多座机无绳电话装置及其全双工通信方法

本发明是一种多座机无绳电话装置及其全双工通信方法，属窄带调频无线电技术，特别涉及采用模拟无线电技术的集团无绳电话装置和移动通信技术。

国内现有的模拟无绳电话装置其手机不能自动选取空闲座机从而自动选取空闲市话线，且座机之间不能相互进行全双工无线电通信，因而存在以下缺点：(1)市话线使用效率低；(2)共用一条市话线的多部分机常常造成通信阻塞；(3)同一装置内的分机数量受到限制，装置容量无法提高；(4)两座机之间的通信必须通过市内电话网，增加了用户的使用成本。

本发明的目的就是为了克服和解决现有模拟无绳电话装置存在的市话线使用效率低、通信阻塞、用户使用成本高、装置容量无法提高等缺点和问题，研究发明一种任一市话线能与装置内的任一手机进行全双工通信、装置内的任一手机能自动选取装置内的空闲座机从而自动选取空闲市话线、座机之间可以相互进行全双工无线电通信从而使市话线使用效率高、通信不易阻塞、用户使用成本低、装置容量大的多座机无绳电话装置及其全双工通信方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的：多座机无绳电话装置结构组成示意图如图1所示，本装置由多台座机和多部手机通过发射和接收无线电波相互连接构成，每台座机可连接一条市话线(即本装置的外线)，每台座机和每部手机都是装置的一个分机，装置内的全部分机具有相同的装置身份码；其相互连接关系为：每台座机通过一条电话线与市话线相互电气连接；座机与座机、座机与手机、手机与手机之间通过发送和接收无线电波(信号)相连通；本装置座机的原理方框图如图2所示，它由天线1、双工器2、接收射频开关3、发射射频开关4、接收前置放大器5、FM解调器6、接收音频处理器7、接收锁相环8、发射电路9、发射锁相环10、发射音频处理器11、液晶显示模块12、手柄13、键盘14、微型控制器15、交换网络16、手柄电路17、存储器EEPROM 18、扬声器19、振铃电路20、电话接口网络22、免提麦克风21相互电气连接构成，其相互连接关系为：双工器2分别通过射频信号线分别与天线1、接收射频开关3及发射射频开关4相互电气连接；接收前置放大器5分别通过射频信号线分别与接收射频开关3、FM解调器6相互电气连接；FM解调器6分别通过音频信号线、控制线分别与接收音频处理器7、接收锁相环8相互电气连接；发射电路9分别通过射频信号线、音频信号线及控制线分别与发射射频开关4、发射音频处理器11及发射锁相环10相互电气连接；交换网络16分别通过控制线和语音信号线分别与微型控制器15和发射音频处理器11、接收音频处理器7、手柄电路17、电话接口网络22相互电气连接；手柄电路17通过语音信号线与手柄13相互电气连接；电话接口网络22、振铃电路20分别与市话线相互电气连接；微型控制器15分别通过接收数据线、发射数据线分别与接收音频处理器7、发射电路9相互电气连接；微型控制器15还分别通过控制信号线分别与接收射频开关3、发射射频开关4、FM解调器6、接收锁相环8、发射锁相环10、接收音频处理器7、发射音频处理器11、电话接口网络22、交换网络16、键盘14、振铃电路20、存储器EEPROM 18、液晶显示模块12相互电气连接；扬声器19分别通过振铃信号输出线、电话接口网络信号线分别与振铃电路20、电话接口网络22相互电气连接。上述方框图中，FM解调器6、接收锁相环8、接收音频处理器7、发射锁相环10、发射音频处理器11由一个单片集成电路实现。本装置手机的电路原理方框图如图3所示，它由天线23、双工器24、接收射频开关25、发射射频开关26、接收前置放大器27、FM解调器28、接收音频处理器29、受话器30、接收锁相环31、发射电路32、发射锁相环33、发射音频处理器34、送话器35、蜂鸣器36、微型控制器37、键盘38、存储器EEPROM 39、液晶显示模块40相互电气连接构成，其相互连接关系为：双工器24分别通过射频信号线分别与天线23、接收射频开关25、发射射频开关26相互电气连接；接收前置放大器27分别通过射频信号线分别与接收射频开关25、FM解调器28相互电气连接；FM解调器28分别通过音频信号线、控制线分别与接收音频处理器29、接收锁相环31相互电气连接；发射电路32分别通过射频信号线、音频信号线及控制线分别与发射射频开关26、发射音频处理器34及发射锁相环33相互电气连接；受话器30通过音频信号线与接收音频处理器29相互电气连接；送话器35通过音频信号线与发射音频处理器34相互电气连接；微型控制器37分别通过接收数据线、发射数据线分别与接收音频处理器29、发射电路32相互电气连接；微型控制器37还分别通过控制信号线分别与接收射频开关25、发射射频开关26、FM解调器28、接收锁相环31、发射锁相环33、接收音频处理器29、发射音频处理器34、键盘38、蜂鸣器36、存储器EEPROM 39和液晶显示模块40相互电气连接。上述方框图中，FM解调器28、接收锁相环31、接收音频处理器29、发射锁相环33、发射音频处理器34由一个单片集成电路实现。

