专利名称：光纤数字广播机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种公共广播设备，尤其是语音传输线路及其控制电路。
背景技术：
目前国内高速公路上隧道、普通道路、收费亭、校园、广场等等场所普遍应用的广播系统主要是电缆型的公共广播系统。该广播系统一般包括语音输入、功率放大和扬声器。它们之间都是通过电缆电线来联系的，信号传输过程是模拟传输。
采用电缆型的公共广播系统存在以下缺陷1、电缆受环境如潮湿等影响比较大，通话质量不稳定，设备故障率较高；2、电缆传输易遭受雷击，造成整个公共广播系统出现故障；3、电力供应紧张；4、频率资源占用多、能量消耗大。
当前运用模拟方式传输信号的缺陷1、失真大，信噪比不理想；2、保密性差，抗干扰能力弱；3、模拟传输是一种不考虑内容的传输模拟信号的方法，在传输过程中，模拟信号经过一定距离的传输之后，必定会信号衰减，为实现长距离传输，模拟信号传输都要使用信号放大器，但是，放大器也会增加噪音分量，如果通过串连的放大器来实现长距离传输，信号将会越来越畸形。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种不受环境影响，性能稳定，保密性好和抗干扰能力强的光纤数字广播机。
本实用新型包括高保真音频编解码电路和功率放大电路，其特征在于还包括传输音频信号和数据信号的光纤线路；将通过所述光纤线路传输的音频和数据数信号转化为电信号的光模块电路；
识别处理从所述光模块电路输入的音频和数据信号，并分别按时序输出的现场可编程逻辑阵列电路；通过数据信号，控制所述音频功率放大器至扬声器的单片机控制电路。
所述的单片机控制电路由单片机、地址码开关、驱动电路和继电器电路构成。
上述结构的光纤数字广播机与音频、数据信号采集控制中心可构成光纤数字广播系统，该控制中心的设施一般包括语音输入设备，如话筒、音频输出设备，如收音机、磁带放音机和光碟机等、集中控制器前置放大器、功率放大器和各种控制器及音响加工设备，可以输出各种音频信号和数据信号，通过光纤线路输送给本光纤数字广播机。本广播机通过光模块电路将光信号转生命线的电信号，经现场可编程逻辑陈列电路识别出音频信号和数据信号，音频信号经高保真音频编解码电路和功放电路，推动扬声器发出声音。控制中心还可以通过数据信号和单片机控制电路，控制扬声器。在光纤的信号传输中，采用了波分复用技术及时分多路复用复分接技术，所以，本实用新型的光纤传输可与紧急电话光纤传输线共用，节约资源和投资。
本实用新型的优点1、高可靠性，系统在任何情况下都能正常运行；2、声学性，语音清晰、自然、音质良好；3、先进性，使用现有的最先进的光纤和全数字化技术；4、易用性，界面简明易懂；5、模块化，可以根据需求灵活组合和扩充系统的功能；6、该应用有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性；7、每个光纤数字广播机可根据需要带多只扬声器、可分音区，广播系统可以程控定点、定片、全线呼叫；8、本实用新型可以广泛应用于高速公路上隧道、普通道路、地铁、收费站收费亭、校园、广场等等场所。
图1为本实用新型的后面板图。
图2为本实用新型的前面板图。
图3为本实用新型的结构框图。
图4为本实用新型的组网图。
图5为本实用新型电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型作进一步详细描述。
