СИСТЕМА ВНУТРИКОРАБЕЛЬНОЙ ГРОМКОГОВОРЯЩЕЙ СВЯЗИ И ТРАНСЛЯЦИИ Российский патент 1999 года по МПК H04B13/00 

Настоящее изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к технике передачи аналоговой и дискретной информации, и может быть использовано для организации внутрикорабельной громкоговорящей и телефонной связи, а также для передачи данных.

Известно "Устройство громкоговорящей дуплексной связи" (А.С. СССР N 1125768, кл H 04 M 9/08). Устройство содержит коммутаторы, микрофон, громкоговоритель, усилитель и др. элементы и имеет ряд модификаций по емкости и условиям применения (водозащищенные и брызгозащищенные коммутаторы).

Известно и "Устройство громкоговорящей двухпроводной дуплексной связи" (А.С. СССР N 568210, кл. H 04 M 9/08). Устройство содержит электронный коммутатор, микрофон, громкоговоритель, усилитель передачи и приема, формирователь управляющих импульсов, ФНЧ, модулятор, демодулятор и др. элементы, образующие приемные и передающие тракты. Недостатками аналогов является низкая помехозащищенность коммутаторов, зависимость качества передачи информации от длины абонентской линии, большая аппаратурная и кабельная избыточность.

Наиболее близкой к заявляемой системе по технической сущности решения вопроса является "Унифицированная судовая аппаратура громкоговорящей связи и трансляции "Рябина". ИД1.203.028 ТО, 1971 г. Аппаратура предназначена для обеспечения громкоговорящей связи и трансляции командных и вещательных передач на судах морского, речного и рыбопромыслового флотов и на судах с подводными крыльями. Приборы аппаратуры "Рябина" позволяют создавать различные схемы связи, например, схему дуплексной громкоговорящей связи (ГГС) между коммутаторами на 1, 3, 5, 10 и 20 направлений, схему симплексной ГГС и схему циркулярной связи и др. В схему дуплексной связи входят коммутаторы емкостью на 1, 3, 5, 10 и 20 абонентов, соединенные между собой в любых комбинациях без ограничения количества. Связь осуществляется путем использования шумостойкого микрофона и встроенного или выносного громкоговорителя. Вызов абонента производится световым сигналом и голосом. Коммутаторы изготовляются трех типов: навесные, для установки во внутренних помещениях; водозащищенные, для установки на верхней палубе, пультовые, для встраивания в пульт управления судном. Питание коммутаторов производится от отдельных выпрямителей от электросети переменного тока напряжением 127/220 В частотой 50 Гц. Коммутаторы между собой соединяются кабелем типа КМПВЭ и снабжены корпусами и панелями, на которых установлены органы управления, коммутации и индикации, а также разъемы, к которым подключаются электроакустические преобразователи, кабели внешнего монтажа и вторичный источник питания.

Этот аппаратурный комплекс, который является прототипом, рассчитан на использование в системах связи, имеющих произвольную конфигурацию. Каждый из коммутаторов связи указанного комплекса имеет одинаковые интерфейсы, что позволяет без ограничений проектировать соединение коммутаторов, независимо от места их расположения при принадлежности к конкретной схеме связи.

Однако, он обладает существенным недостатком - каждому направлению связи соответствует линия связи, что в большинстве проектов приводит к значительной потребности в линейных кабелях, и кроме того данный комплекс имеет существенную аппаратурную избыточность и большую номенклатуру приборов (т.е. коммутаторов).

В настоящее время стоимость линейного кабеля и его прокладка оценивается более чем 40 долларов США за 1 фут. Для примера, на кораблях класса ДС 963 проложено порядка 800 тысяч футов кабеля (т.е. 240 км). Поэтому корабль становится более уязвимым вследствие большой вероятности разрушения этих кабельных линий. Помимо этого, корабль с такой кабельной проводкой не обладает способностью быстрой адаптации при необходимости технологических изменений в подсистемах.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, снижение номенклатуры приборов при одновременном сокращении линейной кабельной сети.

