摘要:對講機的通信距離有限，提出一種通過Internet傳輸數字對講機話音和數據，擴大對講機通信范圍的方案。數 字對講機通過串口與計算機相連，計算機作為中心站，完成數據的轉發功能，并通過Internet傳輸數據。首先設計了數字對 講機和計算機之間通信的串口通信協議，在此基礎上詳細講述了中心站的軟件設計。中心站軟件的設計主要包括三個部 分，對講機模塊和計算機之間串口通信協議的設計和實現，通過Internet使用UDP協議的數據傳輸;使用Access數據庫對 對講機用戶號碼及中心站IP地址的管理等。通過對中心站軟件的測試表明，設計的串口通信協議可行，使用中心站軟件能 通過該方案有效地擴大對講機的通信距離。
關鍵詞:數字對講機;串口通信;UDP; Acce s s
中圖分類號：TP399 文獻標識碼:B 文章編號：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
作為無線通信工具，對講機與移動電話相比具有自 己的特點，在一對一、一對多的定向專項通信中,具有建 立通信迅速的特點，尤其是一對多的特性是普通移動電 話所不能比擬的。以前對講機廣泛應用于部隊、公安、 安全、救護、公用事業等政府部門，隨著經濟的發展,人 民對移動通信要求的增加,對講機逐步開始應用于出租 車調度、安保、物業管理、工地、酒店等民用場合。但是 對講機的通信距離有限，常規對講機的通話距離一般為 3〜5 km[1],某些專業對講機的通信距離可以達到 10 km以上,而實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,通話距離還會相對短 些。當有系統基站支持時，對講機的通話范圍可達 十幾千米,甚至幾十千米,這無疑大大增加了系統成本。
收稿日期:2009~08-10
本文探討了一種利用Internet傳輸數字對講機話音和 數據業務的方法,所使用的數字對講機基于dPMR協 議。利用dPMR協議[2]實現的對講機,通過撥號建立 呼叫連接,號碼為7位數字,除話音通信外，還可實現數 據通信，并可以實現組呼。使用該方法組網簡單,可以 大幅度降低成本，有效地擴大對講機的通信距離。
1系統工作原理
通過互聯網傳輸數字對講機話音和數據的工作原 理如圖1所示。每個中心站及其所連接的通信模塊和 該范圍的對講機可以看成一個區域，對應對講機號碼的 一個號段，通信模塊與中心站使用串口連接，實現數據 的透明傳輸，將數據發送給中心站處理。假設左側中心 站所在區域的某一對講機撥號發起呼叫,其數據信息通 過無線信道發送到通信模塊再發送到中心站，同時也發 送到同一區域的其他對講機，中心站使用中心站軟件對 數據信息解析，若發現被呼對講機號碼在同一區域內則
辛然等:數字對講機互聯網傳輸的中心站軟件設計
軟件技術
不處理，由被呼對講機接收數據;若發現被呼對講機號 碼在其他區域,中心站軟件則根據被呼號碼查詢其所在 區域中心站的IP地址,然后將數據通過Internet轉發 到該IP地址所對應的中心站。中心站在整個對講機系 統中所起的作用是把接收到源對講機的數據轉發給目 的對講機,其作用與轉發臺相同,可看作是軟轉發。數 字對講機話音和工作原理如圖1所示。
x、m•機 x>m•機 x>m•機 x」謂•機
圖1數字對講機話音和數據工作原理示意圖
2中心站軟件設計概述
這里重點講述中心站軟件的設計。所用的開發環 境是VC++ 6.0,所用的編程語言是VC+ +和MFC。中 心站軟件應實現以下主要功能。
(1)對講機號碼,IP地址的管理,包括對講機號碼 及其所在區域中心站IP地址的注冊、刪除、更新等；
(2)通過串口與通信模塊通信,并對數據解析；
(3)通過Internet網將數據轉發給遠方中心站。 根據要完成的以上三個功能,中心站軟件的設計也
應該主要包括三個模塊：
(1)使用Access數據庫管理對講機號碼和中心站 IP地址。該模塊在實現上要在用戶界面(UI)上留出接 口 ,使得用戶能夠通過用戶界面方便地管理對講機號碼 和中心站IP地址,包括添加、刪除、修改等；
(2)使用MSComm控件實現中心站與對講機模塊 的串口通信。該部分也應該在用戶界面上留有接口。 其中，串口端口號,串口通信的波特率，以及校驗位、數 據位、停止位等都是用戶可設置的；
(3)使用UDP協議通過Internet傳輸數據。該部 分米用Windows在后臺網絡實現編程。下面分別對 三個模塊的設計和實現做詳細討論。