外表结构如图1、图2所示，采用标准的设备外壳1，放置安装方便，可固定在机架上。该产品现场开通时支持即插即用，可灵活设置数据接口类型，现场接线方便，不需要任何专用工具，具有电源、链路、信号指示和增益调整功能，支持机架安装的结构形式。其中图1是本实用新型的后面板图，接口2输入交流220伏电源；“O1”为光纤接入口1，“O2”为光纤接入口2；“A1～A8”是8路喇叭输出口。图2是本实用新型的前面板图，前面板图主要是电源、链路及工作状态指示，“POW”代表交流220伏电源指示，“O1”和“O2”是光纤接入状态指示灯，“A1～A8”是8路音频信号的接入状态指示。
图3所示是本实用新型的结构框图，由图中可知，现场可编程逻辑阵列集成电路FPGA(Field-programmable gate array)是本系统的核心部件。广播控制中心产生音频数据信号，音频和数据信号码流通过光纤以1310nm波长光传输至光模块1，光模块1将光信号码流转化为相应的电信号码流传给FPGA，FPGA通过判断处理这些电信号是否为正确的有用的音频和低速数据信号，如果是，FPGA除了将这组数字信号码流通过光模块2继续以1310nm波长光传至下一台光纤数字广播机之外，还会将这些数字音频信号解出并按时序传往高保真音频编解码电路，由该编解码电路完成对数字音频信号的采集、滤波、编解码和数/模(D/A)转换并输出高保真模拟音频信号，左右声道两路模拟音频信号经过功放模块电路进行信号的放大，放大后的信号经过继电器组进行切换输出给扬声器；低速数据信号由FPGA量化后直接送至单片机。同样的，本实用新型还可以通过光模块1以1550nm波长光发送数字音频和低速数据码流至数公里外的网内的广播机或者主站控制中心，通过光模块2可以接收另一网内广播机或者主战控制中心以1550nm波长光发送出的数字音频和低速数据码流，也就是图中数字音频和数据码流的逆向传输。单片机与FPGA之间的通信方式采用串行通信，单片机接收后判断是否为控制中心发给本光纤广播机的指令，而地址码开关则决定了指令是否是发给本单片机的，如果是控制中心发给本机的控制指令，那么单片机将会通过驱动电路驱动相应的继电器吸合来完成控制中心发出的指令，如果不是，那么单片机将不动作，在这里单片机的作用是接收控制命令和切换。
图4所示是本实用新型的组环图，每一台光纤数字广播机作为一个平台，如当6个平台节点所处的地理位置构成环形结构时，可直接连接成为环形网络结构，由于采用了波分复用技术，在一芯光纤上可以同时传两种不同波长的光信号。所述的信号包括音频和数据信号。如图，在已经连结成“环”的情况下，环路1与环路2所传信号可以完全相同，但信号流传输方向相反，每一个平台有两个光模块，光模块其作用是将光信号和电信号的信号转换，其收发一体的性质大大节省了光纤资源，我们采用的光模块的型号为深圳恒宝通的HWTR-01-335151251和HWTR-01-353151251，对应以下图5中的M1和M2，其都为光纤双向收发一体光模块，前者是以1310nm波长光发送，后者是以1550nm光发送，接收的光波长则相反。光纤数字广播机1的M1和广播机2的M2连，广播机2的M1和广播机3的M2连，依次类推，手拉手连成一个环网，实际应用中连接光纤时必须要注意。不妨设定环路1逆时针传输信号为主光纤环路，环路2顺时针传输信号为备光纤环路，在双光纤环路工作正常情况下，整个环路设置一个主站，其余为从站。主站下传数据采取广播方式，在本方案设计中不妨取节点1为主站节点，信号采集与控制中心同主站节点相连，主站下信号据沿着环路1的光纤广播机1及环路2分别向相反方向传输，正常情况下各从站节点接收信号由主环路下传，从站节点采集的信号向环路1及环路2上传数据。若当节点3与节点4之间的两个环路光纤都断开时，在节点3与节点4的光纤广播机立即会启动自愈机制。此时节点2，3接收信号仍从环路1下传，上传信号由环路2上传；节点4，5，6接收信号此时从环路2下传，上传信号从环路1上传。在这种情况下信号采集与控制中心同各节点之间的通信仍可正常进行。所以，各节点之间若有一点光纤断开，不影响信号的传输，提高了信号传输的可靠性。
