多功能对讲系统-架构设计设计说明书

模板版本 0 1 多功能对讲系统 架构设计说明书 安居宝 版本修订历史记录版本修订历史记录 日期 作者 内容 版本 2014 11 25 李仲生 第一次新建文档 V1 0 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 2 页 共 14 页 目录 1 引言引言 3 1 1 背景 3 1 2 设计目标 3 1 3 应用说明 4 1 3 1 系统应用图 4 1 3 2 应用图说明 4 1 4 硬件设计方案 5 1 4 1 硬件模块框图 5 1 4 2 接口电路 5 1 5 软件设计方案 6 1 5 1 软件模块框图 6 1 5 2 系统模块说明 6 1 5 3 任务之间通信说明 6 1 5 4 中断列表 7 1 6 流程图 7 1 6 1 实时语音发送任务 7 1 6 2 IIS 输出任务 7 1 6 3 UDP 发送任务 8 1 6 4 UDP 接收服务任务 9 1 6 5 TCP 发送服务任务 9 1 6 6 TCP 接收服务任务 11 1 6 7 卡服务任务 12 1 6 8 纸票打印服务任务 12 1 6 9 AD 采样完成中断 13 1 6 10 按键中断服务 13 1 6 11 串口接收中断 14 2 测试方案测试方案 14 2 1 稳定性 7 24 小时工作测试 14 2 2 高低温测试 14 3 未清晰的问题未清晰的问题 14 3 1 对讲时的啸叫可能需要调一下 14 3 2 对讲中断服务软件开发需要软件组支持 时间安排无法确定 14 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 3 页 共 14 页 1 引言引言 1 1 背景背景 在一体化道闸中 由于现场实现了无人化管理 对于一些不可预料的特殊情况 我们需要可以方 便快捷的人工服务方式 为此我们设计了远程多功能对讲系统 1 2 设计目标设计目标 语音传输最大延迟小于 400ms 数据包遗失率小于 5 1 米以内扬声器最大声强大于 80db 1 米距离 50db 的 1KHz 正弦波音源可采样并还原 1 米距离 50db 1KHz 正弦波 任意环境无啸叫 对讲双方距离 10 米以上 支持以太网或 485 网络 支持成收 发卡模式 支持成收 发纸票模式 工作电压 12V 36V 工作电流 3A 工作温度 40 至 80 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 4 页 共 14 页 1 3 应用说明应用说明 1 3 1 系统应用图系统应用图 图图 1 对讲系统对讲系统应用图应用图 1 3 2 应用图说明应用图说明 对讲机位于入场或出场处的司机位置 当出口或入口出现故障时 司机可按呼叫按钮来呼叫 服务中心 由服务中心来处理用户事件 出入口和服务中心之间是一个多对多的链接 由云服务器自动排队和分配服务人员 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 5 页 共 14 页 1 4 硬件设计方案硬件设计方案 1 4 1 硬件模块框图硬件模块框图 GPIO 语音输出 RS232 语音输入 SPI 以太网 RS485 图图 2 硬件模块框图硬件模块框图 1 4 2 接口电路接口电路 1 4 2 1 电源电路电源电路 总输入电源额定电压为 24V 额电流为 3A 输入电压范围为 15 36V 由于热敏打印机工 作电流比较大 本系统采用双开关电源供电方案 热敏打印机单独使用一个 3A 12V 输出电源 其它系统使用一个 1A 5V 电源 两个电源通过开关降压方式 开关芯片采用 LM2596 1 4 2 2 语音输入语音输入 语音输入采用通用咪头通过运算放大器后 采用单片机自带的 AD 进行模数转换 1 4 2 3 语音输出语音输出 语音通过 I2S 总线输出 经 DA 数模输换 通过功放电路 直接驱动 8 10W 扬声器进行播 出 1 4 2 4 读卡器读卡器 读卡器有两种接口 SPI 和 RS485 接口 从成本方面考虑可选用 SPI 总线接口 我们已有 485 读卡器 也可直接使用 1 4 2 5 打打印机印机 扫描枪扫描枪 打印机和描描枪都是使用 RS232 接口的 这两种器件只能是二选一 故可共用一个接口 打 印口有 LED 指示灯输出 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 