雙音多頻信號(hào)的雙電路設(shè)計(jì)

雙音多頻信號(hào)的雙電路設(shè)計(jì)

1雙音多頻dtmf信號(hào)隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信變得越來(lái)越普遍。人們通常采用調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行通信,但在通信數(shù)據(jù)量不大,對(duì)通信速率要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合,可以考慮一種DTMF通信方式。DTMF由CCITT制訂并推薦作為按鍵式電話的標(biāo)準(zhǔn),目前廣泛用于電話撥號(hào)。雙音頻信號(hào)由兩種頻率組合而成,每個(gè)DTMF信號(hào)由一個(gè)低頻信號(hào)和一個(gè)高頻信號(hào)組成,一共可以產(chǎn)生16種信號(hào),分別代表按鍵0～9、*、#等。由于雙音多頻DTMF信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等特點(diǎn),因而可廣泛應(yīng)用于通訊、遙控等領(lǐng)域。利用DTMF信號(hào)可實(shí)現(xiàn)雙總線的遠(yuǎn)距離微機(jī)通訊,以完成控制或數(shù)據(jù)的傳輸。采用DTMF技術(shù)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的軟硬件關(guān)鍵技術(shù),其電路具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高的特點(diǎn)。與相關(guān)軟件配合還可實(shí)現(xiàn)雙向呼叫通信,正確識(shí)別通話與通信等功能,可適用于多種遠(yuǎn)程通信場(chǎng)合,具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。目前,電話授時(shí)系統(tǒng)是以公用電話網(wǎng)為載體的一種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間傳遞技術(shù)。其主要技術(shù)特點(diǎn)是采用調(diào)制解調(diào)器與單片機(jī)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息的傳遞,同步精度優(yōu)于5ms。優(yōu)點(diǎn):控制的信息可以非常復(fù)雜和豐富。缺點(diǎn):必須在主控站和用戶各內(nèi)置一臺(tái)專用Modem,費(fèi)用較高且通訊一次需40s,浪費(fèi)線路資源。如果直接使用公用電話網(wǎng)上的DTMF信號(hào)(*、#及10個(gè)數(shù)字鍵,共12個(gè)鍵,一般作電話撥號(hào)用)或其組合,實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的傳遞(這些組合編成ASCII碼字符信息可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程被控制方進(jìn)行有效的控制)即可彌補(bǔ)電話授時(shí)的缺點(diǎn)。基于雙音頻的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間傳遞技術(shù)研制的用戶裝置,不但體積小、操作簡(jiǎn)單,而且方便可靠、費(fèi)用低廉,可滿足中等精度時(shí)間用戶的需求,可為科學(xué)研究、交通管理等行業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步服務(wù)。2基于雙音頻的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間傳遞系統(tǒng)總體上基于雙音頻的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間傳遞系采用“服務(wù)器-客戶機(jī)”的設(shè)計(jì)模式,也就是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間服務(wù)器與用戶終端兩部分。這兩部分通過(guò)音頻編碼按照預(yù)先規(guī)定的協(xié)議進(jìn)行通信,并將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間從服務(wù)器傳遞到客戶機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。從圖1中可以看出,基于雙音頻的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間傳遞系統(tǒng)相對(duì)于原來(lái)的電話授時(shí)少了兩臺(tái)Modem,這樣就會(huì)降低設(shè)備制造的成本。整個(gè)硬件按照不同的功能分為服務(wù)器系統(tǒng)和客戶機(jī)系統(tǒng)兩部分。2.1信號(hào)轉(zhuǎn)換和信號(hào)傳遞服務(wù)器部分設(shè)計(jì)時(shí)考慮到時(shí)間源為國(guó)家授時(shí)中心標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(利用中心低頻時(shí)碼接收機(jī)實(shí)現(xiàn)或者直接接收國(guó)家授時(shí)中心基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的100k頻率信號(hào)計(jì)時(shí))并以GPS接收機(jī)為備份,這樣保證了時(shí)間服務(wù)器所保持時(shí)間的準(zhǔn)確性與可靠性。其設(shè)計(jì)原理如圖2所示。由國(guó)家授時(shí)中心守時(shí)實(shí)驗(yàn)室,GPS或低頻信號(hào)接收單元產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理單元進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換,得到所需要的時(shí)間編碼格式。將所得到的時(shí)間實(shí)時(shí)地送入單片機(jī)系統(tǒng),這樣單片機(jī)系統(tǒng)就可以得到實(shí)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,并把標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間寫入用于維持時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)鐘芯片(在所有獲得標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間手段都失敗時(shí)用于維持服務(wù)器時(shí)間),這一部分工作在服務(wù)器初始化過(guò)程中完成。