矿用本安型语音系统及其语音设备的制作技术

本技术涉及一种语音通话系统及语音装置，具体涉及一种矿用本安型语音系统及其语音装置。

本系统包括本安电源、通信数据传输介质、数据处理单元、以太网交换机单元及语音装置，所述数据处理单元具有核心处理单元、麦克风单元、前置放大单元、硬件编码单元、硬件解码单元、功率放大单元、扩音喇叭单元和按键及显示单元；语音装置之间通过以太网通信，并为每个语音装置分配一个IP地址；所述交换机单元支持全双工工作模式。

矿用本安型语音装置为采用本系统的语音装置。

本系统及语音装置可以实现任意两个语音装置之间或者与地面调度之间的全双工对话，可很方便的实现矿井下工作人员的调度，进而提高煤矿安全生产效率。

技术要求
1.一种矿用本安型语音系统，包括本安电源、通信数据传输介质、数据处理单元及语音
装置，其特征在于：还包括以太网交换机单元，语音装置通过以太网交换机单元接口上
设置
的网络变压器与以太网交换机单元连接；
所述数据处理单元具有核心处理单元、麦克风单元、前级放大单元、硬件编码单元、硬件解码单元、扩音喇叭单元和按键及显示单元；所述以太网交换机单元与核心处理单元连通，
按键及显示单元与核心处理单元连通，语音信号依次通过麦克风单元、前级放大单元、硬件
编码单元输入至核心处理单元，核心处理单元将信号依次通过硬件解码单元、前级放大单元、
扩音喇叭单元输出；
语音装置之间通过以太网通信，并为每个语音装置分配一个IP地址；
所述交换机单元支持全双工工作模式。

2.根据权利要求1所述的矿用本安型语音系统，其特征在于：所述网络变压器具有以太
网绝缘模块。

3.根据权利要求1所述的矿用本安型语音系统，其特征在于：硬件解码单元与前级放大
单元之间连接有消回声电路。

4.根据权利要求3所述的矿用本安型语音系统，其特征在于：所述核心处理单元采用AVR ATmega64单片型计算机，并配置相应的数据存储模块与程序存储模块。

5.根据权利要求4所述的矿用本安型语音系统，其特征在于：前级放大单元和扩音喇叭
单元之间还具有功率放大单元。

6.根据权利要求5所述的矿用本安型语音系统，其特征在于：所述以太网交换机单元配
备有以太网网口和光纤口；两台语音装置之间的距离小于100米时，选择以太网网口；两台
语音装置之间的距离不小于100米时选择光纤口。

7.根据权利要求6所述的矿用本安型语音系统，其特征在于：每个语音装置都采用固定
的静态IP地址。

8.一种矿用本安型语音装置，其特征在于：本装置采用如权利要求1至7任一权利要求
所述的矿用本安型语音系统；
所述按键及显示单元安装于语音装置的外壳表面，且语音装置配置有0-9数字键、寻呼键、对讲键、扩播键、呼叫地面调度室键、音量加、音量减按键；
所述显示单元包括点阵液晶屏与LED指示灯。

说明书
一种矿用本安型语音系统及其语音装置
技术领域
本技术涉及一种语音通话系统及其语音装置，具体涉及一种矿用本安型语音系统及其语音装置。

背景技术
煤矿安全生产一直是煤矿领域的重大问题，随着现代通信技术的发展，带有语音通话功能的装置开始被用于矿井下。

目前，国内矿用语音装置一般通过音频传输信号，绝大多数语
音装置只能实现井上调度室对井下进行播音，部分可实现两个语音装置之间的半双工对话，
即同一时刻该语音装置只能实现发送或者接受语音中的一种。

在使用时，工作人员需要在接
受状态和发送状态之间切换，如果双方同时处于接收状态，或同时处于发送状态，便不能正
常通讯了，而且在使用时，无法实现两个语音装置之间的实时语音对讲。