Поставленная цель достигается за счет введения в известную систему коммутационных центров и соединения их между собой последовательно волоконно-оптическими линиями связи, к которым подсоединены коммутаторы и пульты, блок каютных и отсечных громкоговорителей, блок трансляции и блок абонентских линий телефонных аппаратов, при этом коммутационные центры содержат N приемопередающих и абонентских модулей, соединенных с резервной и основной шиной управления, шиной "В1", "В2", "Е", а шина резервного и основного устройства управления соединена с системой документирования информации, оперативно запоминающим устройством (ОЗУ) канала "Е", с синхрогенератором, ОЗУ канала "Д" и расширителем магистрали, который в свою очередь соединен с шиной управления, с шиной адресования и шиной передачи данных, с которыми соединены как резервные, так и основные центральные процессоры и ячейка резерва, при этом коммутаторы и пульты содержат микроконтроллер, который соединен с коммутатором, приемопередатчиком, индикатором и схемой управления, которая соединена с клавиатурой и преобразователем напряжения, к которому подключен микрофон и оконечный усилитель, а к выходу усилителя подключен громкоговоритель и микрофон, причем выход коммутатора соединен с разными коммутационными центрами, а приемопередатчик с шиной "В2".

Блок-схема системы внутрикорабельной ГГС и трансляции приведена на фиг. 1. Она содержит: коммутационные центры 1 (КЦ), соединенные между собой волоконно-оптическими линиями связи 2. К каждому КЦ 1 подключены коммутаторы 3, а также блоки каютных и отсечных громкоговорителей, блоки трансляции и блоки абонентских линий телефонных аппаратов (на фиг. не показано). К коммутаторам 3 подключены электроакустические преобразователи 4 (Мкф. и Гр. и др.).

Структурная схема КЦ 1 приведена на фиг.2. Она содержит: устройство управления 5 (т.е. центральный процессор) и резервное устройство управления 6, синхрогенератор 7, ОЗУ канала "Д" 8, ОЗУ канала "Е" 9, расширитель магистрали 10, ячейку стыка с аппаратом магнитной записи 11, четыре абонентских модуля 12 на 32 абонента каждый, магистральные передающий 13 и приемный 14 модули на 16 направлений связи, ячейку контроля и резервирования 15, шину резервного 16 и шину основного 17 устройства управления, шину управления 18, шину адресования 19 и шину передачи данных 20. А также шину "В1", "В2" и "Д". В состав каждого основного 5 и резервного 6 ЦП входит: ОЗУ, ПЗУ и ЭППЗУ. В состав абонентского модуля 12 входит: коммутатор на 32 абонента, сумматор, групповой преобразователь и абонентские комплекты. В состав магистрального приемного модуля 14 входит: расширитель магистрали, диспетчер приема и приемники ВОЛС. А в состав магистрального передающего модуля 15 входит: расширитель магистрали, диспетчер передачи и передатчики ВОЛС.

При сбое или отказе основного вычислителя ячейкой контроля и резервирования 15 производится передача функций управления КЦ 1 резервному вычислителю и индикация аварийного режима работы. Основные тактовые сигналы, определяющие работу КЦ 1 в целом, вырабатываются ячейкой синхронизации 7.

Основным в системе является 125 мкс - коммутационный кадр (соответствующий частоте дискретизации 8 кГц), синхронный для всей сети.

Для обеспечения кадровой синхронизации один из КЦ 1 сети связи программно называется "ведущим" и является задатчиком кадра, под который подстраиваются остальные КЦ 1. При отсутствии прямой связи какого-либо КЦ 1 с "ведущим" возможен двухступенчатый способ синхронизации, когда для данного КЦ 1 выбирается вторичный "ведущий" КЦ 1, имеющий прямые связи с основным. При отказе "ведущего" КЦ 1 программным методом назначается новый задатчик кадра и происходит автоматическая пересинхронизация сети, при этом информация о всех соединениях абонентов сохраняется.

В качестве среды передачи данных между КЦ 1 используются ВОЛС 2 с физической скоростью в линии 8192 кБит/с.

