具備指紋識別的無線對講機智能控制廣播系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有指紋識別功能的無線對講機智能控制廣播系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個發(fā)射裝置和接收裝置，通過本發(fā)明，用戶不需要更換現(xiàn)有的廣播機房設備，只需要將該無線對講機應急啟動接收裝置接在廣播機房電源、前置放大器和音箱上就可以在進行指紋識別認證具備使用權限后通過人機界面直接控制廣播機房的啟停并將語音信號傳輸給預設的廣播分區(qū)。本系統(tǒng)能夠識別用戶指紋，辨別持有人真?zhèn)?，保密性高，實現(xiàn)起來經(jīng)濟簡單，響應時間小于3s，無需專人值守，在突發(fā)安全事故中起到及時可靠通信、有效指揮及高效處置的作用。
【專利說明】具備指紋識別的無線對講機智能控制廣播系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及指紋識別技術、無線電技術及微機控制技術，適用于學校、碼頭及中小 型企業(yè)等基層現(xiàn)場應急情況下需快速啟動廣播并播放事故消息通知人群疏散的場合。

【背景技術】
[0002] 近年來，我國自然災害、公共衛(wèi)生、安全生產事故等頻頻發(fā)生，如2010年的吉林市 11 ·5商業(yè)大廈火災事故就造成了 19人死亡，31人受傷，直接經(jīng)濟損失5000余萬元。因此， 緊急與災害事件的快速反應和及時發(fā)布越來越重要。在社會公共安全體系中，應急指揮通 信系統(tǒng)是突發(fā)事件應急管理體系的重要環(huán)節(jié)和基礎保障，是反映人防部門參與城市危機管 理水平的重要標志。
[0003] 應急指揮通信車憑借其移動靈活、部署快捷的優(yōu)勢，在突發(fā)事件的應對中扮演了 關鍵的角色。應急通信車上的指揮員或應急現(xiàn)場的工作人員可以通過應急指揮通信車對各 個不同應急通信網(wǎng)內的用戶實現(xiàn)個別呼叫（單呼）、組（群）呼、全呼（同播）以及多方同 時通話；呼叫有優(yōu)先等級，可根據(jù)應急需要和系統(tǒng)內用戶情況分成若干級。在現(xiàn)場用攝像機 拍攝的圖像以及語音、數(shù)據(jù)，通過應急指揮車上的遠程發(fā)射接收系統(tǒng)傳送到遠程指揮中心， 因此要求應急指揮通信車與遠程指揮中心的可靠的通信連接，并且應急指揮車可以遠程接 入各種公共網(wǎng)和專用網(wǎng)，如PSTN、Intenet、Intranet等。但是，傳統(tǒng)應急指揮車不能第一 時間有效組織人員快速撤離、自救，使用成本高并需要專人維護，因此，人們迫切的希望能 找到一種廣備而又有用的設備快速組建成一套應急系統(tǒng)，能夠及時將緊急事故消息播放出 去，減少給人身安全帶來造成的危害。
[0004] 無線對講機具有一對多的通信模式及經(jīng)濟實用、組呼通播等特點，在進行調度指 揮中成為不可替代的集群通信終端設備和專業(yè)無線通信工具?，F(xiàn)有的無線對講機從模擬轉 換為數(shù)字，具備了語音傳輸和數(shù)據(jù)傳輸功能，在此基礎之上對講機相互之間可進行短消息 的收發(fā)，如果利用無線對講機開啟廣播進行緊急事故的及時播放，使得正常情況下二者各 司其職，緊急情況下又能夠進行資源重組，這將會大大節(jié)約經(jīng)濟成本并提高了搶險工作效 率，具有明顯的公益性。由于指紋信息的獨一無二性，目前指紋識別技術已經(jīng)廣泛應用到考 勤、門禁、指紋鎖、Windows登錄和計算機信息安全及密碼銀行等民用領域。