6 页 共 14 页 1 4 2 6 按键输入按键输入 本机需要两路按键输入 都采用一关量输入方式 按键带有 5V 的 LED 单色指示灯 指示灯 亮灭可控 1 4 2 7 指示灯输出指示灯输出 指示灯采用 5V 开关量输出 红 绿双色 输出可控 1 5 软件软件设计设计方案方案 1 5 1 软件软件模块模块框图框图 发送服务任务 3002 按建中断 纸票打印服务任 务 卡服务任务 系统设置接收 3002 IIS输出服务任 务 AD采样中断服务 系统参数服务任 务 系统参数读写消息 AD采样完成消息 按键消息 用户读卡消息 写卡返回状态 系统参数读返回 打印输出消息打印返回 实时语音 UDP3004 实时语音发送任 务 UDP3004 语音输入消息 写卡消息 写指令接收 3000 打印指令接收 3001 TCP接收服务任务 发送用户按键消 息 UDP3005 发送读卡返回 3000 发送打印返回 3001 以太网中断接收 TCP发送服务任务 Socket0 2控制指令 UDP接收服务任务 IO输出 UDP3003 IO输出 UDP发送服务任务 Socket3 4传输数据 串口数据接收中 断 用户读条码消息 图图 3 软件模块框图软件模块框图 1 5 2 系统模块说系统模块说明明 系统采用 uCosII 操作系统 共有 9 个任务和 5 个中断 表表 1 系统任务列表系统任务列表 任务名称 优先级 任务介绍 备注 实时语音发送任务 1 将数据发送给指定服务器链接对象 IIS 输出任务 2 通过 IIS 将声音数据播出 UDP 发送任务 3 发送所有用户请求数据包 UDP 接收任务 4 接收 分析 UDP 数据包 并发送消息 TCP 发送任务 5 发送所有用户 TCP 请求发送的数据 TCP 接收服务任务 6 接收 分析 TCP 数据包 并发送消息 卡服务任务 7 循环读卡 当读到卡数据后即发送读卡消息 纸票打印服务任务 8 响应打印请求消息 条码扫描服务任务 9 循环扫描条码成功后发送用户读条码消息 系统参数设置任务 10 依指命要求修改系统参数 空闲任务 16 空闲时件处理 1 5 3 任务任务之间通信说明之间通信说明 通信名称 通信方式 通信内容介绍 备注 Socket0 2 控制指令消息 消息 接收到的 socket 号及 TCP 数据包的内 容指针 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 7 页 共 14 页 Socket3 4 数据传输消息 消息 接收到的 socket 号及 UDP 数据包的内 容指针 用户读卡消息 消息 所读卡的卡的卡号数据指针 写卡消息 消息 要写的卡的卡号 密码 内容指针 写卡返回消息 消息 操作是否成功 打印输出消息 消息 要输出的内容或控制指令指针 打印返回 消息 打印操作状态返回 系统参数读写消息 消息 要设置参数地址及数据指针 系统参数读返回消息 消息 参数值 网络语音输入消息 消息 要输出的语音数据指针 AD 采样完成消息 消息 采样好有 AD 数据指针 1 5 4 中断列表中断列表 中断名称 中断方式 功能 备注 按键中断 电平触发中断 响应出票及对讲请求 以太网接收完成中断 电平触发中断 网络数据接收完成响应 AD 采样完成中断 事件中断 语音采样完成响应 IIS 数据发送完成中断 事件中断 语音输出完成响应 串口数据接收中断 事件中断 接收条码机发送的数据 1 6 流程图流程图 1 6 1 实时语音发送任务实时语音发送任务 实时语音发送任务用于将采样到的实时语音通过以太网发送到指定链接的服务器 实现语音 的采样频率为 20KHz AD 精度为 8 位 每 30ms 采样 600 次 约 600 个字节 即一个语音包大绝 为 600 字节 1 秒钟要传输 20K 字节 要达到双向正常的语音传输 网络上传或下载速度不能低 于 200KBps 入口 发送数据 有语音发送请求吗 Y 初始化硬件 N 流程图流程图 1 实时语音发送任务实时语音发送任务 1 6 2 IISIIS 输出任务输出任务 IIS 输出任务用于输出来自于网络的实时语音 网络语音数据也是按 600 字节一包的 每包数 据可播放 30ms 秒 采用消息队列方式 先到先放 其程序流程如流程图 2 所示 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 8 页 共 14 页 入口 播放语音 有IIS输出消息吗 Y 初始化硬件 N 流程图流程图 2 IIS 