摘 要: 研究了智能呼叫系統(tǒng),能實(shí)現(xiàn)64人呼叫,在有人呼叫時,啟動語言對話系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)呼叫者和值班管理員對話,顯示第一或優(yōu)先呼叫者編碼,并有光聲提示,同時還能存儲多人呼叫信息。將系統(tǒng)分成若干部分,主要包括呼叫信號編碼和譯碼電路、呼叫存儲電路、語音放大電路、控制電路、模擬電子開關(guān)電路、模擬選擇/分配電路等部分。數(shù)字部分功能用Altera公司的FPGA器件EPF10K10TC144-3實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞: 智能呼叫系統(tǒng);TOP-DOWN層次化方法;語音放大電路;FPGA
隨著國家經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展,人們的生活品質(zhì)在不斷的提高,對生活方便要求、對人身及財物安全保障要求也在不斷地提高。呼叫系統(tǒng)順應(yīng)人們的要求應(yīng)運(yùn)而生。家庭安全、住宿安全、醫(yī)院呼叫、商場呼叫和學(xué)校呼叫等無一能離開呼叫系統(tǒng),呼叫系統(tǒng)的智能化和方便實(shí)用是提升某一區(qū)域生活品質(zhì)的重要標(biāo)志。目前使用的呼叫系統(tǒng)多為基于單片機(jī)的,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,功能不全,智能化程度不高,維修不方便。而在系統(tǒng)可編程邏輯器件由于具有設(shè)計和實(shí)現(xiàn)功能方便、100%編程、開發(fā)無風(fēng)險且可靠性高的優(yōu)點(diǎn),因此得到廣泛的應(yīng)用。本文用其中的高密度器件現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)作為核心器件來實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制部分的邏輯功能。
1 總體方案設(shè)計
該系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的主要功能有:
?。?)在有人呼叫時,能實(shí)現(xiàn)呼叫成功者和值班員相互對話;
?。?)第一呼叫員或優(yōu)先呼叫員呼叫成功,數(shù)碼管能顯示其編號,沒人呼叫時不顯示;
?。?)能用LED指示現(xiàn)在有哪些人在呼叫;
(4)有人呼叫時,LED亮閃和喇叭響;
(5)值班員撥動響應(yīng)開關(guān)對話,對完話按系統(tǒng)復(fù)位按鈕即可實(shí)行下次呼叫對話。
按上面要求,設(shè)計出系統(tǒng)總體方案圖如圖1所示。
系統(tǒng)通電后即可正常工作,這時如果有人呼叫,第一或優(yōu)先呼叫員的信號送給FPGA器件,經(jīng)過處理后發(fā)出相應(yīng)的編碼顯示信號,由外接數(shù)碼管顯示,如無人呼叫數(shù)碼管不顯示;同時發(fā)出控制放大器工作、LED和喇叭工作的控制信號,使語音對話放大器工作、LED亮閃和喇叭發(fā)聲;還發(fā)出控制模擬信號選擇和分配的地址信號,選擇相應(yīng)的呼叫話筒信號到語音對話放大器,同時將值班話筒信號經(jīng)語音對話放大器分配到相應(yīng)呼叫者的喇叭,實(shí)現(xiàn)對話。每次系統(tǒng)只顯示第一或優(yōu)先呼叫員的編號,值班員只能和其對話,以免干擾和混亂。對話結(jié)束后,值班員按復(fù)位按鈕,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總復(fù)位即可進(jìn)入下次呼叫對講狀態(tài)。同時根據(jù)呼叫者LED亮即可知道目前有哪些人呼叫過。
2 FPGA邏輯功能設(shè)計