[0005] 而現(xiàn)有對講機保密性差，任何持有者只需按下PTT按鍵即可實現(xiàn)對講，即便是具 備設定密碼功能的對講機也無法保全持有人具備使用權限。因此，容易出現(xiàn)對講機使用混 亂的局面。


【發(fā)明內容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種具備指紋識別功能的無線對 講機智能控制廣播系統(tǒng)，克服傳統(tǒng)方案需要人工值守維護費用高的缺點，使工作人員能夠 在事故現(xiàn)場利用手中的對講機迅速開啟現(xiàn)有廣播機房設備并及時播放緊急事故消息，并避 免非法持有人無故開啟廣播系統(tǒng)造成人群混亂的局面。
[0007] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案：
[0008] -種具備指紋識別的無線對講機智能控制廣播系統(tǒng)，其特征在于包括無線對講機 接收裝置和具備指紋識別的無線對講機發(fā)射裝置。
[0009] 所述無線對講機發(fā)射裝置，其特征在于該裝置包括指紋識別模塊、微控制器、無線 對講模塊、MAX232電路、功放電路、蜂鳴器報警電路、按鍵及液晶顯示電路并自帶3. 3V及5V 鋰電池。
[0010] 所述MAX232電路為方便程序的下載和調試，同時通過PC機發(fā)送指令錄入所有工 作人員的指紋信息至flash庫中。
[0011] 所述指紋識別模塊用于采集對講機持有人的指紋，搜索flash庫中與事先已錄入 的所有具備對講機使用權限的工作人員的指紋信息進行比對核實，最終通過串行接口向微 控制器返回包含指紋特征值和指紋模板的數(shù)據(jù)。
[0012] 所述按鍵及液晶顯示電路用于給用戶提供可視化界面顯示用戶指紋ID號、自行 選擇播放緊急消息的廣播分區(qū)，以免造成不必要的恐慌，用戶按鍵設定好后，即可通過液晶 觀察當前的廣播機房設備處于"開"或"關"的狀態(tài)。
[0013] 所述微控制器用于識別串行口 2接收的指紋數(shù)據(jù)認證持有人的使用權限，若具備 使用權限時，驅動繼電器給無線對講模塊上電，否則控制蜂鳴器報警。同時，發(fā)送控制指令 及設置語音音量，通過串口 3發(fā)送端將與用戶設定的信息對應的控制指令、指紋ID號傳遞 給無線對講模塊的異步串行接口接收端。
[0014] 所述蜂鳴器報警電路用于在微控制器判別對講機持有人不具備使用權限時，接收 微控制器的低電平信號進行報警。
[0015] 所述無線對講模塊用于將指紋ID號、麥克風輸入的緊急語音信號、控制指令以無 線信號的形式通過天線發(fā)送出去，同時，將接收方反饋應答信號通過異步串行接口發(fā)送端 傳輸給微控制器。
[0016] 功放模塊可對接收方反饋的語音信號進行聲控、濾波及功率放大等。功放模塊的 使能端處于低電平時，才可傳輸語音信號。
[0017] 所述無線對講機接收裝置，其特征在于，該裝置包括微控制器、無線對講模塊、 MAX232電路、功放電路、繼電器驅動電路及電源電路。
[0018] 所述無線對講模塊用于接收無線信號，并將無線信號轉換為語音信號和數(shù)據(jù)指 令，同時，將接收到的語音信號通過語音輸出端口傳輸給功放，而數(shù)據(jù)指令和指紋ID號通 過異步串行接口發(fā)送端傳輸給微控制器。
[0019] 所述微控制器用于識別并提取接收到的數(shù)據(jù)指令，其異步串口接口接收端和發(fā)送 端分別與與無線對講機接收模塊的發(fā)送端和接收端相連，根據(jù)軟件制定的串行通信協(xié)議， 微控制器與無線對講模塊之間數(shù)據(jù)幀以固定格式傳輸，微控制器串行中斷時判斷接收到的 數(shù)據(jù)是否滿足協(xié)定的格式方可依次接收存儲，提取出有效的控制指令并翻譯成連接繼電器 的并行口 I/O電平狀態(tài)。
