技术领域
[0001] 本
发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种全数字人防电声警报一体机系统及操作方法。
背景技术
[0002] 人民防空是国防的重要组成部分，是国民经济和社会发展的重要方面，加强人民防空建设是一项长期的战略任务。为进一步推进人民防空事业的发展，加快构建战时能
力强、平时作为大的现代人民防空体系，人防警报设施的发展不容小觑。
[0003] 人防警报设施是重要的战备设施，平时用于抗灾救灾和突发事故情况下的灾情预报和紧急报知，战时用于人民防空，是各级人民政府实施人民防空指挥，组织人员疏散的基本手段。警报设备包含以下几个部分：
[0004] 1、警报器：警报器又分
电机型和电声型二种，电机型是有
电动机作为该警报器的主要器件，把机械能转为声音。电声型是由主机功效和扬声器组成。
[0005] 2、控制设备：控制设备又分为有线控制和无线控制二种。
[0006] 3、供电系统：供电系统又分市电供电和自供电二种。
[0007] 警报系统可应用于城市防空报警、防洪、油田防灾报警及机场、
水库、工厂、油库、矿山、监狱、
林场、电厂等重点场所的突发事件报警。既可以发警报，也可以播广播。按照规划，达到一定规模和人口的小区都要安装防空报警器。它是战时百姓逃生的
信号。另外，遇到洪水、
地震等灾害，也需要拉防空警报向市民报警。
[0008] 防空警报系统的建设，直接影响着用户的使用效果、外部形象及投资回报，因此系统设计必须安全、可靠，本方案已充分考虑采用成熟的技术和产品，在设备选型和系统的设计中尽量减少故障的发生。并从线路敷设、设备安装、系统调试以及对甲方人员的技术培训等方面，都必须满足可靠性的要求。
[0009] 现有的人防警报设备分为电动警报
控制器与电声警报控制器两种，国家人防委规定警报控制器应以电声警报控制器为主。目前生产电声警报控制器的厂家多采用模拟技术实现声音的放大传输，因而造成警报控制器
箱体庞大，安装不便，系统维护困难等问题。
发明内容
[0010] 本发明提供了一种全数字人防电声警报一体机系统及操作方法，旨在解决目前普遍使用的电声警报控制器采用模拟技术实现声音的放大传输，造成警报控制器箱体庞大，安装不便，系统维护困难的问题。
[0011] 本发明的目的在于提供一种全数字人防电声警报一体机系统，该全数字人防电声警报一体机系统包括：
[0012]
主控制器模
块，用于接收时钟模块输出的
时钟信号，同时接收输入的警报发放指令、产生和发放警报
控制信号；
[0013] 时钟模块，与主控制器模块连接，用于向主控制器模块提供时钟信号；
[0014]
键盘输入模块，与主控制器模块连接，用于输入信息，由六个独立键盘组成表示六种不同的工作状态，分别是预先、空袭、解除、灾警、测试、终止；
[0015] LED指示灯模块，与主控制器模块连接，用于显示无线数传模块的数据和发射信号及对应的六个独立按键状态，当按下不同按键时，相应的指示灯会点亮，指示当前警报器的警报状态；
[0016]
开关电源模块，包括12V
开关电源和48V开关电源，12V开关电源连接无线数传模块，12V开关电源向无线数传模块供电及经过12V-5V电平转换产生5V
电压向主控制器模块供电；48V开关电源连接继电器，48V开关电源经继电器开关电源向大功率数字功放模块供电；
[0017] 报警控
制模块，连接主控制器模块，用于接收主控制器模块输出的警报控制信号，并对警报控制信号进行传输的通信模块；
[0018] 无线数传模块，与12V开关电源连接，用于将收发端的数据通过串口通信模块传输到主控制器模块进行数据分析处理，主控制器模块执行相应的指令给报警
控制模块启动音频播放模块，将警报发送出去；
