SOC KET s)
在進(jìn)行UDP編程時(shí),從串口傳來(lái)的數(shù)據(jù)除了根據(jù) 串口通信協(xié)議從中解出有用的字段,如目的ID等,并不 進(jìn)行處理,將數(shù)據(jù)全部通過(guò)Internet網(wǎng)進(jìn)行傳輸,遠(yuǎn)端 中心站接收到數(shù)據(jù)后,通過(guò)串口與其所連接的通信模塊 進(jìn)行通信,而對(duì)數(shù)據(jù)的處理則由遠(yuǎn)端通信模塊根據(jù)串口 通信協(xié)議完成。
6結(jié)語(yǔ)
這里提出一種通過(guò)Internet網(wǎng)傳輸數(shù)字對(duì)講機(jī)話 音和數(shù)據(jù)的方案,可以擴(kuò)大對(duì)講機(jī)的通信距離。重點(diǎn)講
圖5時(shí)鐘、輸入、未知系統(tǒng)輸出、
自適應(yīng)濾波器的輸出及誤差信號(hào)
從圖5的結(jié)果可以看出，自適應(yīng)濾波器在經(jīng)過(guò)開始 的一段振蕩后，輸出逐漸與未知系統(tǒng)輸出一致,二者的 誤差逐漸減小到接近零，即實(shí)現(xiàn)了無(wú)差跟蹤，可見，該自 適應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)了對(duì)未知系統(tǒng)的跟蹤和建模，且有相當(dāng) 快的收斂速度。
5結(jié)語(yǔ)
本文用Matlab中的Simulink對(duì)LMS算法的實(shí)現(xiàn) 方法進(jìn)行了仿真,并在FPGA中實(shí)現(xiàn)了 LMS算法,進(jìn) 而實(shí)現(xiàn)了在FPGA中用自適應(yīng)濾波器對(duì)未知系統(tǒng)的建
模，并對(duì)FPGA設(shè)計(jì)的系統(tǒng)建模結(jié)果用Matlab軟件仿 真以增強(qiáng)Quartus的仿真功能，從而得到完整而且直觀 的仿真結(jié)果,這種系統(tǒng)建模所釆用的仿真、實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證 方法同樣適用于消除寬帶信號(hào)中的窄帶干擾、實(shí)現(xiàn)自適 應(yīng)譜線增強(qiáng)以及自適應(yīng)均衡等[1],具有一定的通用性。
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自適應(yīng)濾波器的輸出及誤差信號(hào)如圖5所示,其中，輸 入信號(hào)同樣為迭加了隨機(jī)信號(hào)的正弦波。
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
-1 0001-i-i-i-i-i-i-i-i-i-1
> 0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
作者簡(jiǎn)介劉艷女,1976年出生,陜西寶雞人,碩士研究生,助理工程師。研究方向?yàn)閿?shù)字信號(hào)處理。
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述了這一方案中最重要的一部分中心站軟件的設(shè)計(jì)和 實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)筆者所實(shí)現(xiàn)的中心站軟件進(jìn)行測(cè)試表明， 能夠順利地通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)數(shù)字對(duì)講機(jī)話音和數(shù)據(jù) 的傳輸，到達(dá)預(yù)期目的,并且所提出的方案具有組網(wǎng)簡(jiǎn) 單,建設(shè)成本低廉的特點(diǎn)。
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作者簡(jiǎn)介辛然男，1985年出生，內(nèi)蒙古赤峰人,碩士研究生。主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信。
謝曉明男，1969年出生，江西奉新人,副教授。主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信技術(shù)和寬帶通信技術(shù)。
