雙音多頻信號的雙電路設計

雙音多頻信號的雙電路設計

1雙音多頻dtmf信號隨著計算機和通信技術的發(fā)展，通過網絡進行遠程通信變得越來越普遍。人們通常采用調制解調器進行通信,但在通信數據量不大,對通信速率要求不高的應用場合,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準,目前廣泛用于電話撥號。雙音頻信號由兩種頻率組合而成,每個DTMF信號由一個低頻信號和一個高頻信號組成,一共可以產生16種信號,分別代表按鍵0～9、*、#等。由于雙音多頻DTMF信號具有抗干擾能力強、傳輸距離遠、數據準確等特點,因而可廣泛應用于通訊、遙控等領域。利用DTMF信號可實現(xiàn)雙總線的遠距離微機通訊,以完成控制或數據的傳輸。采用DTMF技術是實現(xiàn)遠程通信的軟硬件關鍵技術,其電路具有實現(xiàn)簡單、成本低、可靠性高的特點。與相關軟件配合還可實現(xiàn)雙向呼叫通信,正確識別通話與通信等功能,可適用于多種遠程通信場合,具有較好的推廣應用價值。目前,電話授時系統(tǒng)是以公用電話網為載體的一種標準時間傳遞技術。其主要技術特點是采用調制解調器與單片機相結合,實現(xiàn)標準時間信息的傳遞,同步精度優(yōu)于5ms。優(yōu)點:控制的信息可以非常復雜和豐富。缺點:必須在主控站和用戶各內置一臺專用Modem,費用較高且通訊一次需40s,浪費線路資源。如果直接使用公用電話網上的DTMF信號(*、#及10個數字鍵,共12個鍵,一般作電話撥號用)或其組合,實現(xiàn)標準時間的傳遞(這些組合編成ASCII碼字符信息可實現(xiàn)對遠程被控制方進行有效的控制)即可彌補電話授時的缺點?；陔p音頻的標準時間傳遞技術研制的用戶裝置,不但體積小、操作簡單,而且方便可靠、費用低廉,可滿足中等精度時間用戶的需求,可為科學研究、交通管理等行業(yè)提供標準時間同步服務。2基于雙音頻的標準時間傳遞系統(tǒng)總體上基于雙音頻的標準時間傳遞系采用“服務器-客戶機”的設計模式,也就是標準時間服務器與用戶終端兩部分。這兩部分通過音頻編碼按照預先規(guī)定的協(xié)議進行通信,并將標準時間從服務器傳遞到客戶機。整個系統(tǒng)的硬件構成如圖1所示。從圖1中可以看出,基于雙音頻的標準時間傳遞系統(tǒng)相對于原來的電話授時少了兩臺Modem,這樣就會降低設備制造的成本。整個硬件按照不同的功能分為服務器系統(tǒng)和客戶機系統(tǒng)兩部分。2.1信號轉換和信號傳遞服務器部分設計時考慮到時間源為國家授時中心標準時間(利用中心低頻時碼接收機實現(xiàn)或者直接接收國家授時中心基準實驗室的100k頻率信號計時)并以GPS接收機為備份,這樣保證了時間服務器所保持時間的準確性與可靠性。其設計原理如圖2所示。由國家授時中心守時實驗室,GPS或低頻信號接收單元產生的標準時間信號通過信號處理單元進行信號轉換,得到所需要的時間編碼格式。將所得到的時間實時地送入單片機系統(tǒng),這樣單片機系統(tǒng)就可以得到實時的標準時間,并把標準時間寫入用于維持時間系統(tǒng)的時鐘芯片(在所有獲得標準時間手段都失敗時用于維持服務器時間),這一部分工作在服務器初始化過程中完成。初始化完成以后,服務器處于端口連接監(jiān)聽狀態(tài),等待用戶申請。