[0019] 串口通信模块，与PC机、无线数传模块与主控制器模块连接，用于主控制器模块通过串口通信模块接到PC机或无线数传模块数据执行相应的警报指令；
[0020] 音频播放模块，与报警控制模块连接，用于接收报警控制模块输出的警报控制信号，启动音频播放模块读取事先存入SD卡里的音频文件，并将
音频信号输出的功率放大模块；
[0021] 功率放大模块，与音频播放模块连接，包括有大功率数字功率放大模块和小功率功放模块两部分，大功率数字功率放大模块用于将音频播放模块输出的音频信号功率放大驱动外扬声器；小功率功放模块用于将音频播放模块输出的音频信号小功率的放大驱动内扬声器。
[0022] 进一步，该全数字人防电声警报一体机系统采用以高性能控
制芯片89C51为核心的主控制器模块，各引脚的具体连接方式为：芯片U1的引脚9经芯片MAX1接地，引脚18、引脚19分别与晶振CL的两端相连接，同时经电容C3、电容C5连接GND端，引脚40经电容C7连接GND端。
[0023] 进一步，该全数字人防电声警报一体机系统采用以芯片MAX485为核心的串口通信模块，各引脚的具体连接方式为：芯片U2的引脚1经
电阻R1与芯片MK1的3号引脚相连接，MK1芯片的6号引脚与芯片U1的10号引脚相连接，芯片U2的引脚2与芯片U4的4号引脚相连接，芯片U4的2号引脚经
反相器U5A与芯片U1的8号引脚相连接，芯片U2的引脚3与芯片U4的引脚5相连接，芯片U2的引脚4与芯片MK2的6号引脚相连接，并经电阻R4与引脚8接入+5V电压，芯片MK2的引脚2经电阻RMK1与芯片U1的引脚40VCC相连接，芯片MK2的引脚3与芯片U1的引脚11相连接，芯片U2的引脚8经电容C1连接GND端，芯片U2的引脚7接J1的3号引脚，芯片U2的引脚6经电阻分别与J1的2、3引脚相连接，芯片U2的引脚5连接GND端。
[0024] 进一步，该全数字人防电声警报一体机系统采用以芯片1302为核心的时钟模块，各引脚的具体连接方式为：芯片U3的引脚1经电容C20连接GND端，芯片U3的引脚2和引脚3之间经晶振CL1相连接，芯片U3的引脚4连接GND端，芯片U3的引脚5与芯片U1的23号引脚及CON1的4号引脚相连接，芯片U3的引脚6与芯片U1的22号引脚及CON1的3号引脚相连接，芯片U3的引脚7与芯片U1的21号引脚及CON1的2号引脚相连接，芯片U3的引脚与芯片U1的40号引脚VCC及CON1的1号引脚相连接。
[0025] 进一步，该全数字人防电声警报一体机系统采用以晶体小功率
三极管9013为核心的功率放大模块，各元件的具体连接方式为：三极管Q1的基极与光电
耦合器元件O1的引脚3相连接，光电耦合器元件O1的引脚4经电阻R6与12V电压相连接，光电耦合器元件O1的引脚1经电阻R5与VCC相连接，光电耦合器元件O1的引脚2与芯片U1的P1.6引脚相连接，三极管Q1的发射极经电阻R7与三极管Q1的基极相连接，三极管Q1的集
电极经
二极管D1与J2引脚1相连接，同时与J2引脚2相连接。
[0026] 进一步，该全数字人防电声警报一体机系统采用以高效光电耦合器PC827为核心的报警控制模块，各元件的具体连接方式为：光电耦合器MK3A的引脚1与PR1的引脚2相连接，光电耦合器MK3A的引脚2与J3的引脚2相连接，光电耦合器MK3A的引脚7连接GND端，光电耦合器MK3A的引脚8与PR2的引脚2以及芯片U1的引脚P1.0相连接，光电耦合器MK3B的引脚3与PR1的引脚3相连接，光电耦合器MK3B的引脚4与J3的引脚4相连接，光电耦合器MK3B的引脚5连接GND端，光电耦合器MK3B的引脚6与PR2的引脚3以及芯片U1的引脚P1.1相连接；