多座机无绳电话全双工通信方法是：采用频道间隔为25kHz的窄带调频无线电技术，工作频率是各个国家的家用无绳电话频段的全部频道，每个频道由FH和FL两个频率组成，其中一个为上行频率，而另一个为下行频率；手机呼叫外线时首先选择空闲频道，然后在该频道上通过发射无线电信令依次访问装置内的所有座机，若收到某一座机的回执信令，则打开手机，建立手机与该座机所连接的市话线的通信；手机访问每台座机的时间是设定的有限时间，若超过设定时间仍未收到座机的回执，则该座机可能正忙或超过有效通信距离或出现故障；外线呼入时，若座机处于直拨分机模式，则外线可直拨分机号码，若座机处于共同振铃模式则向该座机的共同振铃手机发射共同振铃信令使这些手机同时振铃；分机呼叫分机时，只须主叫分机拨被叫分机号即可；为了使全部分机之间可相互进行全双工通信，座机和手机均采用换频全双工通信方法，即装置中的座机在正常通讯条件下和守候状态下，接收频率为FH，发射频率为FL，当座机呼叫座机时，主叫座机的接收频率由FH变为FL，发射频率由FL变为FH，于是主叫座机与被叫座机的收、发频率便相互对应，从而实现了座机之间的全双工通信；装置中的手机在正常通讯条件下接收频率为FL，发射频率为FH，与座机的收、发频率有着相对应关系；当手机呼叫手机时，主叫手机的接受频率由FL变为FH，发射频率由FH变为FL，于是主叫手机与被叫手机的收、发频率便相互对应，从而实现了手机之间的全双工通信；装置的各项功能的实现是通过座机和手机微型控制器中的软件来完成的，如图4(座机控制软件程序流图)和图5(手机控制软件程序流图)所示：座机、手机平时均处于守侯状态，外线呼入时，电话线上有振铃信号且被座机检测到，此时，座机判断自己被用户设为“直拨分机”模式还是“共同振铃”模式，并选择空闲频道，然后，若为“共同振铃”模式则立即发射“共同振铃”信令，若为“直拨分机”模式则等待接收外线拨来的分机号码，一旦收到分机号码即向指定分机发射振铃信令；手机呼叫外线时首先选择空闲频道，然后在该频道上依次向各座机发射“手机呼叫外线”信令，一旦收到某座机的回执信令则表明该座机空闲并已将手机与该外线的通信链路接通，此时，手机将自动打开音频收、发通路，建立通信联系；座机呼叫座机时，主叫座机先选择空闲频道，再互换收、发频率，然后发射“座机呼叫座机”信令，收到回执信令后等待接收对方的摘机信令；座机呼叫手机时，座机先选择空闲频道，再发射“座机呼手机”信令，收到回执信令后等待接收手机的摘机信令；手机呼叫手机时，主叫手机先选择空闲频道，再互换收、发频率，然后发射“手机呼叫手机”信令，收到回执信令后等待接收对方的摘机信令；手机呼叫座机时，手机先选择空闲频道，再发射“手机呼座机”信令，收到回执信令后等待接收座机的摘机信令。手机或座机收到振铃信令后自动振铃，振铃期间若摘机，则向主叫方发摘机信令，收到主叫方的回执信令后进入通话状态，若限定时间内未收到主叫方的回执信令，则认为超出有效通信距离，因此报警；软件中，座机和手机作为某一座机的分机可等同对待，故“座机呼叫座机”信令、“手机呼叫手机”信令、“座机呼叫手机”信令、“手机呼叫座机”信令四种信令的格式完全相同，只是主叫和被叫分机号码不同。