[0020] 所述MAX232電路為方便程序的下載和調試，無線對講接收裝置就地與上位機通 信，能夠定時傳輸接收到的來自發(fā)送方發(fā)送的包含指紋信息的數(shù)據(jù)。
[0021] 所述功放電路具備聲控啟停、語音濾波及功率放大等性能，并將放大后的語音信 號輸送給廣播機房前置放大器的消防強切接口，繼而輸入至音箱進行外放。
[0022] 所述繼電器驅動電路用于連接廣播機房設備，主要包括驅動電路、九路信號繼電 器，其中一路信號繼電器通過電源線連接前置放大器的24V消防強切電源，另外八路信號 繼電器通過音頻線連接廣播機房分區(qū)音箱。
[0023] 所述電源轉換電路源轉換模塊主要包括電壓轉換芯片7812、7805及 AS1117AR-3. 3將24V外部消防強切電源轉化為3. 3V和5V兩個電壓等級。其中，5V電源供 給接收裝置上的微控制器及對講模塊使用，3. 3V電壓供給外圍電路使用。若無線對講機模 塊處于連續(xù)接收模式，其工作功率在1W，無足夠強的語音信號輸入時，接收模塊處于靜噪待 機省電模式，電源電路主要為微控制器供電。
[0024] 本發(fā)明的技術構思為：本系統(tǒng)核心部分采用宏晶科技公司的STM32F103CB芯片， 控制部分主要包括指紋識別模塊、無線對講機模塊和繼電器驅動電路。系統(tǒng)運行之前，發(fā) 送方，3. 3V電源通過固態(tài)繼電器與無線對講模塊相連、指紋識別模塊的串行接口與微控制 器的串口 2相連，無線對講模塊的串行接口與微控制器的串口 3相連，所述發(fā)送方微控制 器外圍設有四個按鍵；接收方，對講機的語音信號輸出通過話筒線輸入至前置放大器的消 防強切接口，微控制器的I/O 口 PA11通過一路繼電器連接前置放大器的24V消防強切電 源，PB0-PB7輸出口與繼電器驅動電路相連，采用音頻線將接收裝置端的信號繼電器與各路 分區(qū)音箱連接，并且工作人員應事先錄入、保存所有具備使用該無線對講機的指紋并進行 定期更新。系統(tǒng)開始運行時，撥通發(fā)射裝置電源開關，此時液晶顯示初始化界面，按下按鍵 1進入液晶屏主菜單，系統(tǒng)默認為指紋識別模式，光學指紋傳感器開始閃亮，由指紋識別模 塊兩次讀取用戶的指紋數(shù)據(jù)并將指紋數(shù)據(jù)傳輸給微控制器，微控制器根據(jù)接收到的指紋數(shù) 據(jù)判斷該用戶是否具有使用權限，如果該持有人是非法用戶則蜂鳴器報警電路發(fā)出報警信 號，該用戶無法使用該對講機；如果該持有人是合法用戶，液晶屏顯示指紋號的ID號，微控 制器輸出控制信號打開固態(tài)繼電器，給無線對講模塊上電，二極管點亮，對講機即可開始工 作。再次按下按鍵1進入遠程狀態(tài)模式，切換按鍵2移位至各路分區(qū)字幕即可設定八路廣 播分區(qū)音箱的導通狀態(tài)，按鍵3按下1次時字幕由關變?yōu)殚_，按鍵4按下1次確認發(fā)送，連 接前置放大器輸出端口至預設的分區(qū)音箱的各路繼電器動作。按鍵操作結束時，按下PTT， PA11電平置低，前置前置放大器的消防強切24V電源接通，此時當前來自其他通道正在播 放的語音信號被切斷，用戶對著麥克風開始講話，接收裝置中的發(fā)光二極管開始閃爍，預設 的分區(qū)音箱開始播放用戶的語音信號。反之，松開PTT按鍵，控制消防強切接口的信號繼電 器斷開，應急通道關閉，廣播恢復之前的語音信號繼續(xù)播放。