[0027] 光电耦合器MK4A的引脚1与PR1的引脚4相连接，光电耦合器MK4A的引脚2与J3的引脚5相连接，光电耦合器MK4A的引脚7连接GND端，光电耦合器MK4A的引脚8与PR2的引脚4以及芯片U1的引脚P1.2相连接，光电耦合器MK4B的引脚3与PR1的引脚5相连接，光电耦合器MK4B的引脚4与J3的引脚6相连接，光电耦合器MK4B的引脚5连接GND端，光电耦合器MK4B的引脚6与PR2的引脚5以及芯片U1的引脚P1.3相连接；
[0028] 光电耦合器MK5A的引脚1与PR1的引脚6相连接，光电耦合器MK5A的引脚2与J3的引脚6相连接，光电耦合器MK5A的引脚7连接GND端，光电耦合器MK5A的引脚8与PR2的引脚6以及芯片U1的引脚P1.4相连接，光电耦合器MK5B的引脚3与PR1的引脚7相连接，光电耦合器MK5B的引脚4与J3的引脚7相连接，光电耦合器MK5B的引脚5连接GND端，光电耦合器MK5B的引脚6与J5的引脚1相连接，J5的引脚2与J8相连接，引脚3与芯片U1的引脚P1.5相连接。
[0029] 进一步，该全数字人防电声警报一体机系统的音频播放模块采用以反相器7407为核心的驱动模块，各元件的具体连接方式为：反相器U6A的引脚1与芯片U1的引脚P0.0以及PR3的引脚2相连接，反相器U6A的引脚2经二极管LED1和电阻RL1与VCC相连接，反相器U6B的引脚3与芯片U1的引脚P0.1以及PR3的引脚3相连接，反相器U6B的引脚4经二极管LED2和电阻RL2与VCC相连接；
[0030] 反相器U6C的引脚5与芯片U1的引脚P0.2以及PR3的引脚4相连接，反相器U6C的引脚2经二极管LED3和电阻RL3与VCC相连接，反相器U6D的引脚3与芯片U1的引脚P0.3以及PR3的引脚5相连接，反相器U6D的引脚4经二极管LED4和电阻RL4与VCC相连接；
[0031] 反相器U6E的引脚1与芯片U1的引脚P0.4以及PR3的引脚6相连接，反相器U6E的引脚2经二极管LED5和电阻RL5与VCC相连接，反相器U6F的引脚3与芯片U1的引脚P0.5以及PR3的引脚7相连接，反相器U6F的引脚4经二极管LED6和电阻RL6与VCC相连接。
[0032] 本发明的另一目的在于提供一种全数字人防电声警报一体机的操作方法，该全数字人防电声警报一体机的操作方法包括以下步骤：当主控制器模块检测到按键、串口或者无线数传模块有报警信号输入时，向报警控制模块发出相应的警报指令，报警控制模块响应相应的指令，控制音频播放模块读取SD卡中的音频报警文件，并将音频
信号传输到功率放大模块驱动扬声器，根据先前选择的内外扬声器进行报警，当主控制器模块检测到按键、串口或者无线数传模块有终止信号输入时，系统就会向报警控制模块发送终止指令，警报终止，反之警报播放完毕，主控制器模块继续检测。
[0033] 本发明提供的全数字人防电声警报一体机系统及操作方法，时钟模块产生时钟信号，主控模块接收时钟模块输出的时钟信号，同时接收输入的警报发放指令、产生和发放警报控制信号，通讯模块对主控模块输出的警报控制信号进行传输，放大模块对警报控制信号进行放大并输出，报警控制模块接收放大模块输出的放大后的警报控制信号，产生并输出报警驱动信号，驱动模块接收警报控制模块输出的警报驱动模块，对警报器进行驱动；该全数字人防电声警报一体机采用D类功率
放大器实现数字功放，针对人防专用频点实现数据传输，机箱整体体积小，维护人员易操作，充分考虑了电磁兼容性，采用电源隔离技术，极大地提高了系统的可靠性，声音存储采用SD卡，功放采用D类
功率放大器，实现了全数字功放，同时在工作电源与功放的大功率电源之间增加了开关控制，只有接收到了警报信号才通过程序把功率放大器的电源开关打开，极大地降低了功耗，使系统更加环保，可靠性极大地提高，线路板采用模块化设计，便于维修，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
附图说明