初始化完成以后,服務(wù)器處于端口連接監(jiān)聽(tīng)狀態(tài),等待用戶申請(qǐng)。一旦電話振鈴電路檢測(cè)到有用戶通過(guò)雙音頻電話申請(qǐng)連接,振鈴開(kāi)始,完成設(shè)定的振鈴次數(shù)后,單片機(jī)系統(tǒng)響應(yīng),并發(fā)送摘機(jī)信號(hào),并通知接收機(jī)摘機(jī),然后單片機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)DTFM通信電路,把標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間通過(guò)電話線路傳遞給接收機(jī)。傳遞完成后,單片機(jī)自動(dòng)掛機(jī),整個(gè)通信過(guò)程完成,服務(wù)器再一次處于端口監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。2.2模式一:賦予+機(jī)械系統(tǒng)客戶機(jī)本著“傻瓜”原則,盡量簡(jiǎn)化用戶的操作,系統(tǒng)組成原理同如圖3所示。在沒(méi)有和服務(wù)器連接的情況下,接收機(jī)顯示的時(shí)間是由時(shí)鐘電路產(chǎn)生并保持的時(shí)間。接收機(jī)一個(gè)完整的通信過(guò)程為:在電源打開(kāi)狀態(tài)下,根據(jù)指令自動(dòng)或者手工進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間申請(qǐng)。單片機(jī)系統(tǒng)首先根據(jù)預(yù)設(shè)啟動(dòng)電話撥號(hào)程序,接收機(jī)處于摘機(jī)狀態(tài),如果遇到忙音(無(wú)法撥出),單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)送掛機(jī)信號(hào),中斷本次連接;如果連接暢通,在服務(wù)器摘機(jī)后,單片機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)雙音頻通信(DTFM)電路與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,單片機(jī)系統(tǒng)把所獲得的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間實(shí)時(shí)地寫入時(shí)鐘芯片。當(dāng)完成了數(shù)據(jù)傳遞以后,單片機(jī)發(fā)送掛機(jī)命令掛機(jī),一個(gè)完整的通信完成。3多次往來(lái)時(shí)延計(jì)算由于服務(wù)器和客戶機(jī)(用戶終端接收機(jī))之間在通信時(shí)是通過(guò)電話線路來(lái)完成的,每一次連接都有可能走不同的通信線路,那么線路的時(shí)間延遲必將影響著時(shí)間傳遞的準(zhǔn)確性,因此如何消除時(shí)間延遲是非常重要的研究?jī)?nèi)容。在基于雙音頻的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間傳遞系統(tǒng)中可以采用雙向時(shí)延除以2或者多次往返時(shí)延的統(tǒng)計(jì)平均來(lái)測(cè)定單項(xiàng)時(shí)延。由于不管是采取雙向時(shí)延或者多次往返時(shí)延統(tǒng)計(jì)平均,其基本原理是一致的,所以這里只介紹前者。當(dāng)服務(wù)器與客戶機(jī)建立的連接以后,首先就應(yīng)該進(jìn)行線路傳輸時(shí)延的測(cè)定,以便在發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間時(shí)考慮到時(shí)間延遲造成的影響。服務(wù)器和客戶機(jī)建立連接后時(shí)延測(cè)定模型如圖4所示。一旦客戶機(jī)與服務(wù)建立連接,服務(wù)器首先向客戶機(jī)發(fā)送一個(gè)信號(hào),如圖4中即在A點(diǎn)向客戶機(jī)發(fā)送信號(hào),這時(shí)的時(shí)間根據(jù)服務(wù)器端的時(shí)間計(jì)為T1,客戶機(jī)收到信號(hào)后(圖4中B點(diǎn))根據(jù)客戶機(jī)端時(shí)間計(jì)為T2,客戶機(jī)接收到信號(hào)立即處理,處理完成后在C點(diǎn)又向服務(wù)器端發(fā)送已經(jīng)收到的信號(hào),此時(shí)以客戶機(jī)端時(shí)間為準(zhǔn)計(jì)為T3,服務(wù)器收到回復(fù)的時(shí)間以本身的時(shí)間為準(zhǔn)計(jì)為T4,這樣就可計(jì)算出線路的傳輸延遲DT為DT=(T4?T1)?(T3?T2)2DΤ=(Τ4-Τ1)-(Τ3-Τ2)2服務(wù)器計(jì)算出線路時(shí)延DT后,就可以利用“提前”發(fā)送時(shí)間的方法將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間發(fā)送到客戶端,即標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間ST加時(shí)間延遲DT。在傳遞時(shí)間時(shí)候應(yīng)考慮到由于秒到分、分到小時(shí)以及日期的跳變的情況,解決此類問(wèn)題的最簡(jiǎn)單的方法是當(dāng)遇到此情況時(shí),可以推遲時(shí)間傳遞時(shí)刻,以避免由于各種跳變而引起的復(fù)雜計(jì)算和判斷。4gps閱讀器測(cè)試結(jié)果依據(jù)設(shè)計(jì)方案,研發(fā)了一套測(cè)試系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)傳遞時(shí)間的準(zhǔn)確度進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試原理如圖5所示。根據(jù)上述原理進(jìn)行實(shí)際測(cè)試,測(cè)試時(shí)間為2006年8月9日8:45,測(cè)試地點(diǎn)為國(guó)家守時(shí)中心內(nèi)部,同一個(gè)電話交換局內(nèi)。每隔幾分鐘進(jìn)行一次時(shí)間申請(qǐng),連續(xù)申請(qǐng)20次,獲得時(shí)間與GPS接收機(jī)輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間比較結(jié)果如圖6所示。具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。從上述結(jié)果可以看出,基于DTMF方式時(shí)間傳遞系統(tǒng),傳遞時(shí)間的準(zhǔn)確度為毫秒級(jí),可以滿足時(shí)間同步中等精度的用戶需求。5基于雙音頻編碼格式的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間傳遞雙音多頻編碼在普通電