目前有专用的矿用手机，但是需要井下铺设专门的无线信号收发基站，这种方式价格昂贵，且无线信号容易受到干扰，并存在信号盲点。

技术内容
针对现有技术中存在的问题，本技术提供一种矿用本安型语音系统及其语音装置，以实现任意两个语音装置之间或者与地面调度之间的全双工对话。

为了实现上述目的，矿用本安型语音系统，包括本安电源、通信数据传输介质、数据处理单元及语音装置，其特征在于：还包括以太网交换机单元，语音装置通过以太网交换机单
元接口上设置的网络变压器与以太网交换机单元连接；
所述数据处理单元具有核心处理单元、麦克风单元、前级放大单元、硬件编码单元、硬件解码单元、扩音喇叭单元和按键及显示单元；所述以太网交换机单元与核心处理单元连通，
按键及显示单元与核心处理单元连通，语音信号依次通过麦克风单元、前级放大单元、硬件
编码单元输入至核心处理单元，核心处理单元将信号依次通过硬件解码单元、前级放大单元、
扩音喇叭单元输出；
语音装置之间通过以太网通信，并为每个语音装置分配一个IP地址；
所述交换机单元支持全双工工作模式。

优选的，所述网络变压器具有以太网绝缘模块。

作为进一步的改进方案，硬件解码单元与前级放大单元之间连接有消回声电路。

作为优选方案，所述核心处理单元采用AVR ATmega64单片型计算机，并配置相应的数据存储模块与程序存储模块。

更进一步改进方案，前级放大单元和扩音喇叭单元之间还具有功率放大单元。

硬件解码单元输出的信号经过前级放大单元后再经功率放大单元传送至扩音喇叭单元输出。

进一步的改进方案，所述以太网交换机单元配备有以太网网口和光纤口；两台语音装置之间的距离小于100米时，选择以太网网口；两台语音装置之间的距离不小于100米时选择
光纤口。

作为优选方案，每个语音装置都采用固定的静态IP地址。

一种矿用本安型语音装置，采用上述矿用本安型语音系统；
所述按键及显示单元安装于语音装置的外壳表面，且语音装置配置有0-9数字键、寻呼键、对讲键、扩播键、呼叫地面调度室键、音量加、音量减按键；
所述显示单元包括点阵液晶屏与LED指示灯。

本技术，核心处理单元为整个装置的运算核心与控制核心；所述麦克风单元用于记录工作人员声音，并将声音信号转换成电信号；所述前级放大单元将该电信号放大至标准电平；
所述硬件编码单元将上述电信号经采样、量化、编码，转换成数字量信号，并传送至核心处
理单元；所述硬件解码单元是在接收到核心处理单元播放语音指令后将数字量语音信号作解
码还原，并通过D/A转换电路转换成电信号；所述功率放大单元是在上述电信号经过前级放
大后进一步放大；所述扩音喇叭单元是将被放大的电信号转换成声音信号，用于播放；所述
以太网交换机单元用于实现两个语音装置之间的数据传输，根据传输距离可选择网线传输或
光纤传输；所述按键及显示单元用于输入常用的指令，并显示系统状态。

上级语音装置输出的信号通过局域网传送至下级语音装置，经过本语音系统转换为工作人员可识别信号，由于每一台语音装置均接入局域网，并分配一个固定的静态IP地址，所以
在进行信号传输时，不会相互干扰，从而实现了任意两个语音装置之间或者与地面调度之间
的全双工对话，本系统可很方便的实现矿井下工作人员的调度，进而提高煤矿安全生产效率。

附图说明
图1是本技术第一实施例的系统流程框图；
图2是本技术第二实施例的系统流程框图；
图3是本技术第三实施例的系统流程框图；
具体实施方式
下面结合附图对本技术作进一步说明。

第一实施例
如图1所示，一种矿用本安型语音系统，包括本安电源、通信数据传输介质、数据处理
单元及语音装置，其特征在于：还包括以太网交换机单元，语音装置通过以太网交换机单元
接口上设置的网络变压器与以太网交换机单元连接；
所述数据处理单元具有核心处理单元、麦克风单元、前级放大单元、硬件编码单元、硬件解码单元、扩音喇叭单元和按键及显示单元；所述以太网交换机单元与核心处理单元连通，
按键及显示单元与核心处理单元连通，语音信号依次通过麦克风单元、前级放大单元、硬件
编码单元输入至核心处理单元，核心处理单元将信号依次通过硬件解码单元、前级放大单元、
扩音喇叭单元输出；
语音装置之间通过以太网通信，并为每个语音装置分配一个IP地址；
所述交换机单元支持全双工工作模式。