[0034] 图1是本发明
实施例提供的全数字人防电声警报一体机系统的结构
框图；
[0035] 图2是本发明实施例提供的全数字人防电声警报一体机系统的主控模块的
电路连接图；
[0036] 图3是本发明实施例提供的全数字人防电声警报一体机系统的串口通信模块的电路连接图；
[0037] 图4是本发明实施例提供的全数字人防电声警报一体机系统的时钟模块的电路连接图；
[0038] 图5是本发明实施例提供的全数字人防电声警报一体机系统的功率放大模块的电路连接图；
[0039] 图6是本发明实施例提供的全数字人防电声警报一体机系统的警报控制模块的电路连接图；
[0040] 图7是本发明实施例提供的全数字人防电声警报一体机系统的音频播放模块的驱动模块电路连接图；
[0041] 图8是本发明实施例提供的全数字人防电声警报一体机的操作方法的
流程图；
[0042] 图中：1、主控制器模块；2、LED指示灯模块；3、键盘输入模块；4、时钟模块；5、开关电源模块；6、无线数传模块；7、串口通信模块；8、报警控制模块；9、音频播放模块；10、功率放大模块；10-1、大功率数字功放模块；10-2、小功率功放模块。
具体实施方式
[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
[0044] 下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0045] 图1示出了本发明实施例提供的全数字人防电声警报一体机系统的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
[0046] 本发明实施例的全数字人防电声警报一体机系统，该全数字人防电声警报一体机系统包括：
[0047] 主控制器模块1，用于接收时钟模块4输出的时钟信号，同时接收输入的警报发放指令、产生和发放警报控制信号；
[0048] 时钟模块4，与主控制器模块1连接，用于向主控制器模块1提供时钟信号；
[0049] 键盘输入模块3，与主控制器模块1连接，用于输入信息，由六个独立键盘组成表示六种不同的工作状态，分别是预先、空袭、解除、灾警、测试、终止；
[0050] LED指示灯模块2，与主控制器模块1连接，用于显示无线数传模块的数据和发射信号及对应的六个独立按键状态，当按下不同按键时，相应的指示灯会点亮，指示当前警报器的警报状态；
[0051] 开关电源模块5，包括12V开关电源和48V开关电源，12V开关电源连接无线数传模块6，12V开关电源向无线数传模块6供电及经过12V-5V电平转换产生5V电压向主控制器模块1供电；48V开关电源连接继电器，48V开关电源经继电器开关电源向大功率数字功放模块10-1供电；
[0052] 报警控制模块8，连接主控制器模块1，用于接收主控制器模块1输出的警报控制信号，并对警报控制信号进行传输的通信模块；
[0053] 无线数传模块6，与12V开关电源连接，用于将收发端的数据通过串口通信模块7传输到主控制器模块1进行数据分析处理，主控制器模块1执行相应的指令给报警控制模块8启动音频播放模块9，将警报发送出去；
[0054] 串口通信模块7，与PC机、无线数传模块6与主控制器模块1连接，用于主控制器模块1通过串口通信模块7接到PC机或无线数传模块6数据执行相应的警报指令；
[0055] 音频播放模块9，与报警控制模块8连接，用于接收报警控制模块8输出的警报控制信号，启动音频播放模块9读取事先存入SD卡里的音频文件，并将音频信号输出的功率放大模块10；
[0056] 功率放大模块10，与音频播放模块9连接，包括有大功率数字功率放大模块10-1和小功率功放模块10-2两部分，大功率数字功率放大模块10-1用于将音频播放模块9输出的音频信号功率放大驱动外扬声器；小功率功放模块10-2用于将音频播放模块9输出的音频信号小功率的放大驱动内扬声器。