本装置座机的工作作用原理为：市话线来的语音信号由电话接口网络22放大后送到交换网络16交换到手柄电路17再送至手柄13，或交换到发射音频处理器11经其放大、压缩、限幅、扰频，成为音频调制信号被送至发射电路9，发射电路9受发射锁相环10和微型控制器15的控制以及音频调制信号的调制，产生携带有语音信号或通讯信令的射频载波，射频载波经发射射频开关4选择双工器2中的相应通道加至天线1，再由天线1发射到空中去。由天线1收到的分机发来的射频载波经接收射频开关3选择双工器2中的相应通道送至接收前置放大器5，经放大后被送至FM解调器6，FM解调器6受接收锁相环8的控制对射频载波进行二次变频解调，输出解调后的音频信号一路作为通讯信令送至微型控制器15，另一路经解扰、扩展、放大后送至交换网络16，在微型控制器15的控制下，交换网络16将解调恢复的语音信号交换到手柄电路17，再送至手柄13，或交换到电话接口网络22，由电话接口网络送至市话线上，并消除侧音。由手柄13中的送话器送出的话音，经手柄电路17送到交换网络16，在微型控制器15的控制下，或者交换到发射音频处理器11，或者交换到电话接口网络22。市话线来铃时，25Hz/90v的铃流信号驱动振铃电路20给扬声器送振铃声，同时给微型控制器15输出铃流检测信号，微型控制器15检测到铃流信号后将振铃信令送到发射电路9发射到空中去；收、发频段的互换是通过微型控制器15的控制来完成的：例如，欲使接收频率为FL、发射频率为FH，则由微型控制器15向接收锁相环8写入相应的接收分频比、向发射锁相环10写入相应的发射分频比，于是FM解调器6中的第一本振频率将为FL-10.7MHz、发射电路9的载波频率将为FH，再由微型控制器15控制发射射频开关4选择双工器2的FH通道将载波送到天线1、控制接收射频开关3选择双工器2的FL通道将天线1接收的FL载波送到接收前置放大器5，而双工器2的FH通道和FL通道是相互隔离的。微型控制器15的软件流程如图4所示。

本装置手机的工作作用原理是：送话器35送出的语音信号经发射音频处理器34放大、压缩、限幅、扰频，形成音频调制信号送至发射电路32的调制输入端，发射电路32受发射锁相环33的控制和微型控制器37的控制以及音频调制信号的调制，产生携带了语音信号或通讯信令的射频载波，射频载波经发射射频开关26选择双工器24中的相应通道送至天线23，再由天线23发射到空中去；由天线23收到的分机发来的射频载波经接收射频开关25选择双工器24中的相应通道送至接收前置放大器27，经放大后被送至FM解调器28，FM解调器28对射频载波进行二次变频解调，输出解调后的音频信号，此音频信号一路作为通讯信令送至微型控制器37，另一路经接收音频处理器29解扰、扩展、放大后送给受话器30发出声音。收、发频段的互换是通过微型控制器37的控制来完成的：例如，欲使接收频率为FL、发射频率为FH，则由微型控制器37向接收锁相环31写入相应的接收分频比、向发射锁相环33写入相应的发射分频比，于是FM解调器28中的第一本振频率将为FL-10.7MHz、发射电路32的载波频率将为FH，再由微型控制器37控制发射射频开关26选择双工器24的FH通道将载波送到天线23、控制接收射频开关25选择双工器24的FL通道将天线23接收的FL载波送到接收前置放大器27，而双工器24的FH通道和FL通道是相互隔离的；蜂鸣器36的作用是在微型控制器37的控制下发出振铃声或各种提示音；存储器EEPROM 39是用来存贮系统识别码和手机编号等数据的，键盘的作用是将手机用户的指令传送给微型控制器37，液晶显示模块40用来显示拨号号码等信息；手机与座机或其它手机之间的联络是通过通讯信令来实现的，通讯信令的格式和协议由微型控制器37的软件设定；微型控制器37负责协调各部分电路的工作，其软件流程图如图5所示。