当工作人员通过语音装置发送信号时，麦克风单元用于记录工作人员声音，并将声音信号转换成电信号输送至前级放大单元；前级放大单元将该电信号放大至标准电平；硬件编码
单元将连续变化的电信号进行抗混滤波处理，除去高频部分的无用信号变成带限信号，再通
过A/D转换器经过采样、量化、编码，转换成离散的数字量信号，并传送至核心处理单元；
核心处理单元为整个装置的运算核心与控制核心，核心处理单元将接收到的信号经过以太网
交换机单元输送至下级语音装置；
下级语音装置将接收到的信号经过以太网交换机输送至核心处理单元；硬件解码单元在接收到核心处理单元播放语音指令后将数字量语音信号作解码还原，并通过D/A转换电路转
换成电信号；上述电信号经过前级放大单元将信号放大；扩音喇叭单元将被放大的电信号转
换成声音信号，播放给下级语音装置的工作人员；按键及显示单元用于输入常用的指令，并
显示系统状态。

由于接入局域网中的语音装置均具有各自固定的IP地址，所以可以同时接受和发送信号，而信号之间却不会相互干扰，实现了任意两个语音装置之间或者与地面调度之间的全双
工对话。

进一步的，所述网络变压器具有以太网绝缘模块。

当输入的信号为非本安信号时，由于其电流值超过了网络变压器的设定值，因此超过的电流部分就会被过滤掉，从而保证输入的信号均为本安信号。

彻底避免了非本安信号造成的
电流、电压过大，保护整个语音装置电路。

第二实施例
如图2所示，本实施例与第一实施例基本相同，不同之处在于硬件解码单元与前级放大
单元之间连接有消回声电路。

可消除回声干扰，确保声音品质，并保证在双方对讲的情况下
不受干扰。

所述核心处理单元采用AVR ATmega64单片型计算机，并配置相应的数据存储模块与程序存储模块。

AVR ATmega64单片型计算机使整个系统的功能、精度和质量大幅度提升，且电路简单，故
障率低，可靠性高，成本低廉。

第三实施例
如图3所示，本实施例与第二实施例基本相同，不同之处在于，前级放大单元和扩音喇
叭单元之间还具有功率放大单元。

硬件解码单元输出的信号经过前级放大单元后再经功率放大单元传送至扩音喇叭单元输出，输出的电流信号被进一步放大。

因为矿井下噪音较大，所以可以保证接受者能听清指令。

作为进一步的改进方案，所述以太网交换机单元配备有以太网网口和光纤口；两台语音装置之间的距离小于100米时，选择以太网网口；两台语音装置之间的距离不小于100米时
选择光纤口。

每个语音装置都采用固定的静态IP地址。

因而当网络发生改变时，每个语音装置的IP地址不会丢失，提高了装置的稳定性。

一种矿用本安型语音装置，采用上述矿用本安型语音系统；
所述按键及显示单元安装于语音装置的外壳表面，且语音装置配置有0-9数字键、寻呼键、对讲键、扩播键、呼叫地面调度室键、音量加、音量减按键；
所述显示单元包括点阵液晶屏与LED指示灯。

按键及显示单元安装在语音装置的外壳表面，可实现人机交互，且安装工过程中需要防尘防水，达到矿用电气设备要求；按下对讲键之后可实现语音装置与地面调度中心之间的对
讲；播出任一台语音装置的号码之后，按下寻呼键，便可呼叫该语音装置；按下扩保键后，
本语音装置发出的语音可在所有其他的语音装置上听见；呼叫地面调度室键可在发生紧急情
况下一键呼叫地面调度室；此外还有配有音量加减按键，以及其他功能按键
点阵液晶屏用于显示时间、开发商、版本、故障信号等，LED指示灯显示语音装置工作状态，应可以显示网络通、网络断、对讲显示、左声道有声音、右声道有声音以及其他指示；
每台语音装置配置一个本安电源，本安电源接入后通过电源管理模块分别给每部分电路供电。

本装置整机供电电压为12V，启动电流大于或等于1.3A，所有电路中最大电容为0.47uF，最大电感为0.47uH，符合GB3836.4—2010对矿用本安型设备的要求。

本系统可以实现任意两个语音装置之间或者与地面调度之间的全双工对话，可很方便的实现矿井下工作人员的调度，进而提高煤矿安全生产效率。