[0057] 如图2所示，该全数字人防电声警报一体机系统采用以高性能控制芯片89C51为核心的主控制器模块1，各引脚的具体连接方式为：芯片U1的引脚9经芯片MAX1接地，引脚18、引脚19分别与晶振CL的两端相连接，同时经电容C3、电容C5连接GND端，引脚40经电容C7连接GND端。
[0058] 如图3所示，该全数字人防电声警报一体机系统采用以芯片MAX485为核心的串口通信模块7，各引脚的具体连接方式为：芯片U2的引脚1经电阻R1与芯片MK1的3号引脚相连接，MK1芯片的6号引脚与芯片U1的10号引脚相连接，芯片U2的引脚2与芯片U4的4号引脚相连接，芯片U4的2号引脚经反相器U5A与芯片U1的8号引脚相连接，芯片U2的引脚3与芯片U4的引脚5相连接，芯片U2的引脚4与芯片MK2的6号引脚相连接，并经电阻R4与引脚8接入+5V电压，芯片MK2的引脚2经电阻RMK1与芯片U1的引脚40VCC相连接，芯片MK2的引脚3与芯片U1的引脚11相连接，芯片U2的引脚8经电容C1连接GND端，芯片U2的引脚7接J1的3号引脚，芯片U2的引脚6经电阻分别与J1的2、3引脚相连接，芯片U2的引脚5连接GND端。
[0059] 如图4所示，该全数字人防电声警报一体机系统采用以芯片1302为核心的时钟模块4，各引脚的具体连接方式为：芯片U3的引脚1经电容C20连接GND端，芯片U3的引脚2和引脚3之间经晶振CL1相连接，芯片U3的引脚4连接GND端，芯片U3的引脚5与芯片U1的23号引脚及CON1的4号引脚相连接，芯片U3的引脚6与芯片U1的22号引脚及CON1的3号引脚相连接，芯片U3的引脚7与芯片U1的21号引脚及CON1的2号引脚相连接，芯片U3的引脚与芯片U1的40号引脚VCC及CON1的1号引脚相连接。
[0060] 如图5所示，该全数字人防电声警报一体机系统采用以晶体小功率三极管9013为核心的功率放大模块10，各元件的具体连接方式为：三极管Q1的基极与光电耦合器元件O1的引脚3相连接，光电耦合器元件O1的引脚4经电阻R6与12V电压相连接，光电耦合器元件O1的引脚1经电阻R5与VCC相连接，光电耦合器元件O1的引脚2与芯片U1的P1.6引脚相连接，三极管Q1的发射极经电阻R7与三极管Q1的基极相连接，三极管Q1的集电极经二极管D1与J2引脚1相连接，同时与J2引脚2相连接。
[0061] 如图6所示，该全数字人防电声警报一体机系统采用以高效光电耦合器PC827为核心的报警控制模块8，各元件的具体连接方式为：光电耦合器MK3A的引脚1与PR1的引脚2相连接，光电耦合器MK3A的引脚2与J3的引脚2相连接，光电耦合器MK3A的引脚7连接GND端，光电耦合器MK3A的引脚8与PR2的引脚2以及芯片U1的引脚P1.0相连接，光电耦合器MK3B的引脚3与PR1的引脚3相连接，光电耦合器MK3B的引脚4与J3的引脚4相连接，光电耦合器MK3B的引脚5连接GND端，光电耦合器MK3B的引脚6与PR2的引脚
3以及芯片U1的引脚P1.1相连接；
[0062] 光电耦合器MK4A的引脚1与PR1的引脚4相连接，光电耦合器MK4A的引脚2与J3的引脚5相连接，光电耦合器MK4A的引脚7连接GND端，光电耦合器MK4A的引脚8与PR2的引脚4以及芯片U1的引脚P1.2相连接，光电耦合器MK4B的引脚3与PR1的引脚5相连接，光电耦合器MK4B的引脚4与J3的引脚6相连接，光电耦合器MK4B的引脚5连接GND端，光电耦合器MK4B的引脚6与PR2的引脚5以及芯片U1的引脚P1.3相连接；