输出任务输出任务 1 6 31 6 3 UDPUDP 发送任务发送任务 UDP 发送任务有两个功能 响应用户按键消息和响应 AD 采用完成消息 其程序流程如流程 图 3 所示 入口 有按键消息吗 硬件初始化 有AD采样完成消息 发送网络语音到 socket4 Y 等待10ms 发送用户按键数据包到 socket5 Y N N 流程图流程图 3UDPUDP 发送任务发送任务 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 9 页 共 14 页 1 6 4 UDP 接收接收服务服务任务任务 UDP 接收服务任务也有两个功能响应 IO 输出和实时语音 由于 IO 输出比较简单 在此直 接采用函数调用的方式直接输出 而语音输出就采用发送消息方式进行了 其程序流程如流程图 4 所示 入口 有UDP接收消息吗 硬件初始化 是IO输出命令吗 IO输出 Y 等待10ms Y N N 是实时语音输出吗 Y 发送语音输入消息 N 流程图流程图 4UDP 接收服务任务接收服务任务 1 6 5 TCP 发送发送服务服务任务任务 TCP 发送服务任务用于发送所有需通过 TCP 方式发送的数据 TCP 发送的服务器 IP 是事先设 置好的 可通过系统设置来修改 TCP 发送任务通过循环查询方式来响应 4 种数据发送消息 并 通过定好的端口发送给服务器 其程序流程如流程图 5 所示 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 10 页 共 14 页 入口 有用户读卡消息吗 通过socket0发送 数据 Y 有写卡返回消息吗 通过socket0发送 数据 Y 有打印返回消息吗 通过socket1发送 数据 Y 有读系统参数消息吗 通过socket2发送 数据 Y N N N N 等待10ms 有用户条码消息吗 通过socket0发送 数据 Y N 流程图流程图 5 TCP 发送服务任务发送服务任务 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 11 页 共 14 页 1 6 6 TCP 接收服务任务接收服务任务 出于通信可靠性考虑 写卡指令 打印及系统参数设置都是通过 TCP 方式实现通信的 TCP 接收服务主要是对这三个指令数据进行解析服务 TCP 中断服务程序接收到 TCP 数据包时就将接 收到的数据包通过 TCP 接收消息发送给 TCP 接收服务任务 然后由 TCP 接收服务任务对数据包进 行解析并发出对应的消息 其程序流程如流程图 6 所示 入口 有TCP接收消息吗 硬件初始化 是写卡指令吗 发写卡消息 Y 等待10ms Y N N 是打印指令吗 Y 发打印输出消息 N 是系统参数设置吗 Y 发系统参数读写消息 Y N 流程图流程图 6 TCP 接收服务任务接收服务任务 1 6 6 1 设置系统参数设置系统参数 系统参数包括 本机的 IP 地址及配置 socket4 5 的目标 IP 系统参数据采用系统文件的方式 存于 EEPROM 当中 其地址分配如表 2 所示 表表 2 系统参数地址分配系统参数地址分配 项目名称 多功能对讲系统 架构设计说明书 第 12 页 共 14 页 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 本机 IP 本机子网掩码 本机网关 MAC 用户按键信号接收 IP 语音对讲对象 IP 系统参数操作只有两个指令 读和写 其数据格式如表 3 所示 表表 3 参数设备指令表参数设备指令表 功能 指令 1 字节 地址 2 字节 数据长度 2 字节 数据 备注 写 0 x01 0 x0000 n D0 读 0 x02 0 x0000 n D0 1 6 7 卡服务任务卡服务任务 卡服务任务是一个循环读卡过程 程序每隔 250ms 读卡 1 次 在校验密码正确并读卡成功后 即发送读卡成功消息 卡服务任务同时还兼顾写卡服务 即收到写卡请求时对指定的卡进行写操作 流程如流程图 7 所示 流程图流程图 7 卡服务任务卡服务任务 1 6 8 纸票打印服务任务纸票打印服务任务 纸票打印为入口机特有服务任务 当用户按取票按键时 由按键中断服务程序发出用户取票 请示消息 通过网络发送服务任务发送到服务器后 由服务器返回纸标打印指令 打印的内容和 格式都由服务器指定 本任务只是简单地将要打印字符输出到打印机进行打印 即本任务可以理 解成服务器的打印驱动 其打印内容及所有动