控制中心包括语音输入设备、音频输出设备、集中控制器、前置放大器、功率入大器和各种控制器及音响加工设备。功率放大器则将前置放大器送来的信号进行功率放大，再送入集中控制器，集中控制器的基本功能是完成对经过前置放大器放大的信号的接收、A/D转换、电光转换并进行信号的编码，此外还担负音量和音响效果进行各种调整和控制，有时为了更好地进行频率均衡和音色美化，还另外单独投入音频均衡器。光纤数字广播机通过光发射接收模块并联到2芯主干光缆上，可与光纤紧急电话共用光纤，其中两个光发射接收模块相连，用于接收集中控制器的光信号。集中控制器送出的信号通过与紧急电话共用的传输光纤去接入，运用波分复用技术和光纤数字广播机相连，光纤数字广播机经过光电转换、D/A转换和信号的解码接收及放大信号，由扬声器输出。
电路工作原理图如说明书附图5，主要包括音频信号的传输、编解码电路及音频信号的切换电路。在图5中，现场可编程逻辑阵列电路U1是本系统的核心部件，主要作用是信号的复接、分接、音频信号编码传输，其型号为EP1C3。该电路U1使用2.5V和3.3V两种电源，由稳压集成电路U2和U3，以及相应的电容C1和C2、电阻R1和R2与电容C3和C4、电阻R3和R4构成的电路，对输入的5伏VCC电源进行稳压分压后分别得到，并提供给电路U1。其中，两稳压分压电路的结构相同，电阻的参数不同。2.5V的电源输入到电路U1的脚16、50、75、85、103、127和53，3.3V的电源输入到电路U1的脚5、24、45、61、71、94、115和134。由控制中心输入的音频和数据信号通过一芯光纤传至光模块M1或M2，M1或M2将信号还原传至集成电路U1的8脚或27脚，电路U1将信号采样并提取出有效的音频或者低速数据信号，然后将这些信号编码并按一定的时序输出至音频解码电路U4，该集成电路U4的型号为PCM3003，其功能是将音频信号进行数/模转换及解码。电路U4的信号输出脚8～12分别依序与可编程逻辑阵列电路U1的脚140、138～135对应连接。而下行音频信号从电路U1的130、131、132、133脚出来对应接入电路U4的18、17、16、15脚。模拟立体声音频信号从电路U4的20、19脚输出至功率放大模块电路M3的“INR”和“INL”两端，信号经放大后进入继电器组J1～J8进行切换输出至扬声器。功放模块电路M3的型号为2SC5200，该模块电路M3的技术相当成熟，稳定性很高，被国内外多家知名音响功放厂家所采用。Q是一个程序下载的接口电路，用于连接电脑和电路U1。集成存储器电路U6的型号为EPCS1，通过脚1～4分别与可编程逻辑阵列电路U1的对应的脚107、108、35和2连接。接口电路Q和R5、R6、R7、R8、R9构成电路U1的程序下载电路，其中，R5～R9的作用是上拉电阻，以便给电路U1和U6之间的通信提供一个稳定的时序，在程序下载时，通过电脑并口由Q的脚1、3、7、9输入至电路U6的1～4脚，完成程序的下载。集成电路U5和电容C11构成一个时钟振荡器，集成电路U5的型号为clock65536K，该电路U5的脚3输出65.536M时钟信号接电路U1的125脚，使电路U1保持高速工作状态。音频信号切换电路主要由集成电路U8、U9以及继电器组J1～J 8构成，电路U8是音频切换电路的核心，由其控制继电器的通断。该集成电路U8采用美国Microchip公司生产的PIC单片机，型号为16F877，它是一款高性价比的Flash单片机。电路U8的脚D0～D7接电路U9的“IN8”～“IN1”，通过电路U9驱动继电器组的通断。该集成电路U9的型号为TD62083，是一款常用的反向驱动放大器。