Для обмена данными между процессорами смежных КЦ 1 выделен канал сигнализации "Е" со сквозной скоростью 64 кБит/с, а для передачи информации между абонентами системы выделено 120 каналов "В" с той же скоростью, и общая структура магистрального обмена представляет 120В + Е. Связывающим звеном между управляющим устройством КЦ 1 и каналообразующей аппаратурой при организации канала "Е" служит ОЗУ канала "Е" 9, позволяющее временно хранить принятые данные с входящих линий связи до считывания их центральным процессором КЦ 1, а также буферировать передаваемую процессором информацию.

Ячейка диспетчера передачи служит для формирования потока каналов "В" магистрального обмена в соответствии с требуемыми соединениями абонентов разных КЦ 1. Диспетчер приема решает обратную задачу выделения требуемых каналов "В" из общего потока данных от всех направлений связи. Работа обоих диспетчеров происходит под управлением записываемой ЦП 5 в их внутренние ОЗУ информации о требуемых соединениях. Такой принцип построения приемного и передающего модулей может позволить варьировать число магистральных линий связи от 2 до 16, изменяя количество ячеек приемника ВОЛС, передатчика ВОЛС и диспетчера передачи. В качестве среды передачи данных между КЦ 1 и коммутаторами 3 служит двухпроводная линия связи с физической скоростью в линии 512 кБит/с.

Для обмена данными между ЦП 5 КЦ 1 и процессором коммутатора 3 выделен канал сигнализации "Д" со сквозной скоростью 64 кБит/с, для речевых выборок - канал "В1", для аппаратуры передачи данных - канал "В2" с той же скоростью, и общую структуру информационного обмена можно представить в виде 2В + Д. Связывающим звеном устройства управления 5 КЦ 1 и приемопередатчиками абонентского комплекта при организации канала "Д" служит ОЗУ канала "Д" 8, выполняющее те же функции, что и ОЗУ канала "Е" 9.

Для осуществления требуемых соединений по каналу "В1" (речь) в состав абонентского модуля введены ячейки сумматора, ввиду того, что основными являются такие виды связи, как конференция и командные циркуляры, и для каждого абонента должна быть обеспечена возможность получения суммы речевых выборок от необходимого числа респондентов. Для осуществления требуемых соединений абонентов по каналу "В2" используется ячейка коммутатора (которая входит в состав абонентского модуля 4).

Информация об устанавливаемых связях записывается ЦП 5 во внутренние ОЗУ обеих ячеек. Подготовленные для отправки к абонентским приборам данные собираются в ячейке группового преобразователя и в последовательном виде выдаются на ячейку абонентского комплекта. Принцип построения абонентского модуля 12 позволяет варьировать число подключаемых к КЦ 1 коммутаторов 3, изменяя число модулей от 1 до 4, а также и изменяя состав модуля (число ячеек абонентского комплекта, группового преобразователя и сумматора).

Ячейка стыка с системой документирования 11 позволяет для 4-х программно-выбранных абонентов осуществить съем с шины речевых выборок "В1" и преобразование в аналоговую форму сигналов всех респондентов абонента, включая его самого.

На фиг. 3 приведена структурная схема коммутатора 3, она включает в себя:
20 - коммутационное устройство;
21 - приемопередатчик;
22 - микроконтроллер коммутатора;
23 - преобразователь напряжения;
24 - органы управления (клавиатура со схемой управления);
25 - усилитель (микрофонный и оконечный);
26 - индикатор.

Коммутационное устройство 20 осуществляет автоматическую (при исчезновении связи) или ручную (с тастатуры) коммутацию с основной на резервную линию связи, а также переход в режим автономного контроля коммутатора 3. Управление проводит контроллер коммутатора через транзисторные ключи. В функции приемопередатчика 21 входит согласование с трансформатором гальванической развязки канала, причем последовательной информации в коде "Манчестер-11", обработка приходящей информации и разделение ее по каналам "В1", "В2", "Д", генерация импульсов синхронизации, преобразование цифровой информации в речевую и обратно. В задачу контроллера коммутатора входит управление клавиатурой, устройствами индикации и звуковой сигнализации, обработка и формирование индикации канала "Д", управление информационной строкой, управление переходом с основной на резервную линии связи, управление режимами автономного контроля коммутатора.

