无线电对讲机设计论文

学科分类号 0806

本科生毕业论文(设计)

题目（中文）：简易语音单工对讲系统设计

（英文）：The DesignOf Simple Voice Simplex Intercom System

学生姓名： 江泳康 学 号： 1010403040 系 别： 物理与信息工程系 专 业： 电子信息科学与技术专业 指导教师：

张沛 讲师

起止日期： 2013.11-2014.5

2014年 5 月 17 日

怀化学院本科毕业论文(设计)诚信声明

作者郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。对论文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确的方式标明。本声明的法律结果由作者承担。

本科毕业论文（设计）作者签名：

年 月 日

目 录

摘要 ................................................................................................................................ I 关键词 ............................................................................................................................ I Abstract ........................................................................................................................... I Keywords ........................................................................................................................ I 1 前言 ........................................................................................................................ 1 1.1 课题研究背景 .................................................................................................. 1 1.2 国内外相关行业发展状况 .............................................................................. 1 1.3 本论文的研究目的及意义 .............................................................................. 1 2 系统设计任务与要求 ............................................................................................. 2 2.1 系统设计任务 .................................................................................................. 2

2.1.1 设计任务 ................................................................................................. 2 2.1.2 测试方法: ................................................................................................ 2 2.1.3 要求 ......................................................................................................... 2 2.2 设计思路 .......................................................................................................... 2 3 对讲机电路设计 ..................................................................................................... 3 4 系统部分指标数据 ................................................................................................. 7 4.1 直流电器参数 .................................................................................................. 7 4.2 系统功耗指标 .................................................................................................. 7 4.3 总体电性能规格说明 ....................................................................................... 9 4.4 系统工作电路发射/接收性能指标.................................................................. 9

4.4.1 发射特性指标 ........................................................................................... 9 4.4.2 系统接收特性指标 ................................................................................. 10 5 完整系统语音对讲调试记录 ............................................................................... 10 6 结论 ...................................................................................................................... 11 参考文献 ..................................................................................................................... 12 致谢 ............................................................................................................................. 13 附录 ............................................................................................................................. 14

单工语音无线对讲机系统

摘 要

类似于语对讲此类即时通讯系统，广泛参与当前科技生活。在救灾、交通调度、酒店、停车场等场合，对讲机被广泛应用，而对讲机的性能会直接影响类似上述场合能否高效开展工作。在此背景下，对于对讲机的设计和研究显得十分必要，本设计将为上述领域提供可靠解决方案。本设计是以SR-FRS-0.5W核心对讲、数传收发模块为平台的，单工语音对讲系统。使用载波450.05MHz,完成民用对讲频段1到3公里距离内，无失真的语音信号调制解调。包括语音收发系统；供电系统；串口通信系统；使用业内通用亚音频信号加密技术，微型CPU自动控制的节能系统，是一款合理，节能，稳定的语音对讲系统。

关键词

即时通信；SR-FRS-0.5W；语音收发；调制解调；对讲；

Simplex Voice Wireless Intercom System

Abstract

Similar to \voice\，such instant messaging system is widely involved in the current technology life. In the disaster relief, transportation scheduling ， hotels, parking lots ，“interphones” are widely used . The performance of interphones will directly affect whether the work can be finished efficiently under the above situation .Under such circumstances, it seems necessary to design and research the inter phones. The design would provide reliable solutions for these fields .The design is simple voice system based on the \core intercom and wireless data transmission module. Using the carrier frequency 450.05 MHz can complete the modem of undistorted speech signal within the frequency range of civil intercom from 1 kilometer to 3 kilometers. Tiny CPU automatic control and intelligent energy-saving system is a reasonable ,energy-saving ,stable voice intercom system , including voice transmission system ,power supply system ,serial communication system , CTCSS which is widely used in our field .