FPGA器件是系統(tǒng)的核心器件,本文采用Altera公司的FPGA器件EPF10K10TC144-3實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制系統(tǒng)的邏輯功能。使用TOP—DOWN層次化設(shè)計,該數(shù)字控制系統(tǒng)由64—6優(yōu)先編碼器、二進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換器、七段譯碼器和控制門等部分組成。其工作原理:開始工作時,優(yōu)先編碼器接收負(fù)脈沖呼叫信號輸入,第一或優(yōu)先呼叫者有效,輸出6位二進(jìn)制編碼信號,經(jīng)過二進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成BCD碼,再經(jīng)過七段譯碼器輸出呼叫者編號。編碼信號再通過三態(tài)控制門輸出作為模擬選擇和分配器的地址,有人呼叫時才有控制地址輸出。一旦有人呼叫,“與非門”輸出為1,通過“或門”禁止其他人呼叫編碼,因此只顯示第一個人的呼叫編號。此外在有人呼叫時,右下方的控制門即輸出控制語音放大器工作、控制LED閃爍和喇叭(LB)發(fā)聲的的控制信號。其頂層設(shè)計電路框圖如圖2所示。
3 主要外圍電路設(shè)計
3.1 呼叫信號發(fā)生器設(shè)計
呼叫者要發(fā)出如圖3(a)的呼叫負(fù)脈沖信號,開關(guān)K閉合時即呼叫。在對話時,呼叫者要發(fā)出如圖3(b)的話筒信號,該信號經(jīng)過語音放大電路推動喇叭工作。
其電路原理圖如圖6所示,由A1構(gòu)成的話筒放大器對語音信號進(jìn)行放大,由中間兩個運(yùn)放A構(gòu)成的帶通濾波器濾除雜散信號,讓純語音信號通過,功率放大器對語音信號進(jìn)行功率放大,以便推動喇叭工作。
3.4 呼叫者LED點(diǎn)亮電路
在有人呼叫時,其相應(yīng)的RS觸發(fā)器74LS279的置位端為低電平,觸發(fā)器被置位,相應(yīng)的發(fā)光管被點(diǎn)亮。凡是發(fā)光管被點(diǎn)亮說明相應(yīng)的編號有人呼叫過。只有在和第一位呼叫者對話后,值班管理員按系統(tǒng)復(fù)位信號后,所有被點(diǎn)亮的發(fā)光管才會熄滅。呼叫者LED點(diǎn)亮電路圖如圖7所示。
3.6 掉電保護(hù)電路
本系統(tǒng)的核心器件是EPF10K10TC144-3,屬于FPGA類型器件,為方便使用,需要對其配備掉電保護(hù)裝置,這樣系統(tǒng)通電時,F(xiàn)PGA器件可立刻發(fā)揮邏輯功能。掉電保護(hù)電路如圖9所示。
具體操作如下:在開關(guān)全斷開的情況下,計算機(jī)并行口通過ByteBlaster接口將.sof文件下載到FPGA類器件里,實(shí)現(xiàn)對FPGA器件的編程;需要掉電保護(hù)時,首先要對EPC2LC20器件編程,方法是:在文件編譯前選擇好保護(hù)器件EPC2LC20,在開關(guān)全斷開的情況下,計算機(jī)并行口通過JTAG接口將編譯后產(chǎn)生的.pof文件下載到EPC2LC20器件里,實(shí)現(xiàn)對EPC2LC20器件的編程;最后將所有的開關(guān)閉合,系統(tǒng)在斷電后再通電時,就由EPC2LC20器件自動地對FPGA類器件下載編程,實(shí)現(xiàn)對FPGA類器件的掉電保護(hù)。
本系統(tǒng)經(jīng)過方案設(shè)計和論證、軟件和硬件設(shè)計、精選器件、安裝焊接調(diào)試,各功能全部實(shí)現(xiàn),且操作簡單方便??萍嫉陌l(fā)展不但要給人民帶來物質(zhì)生活水平的提高,更重要的要帶來精神水平的提高,人身的安全和生活的方便是精神水平提高的一個重要標(biāo)志。多功能、智能化的呼叫系統(tǒng)將會越來越受到人們的青睞。本系統(tǒng)屬于一鍵式開關(guān)系統(tǒng),在醫(yī)院、住宅區(qū)、商場和學(xué)校等場合可得到廣泛的應(yīng)用。