Преобразователь напряжения 23 формирует напряжения, необходимые для функционирования коммутатора 3 (+5В; +12В; 25В; -12В). Схема управления клавиатурой 24 производит прием сообщений о нажатии клавиши, буферировании кода нажатой кнопки и выдачу кода кнопки контроллеру. Усилитель 25 служит для усиления сигналов, как микрофонного, так и оконечного. Индикатор 26 обеспечивает индикацию номеров вызываемого (исходящий вызов) и вызывающего (входящий вызов) абонента, индикацию результатов контроля дополнительной информацией, обусловленной программой.

Работа системы осуществляется следующим образом.

Программа строится по принципу опроса всех абонентов, начиная с нулевого, по каналу "Д". Затем производится последовательный опрос канала "Е" ко всем КЦ 1. Опрос каждого ОЗУ осуществляется до получения "пустого" сообщения. На всякий принятый по каналу "Д" сигнал по адресу опрашиваемого абонента посылается байт подтверждения, имеющий вид:

где Д₀ - Д₃ количество байт значащей информации в посылке. Сообщения, принимаемые по каналу "Д", могут быть как однобайтовые, так и многобайтовые. Каждое сообщение заканчивается байтом подтверждения, отсутствие которого свидетельствует о незавершенности приема. В однобайтовых командах биты Д₅ - Д₇ ≠ 0 определяют вид принятой информации, биты Д₀ - Д₄ номер нажатой кнопки на коммутаторе 3. Всего семь видов однобайтовых команд, определяемых состоянием разрядов Д₇ - Д₅; 001 - отмена вызова; 010 - согласие на вызов; 011 - занято; 100 - вызов, обычный по инициативе абонента; 101 - вызов, обычный по инициативе КЦ 1; 110 - вызов экстренный по инициативе абонента; 111 - вызов экстренный по инициативе КЦ 1. Абсолютный номер абонента определяется местом подключения его линии связи к КЦ 1. Поэтому коммутаторы 3, подключенные к двум КЦ 1, могут работать по одному из номеров, основному или резервному.

При организации связи обмен по каналам служебной информации ведется с указанием основного номера абонента. Действующий номер используется при определении направления трансляции сигналов вызова и при записях в ОЗУ конференций.

При переключении абонента с одной линии на другую все установленные соединения должны быть перекросированны на его новый номер. Инициатором переключения является коммутатор 3. Он формирует спецкоманду, информирующую КЦ 1 о начале работы через него, и далее передает информацию о всех установленных соединениях и посланных сигналах вызова. При получении спецкоманды КЦ 1 очищает ОЗУ конференции абонента (соответствующее действующему номеру) и по обычному алгоритму обрабатывает сигналы на установление соединений. Кроме того, на все КЦ 1 рассылаются сообщения, что абонент изменил свой действующий номер, по получении которого делается коррекция в центральных библиотеках КЦ 1.

В коммутаторе 3 кнопки скомпонованы в матрицу. В исходном состоянии вся матрица нулевая, при нажатии кнопки соответствующий ей элемент матрицы переходит в состояние "Лог 1". В каждом цикле производится считывание всей матрицы. Состояние абонента индицируется различными режимами горения светодиода кнопки. Каждой кнопке соответствует ячейка ОЗУ, в которую записывается состояние абонента в формате. Информация из ячеек режима высветки извлекается в каждом программном цикле и на ее основе, а также на основе состояния счетчика временных меток компонуются байты для рассылки в порты, управляющие включением светодиодов.

Приемопередатчик коммутатора 3 при работе с КЦ 1 находится в ведомом режиме. Первая половина 125 мкс цикла обмена сообщениями отводится под прием информации с КЦ 1, вторая половина - под передачу на КЦ 1. Обмен ведется непрерывно, при отсутствии значащей информации посылаются пустые (нулевые) сообщения. Этим поддерживается постоянно режим синхронизации КЦ 1 и коммутатора 3.