[0025] 本發(fā)明的有益結果在于：采用的元器件簡單實用、集成度高、可靠性好，打破傳統(tǒng) 對講機無密碼或設置口令的通信模式，采用指紋識別模式進行使用權限的認證，防止非法 用戶在正常情況下隨意開啟廣播機房發(fā)布不良信息，大大提高了系統(tǒng)保密性與安全性；解 決了傳統(tǒng)智能廣播系統(tǒng)單純依靠PC主機通過控制器控制廣播設備位造成的通信距離短等 問題，提供了一種全新、有效、便捷的實時發(fā)布緊急消息的方案，在安防領域有廣闊的應用 前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明的無線對講機發(fā)射裝置結構框圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明的無線對講機接收裝置結構框圖；
[0029] 圖4為本發(fā)明的微控制器控制部分原理圖；
[0030] 圖5為本發(fā)明的繼電器驅動電路原理圖；
[0031] 圖6為本發(fā)明的無線對講機發(fā)射裝置的工作流程圖；
[0032] 圖7為本發(fā)明的無線對講機接收裝置的工作流程圖；
[0033] 圖8為本發(fā)明的微控制器與無線對講機模塊之間的串行通信協(xié)議表格；
[0034] 圖中，1、無線對講機發(fā)射裝置，2、無線對講機接收裝置，11、電池電源，12、指紋識 別模塊，13、微控制器，14、MAX232電路，15、按鍵電路，16、液晶顯示電路，17、報警器，18、功 放電路，19、無線對講模塊，21、繼電器驅動電路，22、MAX232電路，23、微控制器，24、電源電 路，25、無線對講模塊，26、功放電路。

【具體實施方式】
[0035] 下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明方案作進一步詳細的說明。
[0036] 參閱附圖1所示，一種帶有指紋識別的無線對講機應急啟動控制系統(tǒng)，其特征在 于：包括無線對講機接收裝置和無線對講機發(fā)射裝置。所述無線對講機發(fā)射裝置具備指紋 識別功能，只有在認證當前持有人具有使用權限的情況下才能啟動對講模塊進行語音及數(shù) 據(jù)傳輸。
[0037] 參閱附圖2,所述無線對講機發(fā)射裝置1主要包括指紋識別模塊12、微控制器13、 MAX232電路14、無線對講模塊19、功放電路18、蜂鳴器報警電路17、按鍵電路15、液晶顯示 電路16并自帶3. 3V及5V鋰電池11。所述按鍵電路15及液晶顯示電路16用于提供人機 界面便于根據(jù)不同模式進行指紋識別及顯示用戶指紋ID號并按鍵選擇電源及廣播分區(qū)， 所述微控制器13從指紋識別模塊串行口 1發(fā)送的指紋信息提取并根據(jù)此信息對當前用戶 進行身份認證，若具備使用權限則打開固態(tài)繼電器接通3. 3V電源給無線對講模塊19供電， 微控制器13將按鍵發(fā)送的控制命令其轉換為特定的數(shù)據(jù)指令發(fā)送格式經(jīng)異步串行接口 2 發(fā)送端發(fā)送給無線對講模塊19,所述無線對講模塊19工作在半雙工模式，在將接收到的數(shù) 據(jù)通過裝置上的天線以無線方式發(fā)送出去后開始接收話筒輸入的語音信號，并對語音信號 進行加密去噪及消尾音并同樣通過天線以無線方式發(fā)送，也可對由其他對講機發(fā)送來的語 音信號進行解碼，所述功放電路18對解碼后的語音信號進行音量調控、濾波、前端放大及 功率放大處理之后播放。
[0038] 參閱附圖3,所述無線對講機接收裝置2主要包括微控制器23、無線對講機模塊 25、MAX232電路22、繼電器驅動電路21、功放電路26及電源電路24。所述電源電路24提 供3. 3V電壓給微控制器23及無線對講模塊25,提供5V電壓給其他外圍電路。所述無線 對講機接收模塊25從天線接收無線信號轉換為語音信號或數(shù)據(jù)指令，將語音信號解碼輸 出給功放電路26,而將數(shù)據(jù)指令串行發(fā)送給微控制器23,微控制器23再將數(shù)據(jù)指令轉換成 連接繼電器的并行I/O 口的電平，進而驅動繼電器動作啟動24V消防強切電源及八路廣播 分區(qū)。之后，所述功放電路對輸入的語音信號進行濾波、放大等一系列處理之后輸入至前置 放大器的消防強切接口并通過用戶預設的分區(qū)音箱播放，保證應急語音通道具有最高優(yōu)先 級。