Keywords

Instant Communication;SR-FRS-0.5W;Voice Transceiver; Modulation-Demodulation; Intercom;

I

1 前言

1.1 课题研究背景

随着公众移动通信的发展，对讲机市场逐步成为一个重要的专业通信市场。现在，对讲机广泛应用于国民经济各个领域，已成为国家安全、公安警察、交通管理、石油化工、建筑施工、机械制造、物业保安等部门重要的无线通信装备。

从数量上来说，不论是专业对讲机通信还是公众低功率民用对讲机通信，相对于公众移动通信和整个通信市场而言都是非常微小的。然而，对讲机通信，在集群调度、应急通信、即时通信等方面有着独特优势，广泛应用于公安、消防、救护、石油化工和民用的建筑施工、物业管理、酒店餐厅、商场、学校等领域，在国民经济和人们生活中具有重要作用。

随着我国经济的快速发展，各个行业已广泛而大量地使用对讲机通信。因此，对讲机实际上已成为各个行业重要的无线通信装备，也显示出其在国民经济中的重要地位。 1.2 国内外相关行业发展状况

由近十年来世界经济的发展可以看出，即使世界经济处于低迷时期，各大经济领域

发展缓慢时，移动通信包括专业无线通信和公众低功率民用对讲机通信，仍保持较强的增长势头。目前，中国是移动通信最大的市场，也是世界上对讲机通信最具发展前途的市场之一。

对讲机家庭拥有量是反映一个国家公众无线通信水平高低的综合性指标之一，也是一个国家国民经济和科学技术发展水平的标志之一。对讲机在美国、欧洲、韩国、新加坡等地深受消费者的欢迎。美国从1998年开放民用对讲机市场后，其销量以每年翻一番的速度增长，2000年销量就达到1000万台，与同年手机销量处于同一个数量级。在德国、日本，大概有30%的家庭拥有对讲机，大概有25%的法国家庭使用对讲机。 1.3 本论文的研究目的及意义

我国为满足社会公众使用对讲机的需求，全面放开了400MHz低功率公众民用对讲机市场。设置和使用低功率公众民用对讲机，免收频率占用费。低功率公众民用对讲机与手机相比，价格便宜，也不产生通话费用，可以方便地实现一对一或一对多通话;与室内无绳电话比较，通话距离更远，一般可达3公里。

公众民用对讲机可以使个人通信更自由、通信方式更加丰富。随着生活水平的提高，人们驾车游、登山、露营等外出活动的机会和次数在逐渐增加。即使在没有手机信号的地方，民用对讲机也可以使人们便利地与朋友或整个团队沟通。

简易无线语音对讲系统的设计，为民用频段合理范围内的合理利用，以及后期制作技术上的验证，提供有效依据。同时简易无线语音对讲系统的提出也是对当前复杂电子环境的预热，为后期成熟无线通信设备的稳定方案，提供有效支持。

1

图3.1.5 整体电路设计原理图

(6) 系统电源模块设计

其中系统电源模块设计采用18650-SAMSUNG-5V三星电池作为系统供电；一节18650电池电源预计1400mA.h,经过简单滤波电路处理，可以完全胜任本系统供电任务。而且三星18650电池本身体积小，磷酸铁锂构造，便于携带，方便为本系统提供支持。

前期测试，常规线性电源普遍含有50HZ市电频率谐波、或者杂波等干扰设备运行，无法进行正常的调制解调，甚至干扰信号正常接收发射，后期的语音信号还原变得艰难、失真度提高，无法满足语音信号通信清晰度的要求。因此对于电源的要求必须是干净无杂波的直流（3.3v-5v宽电压直流供电）电源供电，这一点上讲，电池的使用变得首先必要起来。而且考虑到携带、移动方便测试等因素，选择18650-SAMSUNG-5v电池单节完成对系统的供电。从性能上讲，18650-SAMSUNG-5V可以循环充电，而且单节达到1400mA.h电量和续航时间上基本达到本次设计需要的要求。 4 系统部分指标数据

以下数据来自深圳尚瑞思电子高频实验室。 4.1 直流电器参数

表4.1 电路直流参数 符号 VBAT Tamb Iin Vin 描述 电源电压 环境温度 I/O输入电流 最小 3.3 -3.0 -5 -0.3 典型 4.2 最大 5.0 85 5 3.3 单位 V ℃ mA V 注：以上数据均为最大工作范围之内。

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4.2 系统功耗指标

表 4.2 电路功耗指标A 工作模式 连续接收 连续发射 描述 接收机正常开启 -47dBm,AF=1KHZ,MOD=1.5KHZ 发射机正常开启 输入为1KHZ调制信号 测试条件 输入频率450.050MHZ，RF电平65mA 330mA 典型值 注：（测试条件：BAT=5.0V,Ta=-25℃）