本装置手机的电路原理图如图6～图9所示，图中：微型控制器37由单片机IC5构成；接收射频开关25由开关电路集成件IC1构成，发射射频开关26由开关电路集成件IC2构成，该两集成电路是单刀双掷射频开关、其它种类多路开关或将IC1与IC2合为一个的多路开关；接收前置放大器27由场效应管T4、电阻R8～R9、电容C14～C17、高频调谐变压器L2和电感L1电气连接构成；FM解调器28、接收锁相环31、接收音频处理器29、发射锁相环33、发射音频处理器34共同由无绳电话专用集成电路IC3、晶振G1、滤波器F2、F3、电阻R18～R31、电感L7～L8、电容C22～C53共同连接构成：发射电路32由三极管T1～T3、电感L3～L6、电容C2～C13、C18～C21、电阻R2～R7、R10～R17电气连接构成；存储器EEPROM 39由模块IC4构成；液晶显示模块40由IC6、晶振G2、二极管D4、电容C60～C64共同连接构成。

本装置座机的电路原理图如图10～图14所示，图中：微型控制器15由单片机IC12构成，双工器2由表面波滤波器模块F4构成；接收射频开关3由开关电路集成件IC7构成，发射射频开关4由开关电路集成件IC8构成，该两集成电路是单刀双掷射频开关、其它种类多路开关或将IC7与IC8合为一个的多路开关；接收前置放大器5由场效应管T6、电阻R46、R47、R48、电容C65～C68、高频调谐变压器L11和电感L10电气连接构成，FM解调器6、接收锁相环8、接收音频处理器7、发射锁相环10、发射音频处理器11共同由无绳电话专用集成电路IC10、电阻R67～R81、电容C89～C118、电感L16～L17、晶振G3、滤波器F5～F6共同连接构成；发射电路9由三极管T7、T8、T9、电感L12～L15、电容C69～C82、电阻R49～R54、R57～R64电气连接构成，交换网络16由IC13、IC14连接构成，电话接口网络22由模块IC17、三极管T11～T13、二极管D11～D20、电阻R107～R136、电容C133～C170、免提麦克风M2、杨声器B3共同连接构成；振铃电路20由集成件IC15、变压器BT1、二极管D11～D15、电阻R101～R106、电容C127～C132共同连接构成；手柄电路17由电阻R136、电容C157、C169电气连接构成，手柄13由送话器M3和受话器REC1连接构成，存储器EEPROM18由IC11构成，液晶显示模块12由LCD驱动器IC18、晶振G5、二极管D21、电容C171～C174共同连接构成。

本发明与现有技术相比有以下的优点和有益效果：(1)实现了“手机自动选取空闲座机”的功能，提高了市话线的通信效率；(2)实现了“座机与座机、手机与手机、座机与手机之间进行全双工无线电通信”的功能，因而若干座机、手机、市话线可构成一个通信系统，其中内部分机之间的通信无须经过市话线，降低了通信系统的通信成本；(3)分机与分机、分机与外线，多对话路可同时并存互不干扰；(4)手机之间的通信不依赖于座机，因而不局限于座机附近，也不受市电停电的影响。(5)由于本发明装置的成本与现有无绳电话装置接近甚至更低，因而性能价格比十分优越。