3使用Access數據庫管理對講機號碼和中心站IP 地址
討論的中心站軟件對講機號碼和中心站IP地址的 管理釆用Access數據庫,具有使用簡單,費用低廉,對 機器的配置要求低等特點。當然也可以根據實際情況 使用其他數據庫,如MySQL等。所使用的數據庫編程
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接口是MFC ODBC類[3],所設計的數據庫表格至少應 該包括兩個字段,中心站IP地址字段和對講機號碼字 段。同一個IP地址可能要對應許多不同的對講機號 碼,還可以根據需要加入其他字段,如中心站所在地字 段,對講機是否處于漫游狀態等字段。需要設計的基本 管理功能如下：
添加當新增對講機用戶時,用于添加中心站IP 地址和對講機號碼。
刪除用于刪除不需要的對講機號碼,同時刪除其 所在的整條記錄。
修改對講機號碼當中心站所在區域某一對講機 更換號碼時用來修改號碼,而中心站IP地址不變。
修中心站IP地址當更換另一臺機器作為中心站 時,應保證以前的中心站IP地址全部修改為新的,而對 應的對講機號碼不變。
以上功能的實現需要使用CRecordSet類的成員 函數[4]。
4中心站與通信模塊的通信
4.1串口通信協議
中心站與通信模塊釆用串口進行通信。串行通信 接口（RS 232)是計算機標準配置的通信接口，利用串 口進行數據通信、數據釆集等是計算機的重要應用領域 之一。利用串口的數據傳輸可以根據具體的實際情況 設計自己的數據交換規則,即通信協議[5]。該系統的串 口通信協議參考了 RS 232串口通信協議的格式,靠起 始位和停止位實現字符的界定或同步,而協議當中的具 體字段內容則根據dPMR協議的話音和數據傳輸來設 計通信過程。所設計的中心站與通信模塊間的通信協 議如表1所示。
表1中心站與通信模塊通信協議
含義 字節數 說明
起始符 1 0x7E
源ID 7 1234567
目的ID 7 1234567 ,123 * * *
數據類型 1
數據幀說明 1
數據部分長度 1 長度=n
數據部分 n
校驗和 1 從起始符到數據部分結束，按字節求和
結束符 1 0x7E
4.2協議說明
中心站與通信模塊的通信協議如下：
起始符起始符為1個字節,取值為0x7E。
源ID源ID是發送數據對講機的ID ,其取值為
7位數字串。
目的ID目的ID是接收數據對講機的ID ,其取值 為7位數字串，且后4位可以為通配符“ * ”，表示該位 可以為任意數字。
數據類型數據類型表示通信數據的用途,根據通 信數據的不同作用，把數據分為以下幾類,如表2所示。
表2數據類型分類
類型取值 作用 類型取值 作用
1 請求連接:用于語音通話 5 圖片文件:無需請求連接
2 斷開連接:用于語音通話 6 〜255 備用
3 語音 0 未使用
4 短信息:無需請求連接
數據幀 數據幀的說明占1字節，其說明如表3
所示。 表3數據幀說明
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，續幀， 1是 0無，1有
注:該字節的bit 1只在傳輸文件、短信息時有意義，傳輸語音時無意 義;bit 2只在傳輸文件時有意義。在傳輸文件時，第一幀為文件名，從 第二幀開始為文件內容。
數據長度數據長度指數據部分的長度，1個字 節，取值為0〜255。
數據部分數據部分為實際傳輸的數據，其內容可 以為空。
校驗和檢驗和的計算方法指從起始符開始到數 據部分的最后一個字節，逐字節求和，然后模256。
結束符結束符為1個字節，取值為0x7E。
4. 3使用MSComm控件實現串口通信
在實現計算機和串口通信時使用MFC的 MSComm控件[6]。如前面提到，串口的某些屬性應該 是用戶可設置的,如串口的端口選擇，串口通信的波特 率，以及校驗位、數據位、停止位的選擇等。使用 MSComm控件實現串口通信的一個重要函數是On-Comm()函數[7],這個函數是用來處理串口消息事件 的,每當串口接收到數據,就會產生一個串口接收數據 緩沖區中有字符的消息事件,OnComm()函數就會執 行,在OnComm()函數加入相應的處理代碼就能實現 自已想要的功能。具體的串口通信過程應按照上文提 到的串口通信協議實現。當中心站接收到串口的數據 時,應該解析出接收數據對講機的ID ,即目的ID ,因為 對講機號碼是惟一的,所以據此目的ID查找中心站IP 地址,若IP地址就是本地中心站的IP ,說明被呼號碼 就在本區域,則不予處理,否則根據中心站IP地址,通