表4.3 电路功耗指标B 接收静噪待 机省电模式 深睡眠 完全关断 至连续接收/发射模式 接收机处于待机省电工作状态 接收机/发射机均 在500ms内完成上电过程，切换0.1uA 12mA (1) 工作参数

本系统设计采用默认工作参数：（串口通信功能未在系统中涉及）

模块在上电工作后，如果没有收到AT指令，其默认工作参数为：GBW=12.5KHZ,TFV=450.05MHZ；RFV=450.050MHZ,接收和发射CTCSS=01，SQ=3，压扩开，扰频关闭；

亚音频信号自动随语音信号发射并在通信过程中主动完成校验。

期间，如果未通过串口通信功能改写设备工作参数，所有工作参数按照上述默认开启，调制解调过程完整依附上述参数进行。

如图4.2.3所示，为SR-FRS-0.5外围封装以及引脚参数。

图4.2.3 SR-FRS-0.5W外围封装

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(2) SR-FRS-0.5W引脚功能描述

表4.4 SR-FRS-0.5W引脚功能描述

引脚名称 GND PD PTT AF_OUT SQ GND GND MIC_IN RXD TXD GND ANT GND BAT 脚位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 功能描述 地 模块睡眠使能脚，0=SLEEP 模块发射/接受控制脚，1=接受，0=发射 接收音频输出 接收静噪，低电平有效 地 地 MIC输入 异步串行接口（接收数据口） 异步串行接口（发送数据口） 地 射频输入/输出 电源地 电源（3.3-3.5） 4.3 总体电性能规格说明 4.3.1 整体性能指标

表4.5 整体电性能规格说明

频率范围MHZ 信道间隔KHZ 天线阻抗（Ω） 工作温度范围（℃） 频率稳定度（ppm） 136-174MHZ,400-470MHZ 25/12.5KHZ 50 -20--+60 +2.5 4.4 系统工作电路发射/接收性能指标

4.4.1 发射特性指标

表 4.6 发射特性指标 符号 AF OUT 音频输出失真 Fo=1KHZ 300HZ 音频响应 500HZ 1000HZ 9

参数描述 参考灵敏度 接收信噪比S/N 测试条件 12dB信呐 1.5KH频偏 最小 -120 52 典型 -122 55 150 1 +2 最大 150 3 单位 dBm dB Mv MV 音频输出（有效值） Fo=1KHZ(可调) +4 0 dB

4.4.2 系统接收特性指标

表4.7 系统接收特性指标 符号 Pout SNR 参数描述 输出功率 最大调制 频偏限制 音频调制失真 信噪比 载波抑制 测试条件 窄带 宽带 40 1 42 -60 最小 350 典型 400 最大 500 2.5 5.0 3 45 单位 MW KHZ KHZ % dB dBC 5 完整系统语音对讲调试记录

因为载波信号频率高达450M+，当前高频实验室难以满足仪器定点调试。因此采用语音真实环境下对讲，语音清晰度，以及实际发射传输距离作为测试指标。

（1） 语音接收完整度和清晰度的影响测试

表 5.1 语音接收完整度和清晰度的影响测试

写频，配对时间 （单位：秒） 参数描述 40秒语音收发 60秒语音收发 90秒语音收发 40秒语音收发 40秒语音收发 5v直流供电 40秒语音收发 40秒语音收发 40秒语音收发 40秒语音收发 40秒语音收发 注：测试时间为2014年5月6日。

测试条件 200m实时对讲 200m实时对讲 200m实时对讲 200m实时对讲 400m实时对讲 600m实时对讲 800m实时对讲 1000m实时对讲 1200m实时对讲 1300m实时对讲 语音接收完整度 85% 85% 83% 89% 88% 80% 67% 55% 44% 22% 清晰度 70% 67% 65% 87% 85% 85% 47% 54% 41% 10% （2） 综合调试记录

表5.2 综合调试记录 写频，配对时间 参数描述 （单位：秒） 5v直流供电 40秒语音收发 60秒语音收发 90秒语音收发 90秒语音收发 测试条件 200m实时对讲 400m实时对讲 500m实时对讲 900m实时对讲 语音收完整度 97% 82% 77% 61% 清晰度 100% 100% 80% 80% 10