[0063] 光电耦合器MK5A的引脚1与PR1的引脚6相连接，光电耦合器MK5A的引脚2与J3的引脚6相连接，光电耦合器MK5A的引脚7连接GND端，光电耦合器MK5A的引脚8与PR2的引脚6以及芯片U1的引脚P1.4相连接，光电耦合器MK5B的引脚3与PR1的引脚7相连接，光电耦合器MK5B的引脚4与J3的引脚7相连接，光电耦合器MK5B的引脚5连接GND端，光电耦合器MK5B的引脚6与J5的引脚1相连接，J5的引脚2与J8相连接，引脚3与芯片U1的引脚P1.5相连接。
[0064] 如图7所示，该全数字人防电声警报一体机系统的音频播放模块9采用以反相器7407为核心的驱动模块，各元件的具体连接方式为：反相器U6A的引脚1与芯片U1的引脚P0.0以及PR3的引脚2相连接，反相器U6A的引脚2经二极管LED1和电阻RL1与VCC相连接，反相器U6B的引脚3与芯片U1的引脚P0.1以及PR3的引脚3相连接，反相器U6B的引脚4经二极管LED2和电阻RL2与VCC相连接；
[0065] 反相器U6C的引脚5与芯片U1的引脚P0.2以及PR3的引脚4相连接，反相器U6C的引脚2经二极管LED3和电阻RL3与VCC相连接，反相器U6D的引脚3与芯片U1的引脚P0.3以及PR3的引脚5相连接，反相器U6D的引脚4经二极管LED4和电阻RL4与VCC相连接；
[0066] 反相器U6E的引脚1与芯片U1的引脚P0.4以及PR3的引脚6相连接，反相器U6E的引脚2经二极管LED5和电阻RL5与VCC相连接，反相器U6F的引脚3与芯片U1的引脚P0.5以及PR3的引脚7相连接，反相器U6F的引脚4经二极管LED6和电阻RL6与VCC相连接。
[0067] 如图8所示，本发明实施例的全数字人防电声警报一体机的操作方法，该全数字人防电声警报一体机的操作方法包括以下步骤：当主控制器模块检测到按键、串口或者无线数传模块有报警信号输入时，向报警控制模块发出相应的警报指令，报警控制模块响应相应的指令，控制音频播放模块读取SD卡中的音频报警文件，并将音频信号传输到功率放大模块驱动扬声器，根据先前选择的内外扬声器进行报警，当主控制器模块检测到按键、串口或者无线数传模块有终止信号输入时，系统就会向报警控制模块发送终止指令，警报终止，反之警报播放完毕，主控制器模块继续检测。
[0068] 本发明的优点在于自主研发的全数字电声警报一体机采用目前最先进的D类功率放大器实现数字功放，针对人防专用频点实现数据传输，系统整体体积与原电动警报控制箱体积一致，安装方便，声音采用SD卡储存，声音录放、更改方便，系统采用模块化设计，维护简单，实用性强。
[0069] 本发明实施例提供的全数字人防电声警报一体机，时钟模块13产生时钟信号，主控模块11接收时钟模块13输出的时钟信号，同时接收输入的警报发放指令、产生和发放警报控制信号，通讯模块12对主控模块11输出的警报控制信号进行传输，放大模块14对警报控制信号进行放大并输出，报警控制模块接收放大模块14输出的放大后的警报控制信号，产生并输出报警驱动信号，驱动模块16接收警报控制模块15输出的警报驱动模块16，对警报器进行驱动；该全数字人防电声警报一体机采用D类功率放大器实现数字功放，针对人防专用频点实现数据传输，机箱整体体积小，维护人员易操作，充分考虑了电磁兼容性，采用电源隔离技术，极大地提高了系统的可靠性，声音存储采用SD卡，功放采用D类功率放大器，实现了全数字功放，同时在工作电源与功放的大功率电源之间增加了开关控制，只有接收到了警报信号才通过程序把功率放大器的电源开关打开，极大地降低了功耗，使系统更加环保，可靠性极大地提高，线路板采用模块化设计，便于维修，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
[0070] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