過Internet將數據轉發到遠端中心站,遠端中心站接收 到數據后再通過串口將其發送給該中心站所連接的通 信模塊進行數據處理。
5使用UDP協議通過Internet傳輸數據
考慮到數據傳輸的實時性,通過Internet傳輸數據 時米用UDP協議,這里使用Windows系統的Winsock
API網絡編程接口[8]。由于各中心站軟件是對等關系， 所以并沒有采用客戶機/服務器模型。為了提高接收數 據的成功率和數據的傳輸效率,程序使用兩個套接字, 一個套接字用來接收數據,另一個用來發送數據,發送 和接收數據使用不同的端口。使用UDP數據報的套 接字編程模型[9]如下：
(1)創建套接字,調用socket函數。socket函數原 型為：
SOCKET socket(int af ,int type ,int protocol)
(2)將本地地址與服務端口綁定,這個過程調用 bind函數完成。該函數原型為：
int bind ( SOCKET s , const struct sockaddr * name , int
namelen)
此處應該注意將主機字節轉換為網絡字節[1()]。
(3)當收到串口傳來的數據,并查到相應的中心站 IP地址后,調用sendto函數發送數據。sendto函數原 型為：
int sendto (SOCKET s ,const char * buf ,int len ,int flags)
(4)接收端等待接收數據,當收到數據時調用rec-from函數接收。函數原型為：
int recvfrom(SOCKET s ,char * buf ,int len ,int flags ,struct sockaddr *from ，int *fromlen)
(5)調用closesocket函數關閉套接字。該函數原
型為：
int clo sesocket ( SOC KET s)
在進行UDP編程時,從串口傳來的數據除了根據 串口通信協議從中解出有用的字段,如目的ID等,并不 進行處理,將數據全部通過Internet網進行傳輸,遠端 中心站接收到數據后,通過串口與其所連接的通信模塊 進行通信,而對數據的處理則由遠端通信模塊根據串口 通信協議完成。
6結語
這里提出一種通過Internet網傳輸數字對講機話 音和數據的方案,可以擴大對講機的通信距離。重點講
圖5時鐘、輸入、未知系統輸出、
自適應濾波器的輸出及誤差信號
從圖5的結果可以看出，自適應濾波器在經過開始 的一段振蕩后，輸出逐漸與未知系統輸出一致,二者的 誤差逐漸減小到接近零，即實現了無差跟蹤，可見，該自 適應濾波器實現了對未知系統的跟蹤和建模，且有相當 快的收斂速度。
5結語
本文用Matlab中的Simulink對LMS算法的實現 方法進行了仿真,并在FPGA中實現了 LMS算法,進 而實現了在FPGA中用自適應濾波器對未知系統的建
模，并對FPGA設計的系統建模結果用Matlab軟件仿 真以增強Quartus的仿真功能，從而得到完整而且直觀 的仿真結果,這種系統建模所釆用的仿真、實現和驗證 方法同樣適用于消除寬帶信號中的窄帶干擾、實現自適 應譜線增強以及自適應均衡等[1],具有一定的通用性。
參考文獻
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自適應濾波器的輸出及誤差信號如圖5所示,其中，輸 入信號同樣為迭加了隨機信號的正弦波。
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。研究方向為數字信號處理。
(上接第乃頁）
述了這一方案中最重要的一部分中心站軟件的設計和 實現。通過對筆者所實現的中心站軟件進行測試表明， 能夠順利地通過Internet實現數字對講機話音和數據 的傳輸，到達預期目的,并且所提出的方案具有組網簡 單,建設成本低廉的特點。
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作者簡介辛然男，1985年出生，內蒙古赤峰人,碩士研究生。主要研究方向為移動通信。
謝曉明男，1969年出生，江西奉新人,副教授。主要研究方向為移動通信技術和寬帶通信技術。