注：测试时间为 2014年5月6日。

（3） 测试方法及计算公式

两人各持一个对讲终端，互相对讲。一方主动发送随机语音信号，另一方接收到以后将接收到的信息重复通过手持设备反馈给主动发送方，期间，主设备（主动发送方手持设备）接收到的信号，由记录员记录信息完整度。记录员每次记录所在位置为接收一方，发送方和接收方所交互的信息由记录员事先独立提供。（独立提供信息为无规律汉字，和英文字母以及阿拉伯数字随机搭配）

]a?b|信息完整度计算公式： *100

a其中：a表示记录员独立提供的语音发送信息

b表示主设备发送信息之后接收到的反馈信息 计量单位：匹配字节数

清晰度计算方法：发送和接收双方主观感受取均值 6 结论

在本次毕业设计课题的研究中,我大有收获。首先在选择毕业设计课题时，我本着巩固所学理论知识，加强实际动手能力，增加对现代科技特别是通信方面的了解，就选了简易对讲机的设计这一实际而又有挑战性的课题。

在进行初期的电子系统调试阶段，一开始被杂波过大的线性电源困扰很久，调试的过程非常枯燥，一时之间没找到问题，后来通过和张老师的沟通和请教，得之信号干扰问题，可能是设计测试效果不佳的重要原因之一。在张老师的指导和建议下，我选择直接用直流蓄电池对系统进行供电。这样子我的电路才最终得以正常工作，后期的测试数据才能够顺利进行。这一个过程也让我回顾了很多本科阶段的电路方面的学习。

经过三年学习的积累，在已经掌握相关专业方面知识及其它各方面知识的情况下，我认真严肃的完成了我的毕业设计。这次毕业设计，从一开始的确定课题，到后来的资料查找、理论学习，再有就是近来的调试和测试过程，这一切都使我的理论知识和动手能力得到很大的加强，可以说是对电路知识的一次全面综合。在通信理论的学习和实际电路的识别、分析以及后来的测试过程中不可避免地遇到各种问题，这要求保持沉着冷静积极地思考，实在解决不了的可以请教同学或指导老师。这次毕业设计还是对我的钻研精神，面对困难的心态，做事的毅力和耐心的考验。我在这个过程中深刻的感受到了做毕业设计的意义所在，和我一样真正投入了身心去做的人也一定会有同样的感触。

为完成这次毕业设计，我复习巩固了所学的电子电路等课程知识，为深入认识当今无线通信的技术及发展，我在图书馆、互连网上查阅了大量的相关知识，并对部分流行的通信类芯片有了一定的了解。并且制作了简易语音对讲系统，通过近三周的测试与调

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试后，测试了对讲机的实际通信距离，以及语音实际传输失真度。得到了部分合理数据，并进行认真的分析，得出结论，基本完成了本次毕业设计任务。不过此款无线对讲系统的研制工作中还存在不足之处有待于进一步研究，比如无线调制解调设备的通信距离较近，优化无线模块没达到更远的通信距离；以及对通信协议的优化，探索一种更合理、更高效的写频技术等都可以提高该调制解调设备的工作效率，以及发射功率。

参考文献

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子研究中心电子部七所

[2] 深圳尚瑞思电子.UHF无线对讲、数传模块串口通信协议 [3] 深圳尚瑞思电子. SR_FRS_1W UHF/VHF无线对讲/数据传输模块

[4] 杨耿煌，陈君，刘东辉.煤矿开采竖井机械传动作业对讲机语音辅助装置[J] 现代科学仪器.天津职业技术师范大学天津市信息传感与智能控制重点实验室 天津 300222 [5] 高吉祥.高频电子线路2版[M].北京:电子工业出版社,2007,1:100～287. [6] 高吉祥.模拟电子技术2版[M].北京:电子工业出版社,2007,1:100～287.

[7] 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程—模拟电子线路设计[M].北京；北京电子工业出

版社，2007,6:147～307.

[8] 樊昌信,曹丽娜著.《通信原理》[M].北京：国防工业出版社，2010:37～158. [9] 中国无线电管理局.无线电通信发展纲要（2009）

[10] 中国无线电管理局.无线电通信频段监控管理/无线电设备功率监管公示（2009）

[11] 韦建超，陈向东，称冠，蔡镔.基于CC1101的无中心数字对讲机设计[J].电子设计工程.2009.西

南交通大学信息科学技术学院 成都 610031

[12] 李进良.我国对讲机市场的混乱情况以及整治建议.中国无线电[J].信息产业部电子科技委员会

（2005/8）

[13] 赤炎，方彦.基于窄带数字通信的调制解调设备.中国无线电[J].中国电子科技无线电工业委员会.