Использование заявляемой системы позволяет: - расширить функциональные возможности аппаратуры и повысить эффективность использования сети внутрикорабельной связи за счет объединения нескольких видов обслуживания (передача ГГС связи и трансляции, передача сигналов управления и т.д.), а также организации телефонной связи в едином коммутаторе;
- уменьшить количество и массу линейных кабелей в 4 раза;
- сократить количество оконечных устройств на объекте;
- повысить надежность и живучесть системы за счет наличия кратчайших путей доставки информации, простоты синхронизации и т.д.

Проведенная технико-экономическая эффективность системы дает следующие значения показателей - V₁= 0,46 прототипа и V₂ = 0,79 заявляемой системы, за счет сокращения длины и массы линейных кабелей в 4 раза, повышение степени унификации, автоматизации и пропускной способности, позволяющее возложить на заявляемую систему внутрикорабельной связи дополнительную задачу - обеспечения автоматической телефонной связи и передачу данных.

Система внутрикорабельной громкоговорящей связи (ГГС) и трансляции относится к области радиоэлектроники и может быть использована для организации внутрикорабельной громкоговорящей и телефонной связи, а также для передачи данных. Достигаемым техническим результатом является расширение функциональных возможностей и снижение номенклатуры приборов при одновременном сокращении линейной кабельной сети, который достигается за счет дополнительного введения в систему ГГС коммутационных центров (КЦ), которые соединяют между собой ВОЛС, и к ним подсоединяют коммутаторы и пульты, блоки каютных и отсечных громкоговорителей, блоки трансляции и блоки абонентских линий телефонных аппаратов. КЦ содержит N приемопередающих и абонентских модулей, соединенных с основной и резервной шинами управления и другими информационными и управляющими шинами, при этом коммутаторы и пульты содержат микроконтроллер, который соединен с коммутационным устройством, приемопередатчиком, индикатором и схемой управления, которая соединена с клавиатурой и преобразователем напряжения, к которому подключены микрофон и оконечный усилитель, а к выходу усилителя подключены громкоговоритель и микрофон, причем выход коммутатора соединен с разными КЦ, а приемопередатчик с шиной "В2". 3 ил.

Система внутрикорабельной громкоговорящей связи и трансляции, содержащая в своем составе коммутаторы и пульты, размещенные в разных помещениях и снабженные корпусами и панелями, на которых установлены органы управления и индикации, абонентские переключатели и схема абонентского комплекта, а также N разъемов, к которым подключены электроакустические преобразователи, кабели внешнего монтажа и вторичный источник питания, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены коммутационные центры (КЦ), последовательно соединенные между собой волоконно-оптическими линиями связи, к которым подсоединены коммутаторы и пульты, блок трансляции и блок абонентских линий телефонных аппаратов, при этом КЦ содержат N абонентских модулей, соединенных с основной и резервной шиной управления, каналами "В1", "В2" и "Е", а шина резервного и основного устройства управления соединена с системой документирования информации, оперативно запоминающим устройством (ОЗУ) канала "Е", с синхрогенератором, ОЗУ канала "Д" и расширителем магистрали, который, в свою очередь, соединен с шиной управления, с шиной адресования и шиной передачи данных, с которыми соединены как резервные, так и основные центральные процессоры и ячейка резерва, при этом коммутаторы и пульты содержат микроконтроллер, коммутационное устройство, приемопередатчик, усилитель, преобразователь, схему управления клавиатурой и индикатор, причем коммутатор первым выходом соединен с КЦ и дублирующим КЦ, вторым выходом соединен с приемопередатчиком, причем приемопередатчик первым входом соединен с усилителем, к которому подключен громкоговоритель и микрофон, вторым входом - с каналом "В2", третьим входом - с микроконтроллером, первый выход которого соединен с коммутатором, а второй - с индикатором, а третий выход - со схемой управления клавиатурой, к которой подключена клавиатура, при этом преобразователь напряжения первым выходом соединен с приемопередатчиком, вторым выходом - с микроконтроллером, третьим выходом - с усилителем, четвертым выходом - с коммутатором, а пятым выходом - со схемой управления клавиатурой.