[0039] 參閱附圖4,整個控制系統(tǒng)核心部分電路為：微控制器U1的串行接口 1與MAX232 芯片串行口交叉相連，串行接口 2與指紋識別模塊的串行接口交叉相連，微控制器U1的串 行接口 2與無線對講機模塊U3的串行接口交叉連接，微控制器U1的端口 29與功放芯片 使能端相連，微控制器U1的端口 15與無線對講模塊的引腳5即PTT按鍵相連，P1引腳1 與引腳5短接，輸入無線對講機模塊U3的語音輸出端口 3與功放芯片語音輸入端口相連， P2中的USART2_TX、USART2_RX連接指紋識別模塊的串行口，其中，指紋識別模塊的型號為 FM-180,芯片 U1 的型號為 STM32F103CB，模塊 U3 的型號為 HKT-80BK，F(xiàn)M-180、HKT-80BK 模 塊都是現(xiàn)有的成熟技術、其內部結構不作詳細說明。
[0040] 參閱附圖5,無線對講機接收裝置2上的繼電器驅動電路為：芯片U5的端口 2-9與 附圖4中微控制器U1的PB0-PB7輸出端口相連，芯片U5的型號為SN74LS540N，芯片U6的 型號為ULN2803A，信號繼電器的型號為HRS1H-S-DC5V。本電路用于執(zhí)行發(fā)射裝置1的控制 指令，通過繼電器的通斷來達到對音箱分區(qū)的選通。其中，芯片U5能夠有效避免上電誤動 作，而高壓大電流達林頓晶體管U6能夠保證及時可靠的驅動信號繼電器。
[0041] 參閱附圖8所示，本發(fā)明的微控制器與無線對講機模塊之間的串行通信協(xié)議為： 一條完整的指令格式為AT+DM0MES= [Message Lenth]0D0A，長度為17字節(jié)，實際發(fā)送的數(shù) 據(jù)為其ASCII碼對應的十六進制數(shù)。當無線對講機發(fā)射裝置作為便攜式對講機與其他對 講機相互通信時，可通過目的ID號設定接收方編號。
[0042] 本發(fā)明的技術構思為：本系統(tǒng)核心部分采用宏晶科技公司的STM32F103CB芯片， 用于控制指紋識別模塊12、無線對講機模塊19、25和繼電器驅動電路21。系統(tǒng)運行前，在發(fā) 送方，分別用排線將排針P1的引腳1和引腳5短接，使得3. 3V電源通過固態(tài)繼電器與發(fā)送 方無線對講模塊相連、指紋識別模塊的串口接口與排針P2的3、4引腳相連；在接收方，通過 話筒線將功放芯片26語音信號輸出端口輸入至前置放大器的消防強切接口，將接收裝置2 中J9的輸出端口用電源線通過繼電器連接前置放大器消防強切24V供電電源，采用音頻線 將接收裝置2的八路信號繼電器J1-J8與各路分區(qū)音箱輸入口連接。參閱附圖6和附圖7 所示，系統(tǒng)主要工作流程如下：撥通發(fā)射裝置1的電源開關并按下按鍵KEY1進入液晶屏主 菜單，液晶初始化默認界面為指紋識別模式。第2次按下KEY1按鍵，光學指紋采集頭開始閃 爍，用戶可在指紋采集頭上先后2次按下之前采集入庫的手指，此時液晶屏顯示指紋號如 001，同時固態(tài)繼電器K1打開，按鍵KEY1第3次按下時進入八路廣播分區(qū)選通界面，按下按 鍵KEY2移位至八路分區(qū)，字幕反白進入設定狀態(tài)，按鍵KEY3第一次按下時字幕顯示打開， 第二次按下時字幕顯示關閉即可設定八路廣播分區(qū)音箱的導通狀態(tài)。由于無線對講機模塊 19、25工作在半雙工模式，即語音傳輸與數(shù)據(jù)傳輸不能同時進行，因此在按鍵操作結束后， 再按下PTT即按鍵K6,消防強切電源接通，用戶對著麥克風U7開始講話，此時接收裝置2中 的發(fā)光二極管D8開始閃爍，當前播放的語音信號中止，相應的分區(qū)音箱開始播放用戶的語 音信號。