一旦電話振鈴電路檢測到有用戶通過雙音頻電話申請連接,振鈴開始,完成設定的振鈴次數后,單片機系統(tǒng)響應,并發(fā)送摘機信號,并通知接收機摘機,然后單片機系統(tǒng)啟動DTFM通信電路,把標準時間通過電話線路傳遞給接收機。傳遞完成后,單片機自動掛機,整個通信過程完成,服務器再一次處于端口監(jiān)聽狀態(tài)。2.2模式一:賦予+機械系統(tǒng)客戶機本著“傻瓜”原則,盡量簡化用戶的操作,系統(tǒng)組成原理同如圖3所示。在沒有和服務器連接的情況下,接收機顯示的時間是由時鐘電路產生并保持的時間。接收機一個完整的通信過程為:在電源打開狀態(tài)下,根據指令自動或者手工進行標準時間申請。單片機系統(tǒng)首先根據預設啟動電話撥號程序,接收機處于摘機狀態(tài),如果遇到忙音(無法撥出),單片機系統(tǒng)發(fā)送掛機信號,中斷本次連接;如果連接暢通,在服務器摘機后,單片機系統(tǒng)啟動雙音頻通信(DTFM)電路與服務器進行數據交換,單片機系統(tǒng)把所獲得的標準時間實時地寫入時鐘芯片。當完成了數據傳遞以后,單片機發(fā)送掛機命令掛機,一個完整的通信完成。3多次往來時延計算由于服務器和客戶機(用戶終端接收機)之間在通信時是通過電話線路來完成的,每一次連接都有可能走不同的通信線路,那么線路的時間延遲必將影響著時間傳遞的準確性,因此如何消除時間延遲是非常重要的研究內容。在基于雙音頻的標準時間傳遞系統(tǒng)中可以采用雙向時延除以2或者多次往返時延的統(tǒng)計平均來測定單項時延。由于不管是采取雙向時延或者多次往返時延統(tǒng)計平均,其基本原理是一致的,所以這里只介紹前者。當服務器與客戶機建立的連接以后,首先就應該進行線路傳輸時延的測定,以便在發(fā)送標準時間時考慮到時間延遲造成的影響。服務器和客戶機建立連接后時延測定模型如圖4所示。一旦客戶機與服務建立連接,服務器首先向客戶機發(fā)送一個信號,如圖4中即在A點向客戶機發(fā)送信號,這時的時間根據服務器端的時間計為T1,客戶機收到信號后(圖4中B點)根據客戶機端時間計為T2,客戶機接收到信號立即處理,處理完成后在C點又向服務器端發(fā)送已經收到的信號,此時以客戶機端時間為準計為T3,服務器收到回復的時間以本身的時間為準計為T4,這樣就可計算出線路的傳輸延遲DT為DT=(T4?T1)?(T3?T2)2DΤ=(Τ4-Τ1)-(Τ3-Τ2)2服務器計算出線路時延DT后,就可以利用“提前”發(fā)送時間的方法將標準時間發(fā)送到客戶端,即標準時間ST加時間延遲DT。在傳遞時間時候應考慮到由于秒到分、分到小時以及日期的跳變的情況,解決此類問題的最簡單的方法是當遇到此情況時,可以推遲時間傳遞時刻,以避免由于各種跳變而引起的復雜計算和判斷。4gps閱讀器測試結果依據設計方案,研發(fā)了一套測試系統(tǒng)。對系統(tǒng)傳遞時間的準確度進行了測試,測試原理如圖5所示。根據上述原理進行實際測試,測試時間為2006年8月9日8:45,測試地點為國家守時中心內部,同一個電話交換局內。每隔幾分鐘進行一次時間申請,連續(xù)申請20次,獲得時間與GPS接收機輸出的標準時間比較結果如圖6所示。具體測試結果如表1所示。從上述結果可以看出,基于DTMF方式時間傳遞系統(tǒng),傳遞時間的準確度為毫秒級,可以滿足時間同步中等精度的用戶需求。5基于雙音頻編碼格式的標準時間傳遞雙音多頻編碼在普通電