下面对说明书附图进一步说明如下：图1为多座机无绳电话装置的结构组成及工作原理方框图；图2为本装置座机电路原理方框图；图3为本装置手机电路原理方框图；图4为本装置座机微型控制器控制软件程序流程图；图5为本装置手机微型控制器控制软件程序流程图；图6～图9为本装置手机电路原理图；图10～图14为本装置座机电路原理图；图中：B1是受话器30，B2是蜂鸣器36，B3是扬声器19，M1是送话器35；M2是免提麦克风21；图6中的信号线MIX1、MIX2、TXVCO、MOD分别与图7中的信号线MIX1、MIX2、TXVCO、MOD相连接；图6中的控制线TXPD、TXEN分别与图7中的控制线TXPD、TXEN相连接；图6中的控制线RXSW、TXSW分别与图8中的控制线RXSW、TXSW相连接；图6中的数据线TXDAT与图8中的数据线TXDAT相连接；图7中的控制线TXEN、BD1、PLLDAT、PLLEN、PLLCLK分别与图8中的控制线TXEN、BD1、PLLDAT、PLLEN、PLLCLK相连接；图7中的数据线RXDAT与图8中的数据线RXDAT相连接；图7中的时钟线MCUCLK与图8中的时钟线MCUCLK相连接；图6中的电源线VDD与图7、图8、图9中的电源线VDD相连接；图8中的控制线LCDHK、LCDCLK、LCDDAT分别与图9中的控制线LCDHK、LCDCLK、LCDDAT相连接；图10中的控制线RXSW、TXSW分别与图12中的控制线RXSW、TXSW相连接；图10中的信号线MIX1、MIX2、TXVCO、MOD分别与图11中的信号线MIX1、MIX2、TXVCO、MOD相连接；图10中的控制线TXPD、RFPWR分别与图11中的控制线TXPD、RFPWR相连接；图10中的控制线RESET、PWRDET、TXDAT、TXEN分别与图12中的控制线RESET、PWRDET、TXDAT、TXEN相连接；图11中的控制线PLLDAT、PLLEN、PLLCLK、CD分别与图12中的控制线PLLDAT、PLLEN、PLLCLK、CD相连接；图10中的数据线RXDAT、COMIN、EXPOUT分别与图12中的数据线RXDAT、COMIN、EXPOUT相连接；图10中的电源线VDD与图12、图14中的电源线VDD相连接；图12中的控制线LCDHK、LCDCLK、LCDDAT分别与图14中的控制线LCDHK、LCDCLK、LCDDAT相连接；图12中的信号线REC、MICIN、MIC、LN、LOUT、RCVR、RINGDET、DTMF分别与图13中的信号线REC、MICIN、MIC、LN、LOUT、RCVR、RINGDET、DTMF相连接；图12中的控制线LNSZ、SPS、MUTE分别与图13中的控制线LNSZ、SPS、MUTE相连接。

本发明的实施方式可为如下：(1)手机、座机的机壳等的布置设计和加工、生产、制造完全可参照现有的手机、座机机壳等的生产制造方法进行加工生产制造；(2)按图6～图9所示绘制手机印刷电路板，并筛选元器件进行安装调试。其中：射频开关IC1、IC2可选SA630型，声表面波滤波器F1可选KS45/48型，场效应晶体管T4可选2SK241型，晶体三极管T1～T3可选2N3904型，变容二极管D1可选MV2105型，无绳电话专用集成电路IC3可选MC13110A型，存储器EEPROM IC4可选AT24C08型，单片机IC5可选MC68HC705P6A型，LCD驱动器IC6可选HT1616A型；(3)按图10～图14所示绘制座机印刷电路板，并筛选元器件进行安装调试。其中：射频开关IC7、IC8可选SA630型，声表面波滤波器F4可选KS45/48型，场效应晶体管T6可选2SK241型，晶体三极管T7～T9可选2N3904型，变容二极管D10可选MV2105型，无绳电话专用集成电路IC10可选MC13110A型，存储器EEPROM IC11可选AT24C08型，单片机IC12可选MC68HC705C8A型，LCD驱动器IC18可选HT1616A型，电话接口网络IC17可选MC33215B型，振铃电路IC15可选ML8204型，交换网络IC13、IC14可选CD4066型；(4)按上面说明书所述的手机各电路相互连接关系、座机各电路相互连接关系进行连接、安装调试后，便能较好地实现本发明。