反之，若用戶不具備使用權限，按下指紋后，微控制器13控制蜂鳴器18報警。另 夕卜，發(fā)射裝置1采用3. 3V鋰電池供電，低功耗是非常重要的技術指標，在不使用對講功能的 情況下，微控制器13使靜噪端SQ、功放使能端AUDI0_EN電平置低，進入待機省電模式。 [〇〇43] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限定本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1. 一套具備指紋識別的無線對講機智能控制廣播系統(tǒng)，其特征在于包括一個具備指紋 識別功能的無線對講機發(fā)射裝置和一個無線對講機接收裝置。在突發(fā)安全事故中，用戶在 通過無線對講機發(fā)射裝置的指紋識別模塊進行使用權限認證后開啟無線對講機語音及數(shù) 據(jù)通信功能，發(fā)送相應的控制指令至無線對講機接收裝置，快速接通消防強切電源及分區(qū) 音箱，將緊急語音信號傳輸給廣播進行優(yōu)先播放。應急響應時間小于3S，無需專人值守，確 保了人身安全。
2. 根據(jù)權利要求1所述的無線對講機發(fā)射裝置，其特征在于，該裝置包括指紋識別模 塊、微控制器、無線對講機模塊、MAX232電路、功放電路、蜂鳴器報警電路，按鍵及液晶顯示 電路并自帶3. 3V及5V鋰電池供電，可當作便攜式無線對講機相互對講。其中，微控制器 用于認證使用者權限、傳輸控制指令及設定語音信號音量，包含三個串口，其中串口 1與 MAX232相連，串口 2與指紋識別模塊的串行口相連，串口 3與無線對講模塊的串行口相連， 其中一個I/O輸出端口連接繼電器控制無線對講發(fā)射模塊的3. 3V供電電源。應急情況下， 用戶可自行按鍵切換可視化的液晶屏至遠程狀態(tài)配合繼電器快速啟動廣播機房電源及設 定廣播分區(qū)，實現(xiàn)遠距離智能控制廣播。
3. 根據(jù)權利要求1所述無線對講機接收裝置，其特征在于包括微控制器、無線對講模 塊、、MAX232電路、功放電路、繼電器驅動電路及電源電路。其中，無線對講模塊將接收到的 無線信號轉換為語音信號或控制指令，同時，將轉換后的到的語音信號通過語音輸出端口 傳輸給功放，而將轉換后的控制指令通過串口傳輸給微控制器。微控制器用于識別接收到 的控制指令，串口 1與MAX232相連，串口 3與無線對講模塊的串行口相連，I/O輸出端口連 接九路信號繼電器分別用于控制廣播機房24V消防通道電源和廣播分區(qū)音箱，實現(xiàn)八路分 區(qū)自動控制并保證應急信號具有最高優(yōu)先級。功放電路具備聲控啟停、語音濾波及功率放 大等性能，并將放大后的語音信號輸入至廣播機房的前置放大器QF2306的消防強切接口 優(yōu)先在預設分區(qū)播放。電源轉換模塊主要包括電壓轉換芯片7812、7805及AS1117AR-3. 3， 負責將24V外部消防強切電源轉化為3. 3V和5V兩個電壓等級。其中，3. 3V電源供給接收 裝置上的微控制器及對講模塊使用，5V電壓供給外圍電路使用。輸出端在電源模塊接入交 流電時，若接收模塊處于連續(xù)接收模式，其工作功率在1W，通過電壓轉換模塊為無線對講機 接收裝置供電，無足夠強的語音信號輸入時，接收模塊處于靜噪待機省電模式，電源電路僅 為微控制器等供電。
【文檔編號】H04H20/59GK104104460SQ201310124949
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月9日 優(yōu)先權日:2013年4月9日
【發(fā)明者】陳永良, 聶媛媛, 盧宇晨, 李琛 申請人:中國計量學院