集成电路U7是上电/掉电复位芯片，型号为MAX809，其脚2接电路U8的脚2，作用是电路上电过程给单片机U8一个140MS的低脉冲让其复位，然后在将电位拉高正常启动单片机，在当电路电源低于4.5V时，将单片机强制复位，以确保系统的稳定。电路K是8位地址码开关电路，它的脚9～16接电路U8的脚44～41、39～36，而脚1～8全部接地，其作用是提供256个地址给控制中心，以便控制中心控制任何一路的扬声器。电路U8的8脚和电路U1的60脚相连，其作用是从电路U1获得2M的时钟工作。
本实用新型采用一片型号为EP1C3的FPGA构成整个电路的核心，它主要担负着将由控制中心传过来的数字音频信号和低速数据信号解出给立体声音频编解码芯片PCM3003和单片机U8之外，还要将信号通过光模块M1或M2复接至一芯光纤往下一个环路的光纤广播机，除此之外还要为单片机输出精确的2M时钟信号让单片机保持高速工作状态。芯片PCM3003的作用就是音频信号的A/D转换及编解码。由于电路U1这类型号的FPGA工作的电源由两种电源提供，分别是2.5V和3.3V，采用两块芯片7301Q及其附属元件来完成对芯片EP1C3的供电工作。电路还包括FLASH程序存储器芯片EPCS1，其作用是存放FPGA的程序，只需将程序直接下载到存储器芯片EPCS1，就可以令FPGA工作。
光纤数字广播设备主要应用于高速公路收费站广场、收费亭、地铁、隧道、校园等，其传输方式高质及高效，是当今广播系统发展的趋势。本系统除高速公路上的隧道、收费亭广播、日常业务广播、背景音乐广播的应用外还兼作消防紧急广播，在消防火灾报警的情况下起到无可比拟的重要作用。因此选用产品时必须考虑其成熟性、稳定性。保证系统在任何情况下都能保持正常运行。采用当今国际、国内上先进和成熟的计算机软硬件技术，使新建立的系统能够最大限度地适应今后技术发展变化和业务发展变化需要。主机操作界面简明易懂，外围设备操作步骤简单，可根据用户需要对呼叫站主控台的按键进行同种功能的不同设置进行更改。选用的设备为模块化结构，可根据需求灵活组合和扩充系统的功能，使系统得以最大地发挥其作用。
权利要求1一种光纤数字广播机，它包括高保真音频编解码电路(U4)和功率放大电路(M3)，其特征在于还包括传输音频信号和数据信号的光纤线路；将通过所述光纤线路传输的音频和数据信号转化为电信号的光模块电路(M1、M2)；识别处理从所述光模块电路输入的音频和数据信号，并分别按时序输出的现场可编程逻辑阵列电路(U1)；通过数据信号，控制所述音频功率放大器至扬声器的单片机控制电路(U8U9)。
2.根据权利要求1所述的光纤数字广播机，其特征在于所述的单片机控制电路包括单片机(U8)、地址码开关电路(K)、驱动电路(U9)和继电路电路(J1～J8)。
专利摘要本实用新型公开了一种光纤数字广播机，它包括高保真音频编解码电路和功放电路，其特征在于还包括传输音频信号和数据信号的光纤线路；将通过所述光纤线路传输的音频和数据信号转化为电信号的光模块电路；识别处理从所述光模块电路输入的音频和数据信号，并分别按时序输出的现场可编程逻辑阵列电路；通过数据信号，控制所述音频功率放大器至扬声器的单片机控制电路该机与音频数据信号采集控制中心可构成光纤数字广播系统，广播机通过光模块电路将光信号转换成电信号，经现场可编程逻辑陈列电路识别出音频信号和数据信号，音频信号经高保真音频编解码电路和功放电路，推动扬声器发出声音。适用于高速公路收费站、校园和商业广场等。
文档编号H04H20/69GK2872750SQ20062009558
公开日2007年2月21日 申请日期2006年3月10日 优先权日2006年3月10日
发明者郑明德, 范成发 申请人:郑明德, 范成发