（2005）

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致 谢

四年的大学生活转瞬即逝，一路走来，我收获满囊。我满怀激动的心情向指导我的导师张沛老师表示衷心的感谢，在张老师的精心指导和亲切关怀下，我的论文得以顺利地完成，导师渊博的专业理论知识，严谨的学术作风，精益求精的科学态度为我指明了方向，使我受益匪浅、终身难忘。尤其是导师勤奋的学习精神、正直的做人态度以及对工作忘我的投入和高瞻远瞩，都将是我永远的学习榜样。同时，向母校所有传授过我知识的老师们表示诚挚的谢意，各位老师的悉心讲授和指导，使我获得丰富的基础理论知识，为我做好课题打下了坚实的基础。

在大四最后的毕业设计中我学到了不少专业知识，从对系统硬件设计的理论计算，方案制定以及硬件的调试，让我体会到所学专业的乐趣，同时也体会到先思考后实践的重要性。除此以外我要感谢高吉祥教授在学习上的激情指导，每每让我满怀信心。最后我要感谢系部提供给我们在创新实验室学习和实践的优良环境，和一群优秀的同学聚在一起相互交流，互相探讨，互帮互助，让我专业上的羽翼愈加丰满，对专业更加充满信心。

再次向所有在我成长过程中关心帮助我的人们表示感谢！

最后，衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加论文答辩的各位专家。

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附录：

国家信息产业部关于４００ＭＨｚ频段公众对讲机业务频率规划的通知。信部无［２００１］７９３号。为满足民用短距离无线电对讲机通信业务的需求，规范对讲机频率，有效利用无线电频谱资源，决定在400MHz频段规划公众对讲机使用频率。现就有关事项通知如下：一、公众对讲机技术参数： （一）工作频率（详见图A1） （二）调制方式：F3E

（三）有效发射功率(EIRP)：≤0.5 W （四）发射频率容限： ≤±5 ppm （五）发射机杂散辐射：≤50 uW （六）接收机杂散辐射：≤20 nW

公众对讲机应便于操作，用户可在上述规定的频道范围内人工选取一个频道进行单对单通信或小组对讲通信。

图A1 400MHz频段公众对讲机工作频率

频道序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 注： 中心频率(MHz) 409.7500 409.7625 409.7750 409.7875 409.8000 409.8125 409.8250 409.8375 409.8500 409.8625 频道序号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 中心频率(MHz) 409.8750 409.8875 409.9000 409.9125 409.9250 409.9375 409.9500 409.9625 409.9750 409.9875 14

1:50M-470M已经不是业余段了无线电协会不管，但是无线电管理委员会管。 2:我国民用免照频率是409M-410M段。

3:450M-470M是专业段，目前铁路在用。 450M-470M有照无照都是违法使用。

4:430M-440M是业余段，430M-440M是给我们爱好者的，需要到协会办理入会手续和考试（考四级操作证书）。然后到无管办验机（只有430M-440M的可以通过验机），验机后发电台执照。409.000M~409.990M是民用对讲机频段低于0.5W不用申请。 5:出游紧急手台频率：438.500MHz & 437.900MHz

二、各制造商研制、生产的公众对讲机不允许设置前面板编程操作功能，防止用户用户随意扩展频率范围，修改发射参数。研制、生产、进口、销售和使用公众对讲机须经信息产业部无线电管理局型号核准。

三、使用符合上述技术参数的公众对讲机，免收频率占用费。有关公众对讲机销售、使用的具体管理办法另行发布。

CTCSS/CDCSS（亚音频）加密技术 CTCSS/CDCSS（亚音频）

CTCSS (Continuous Tone Controlled Squelch System)连续语音控制静噪系统，俗称亚音频，是一种将低频频率的频率（67Hz-250.3Hz）附加在音频信号中一起传输的技术。因其频率范围在标准音频以下，故称为亚音频。 CDCSS (Continuous Digital Controlled Squelch System)：

连续数字控制静噪系统，其作用与CTCSS相同，区别在于它是以数字编码方式来作为静音是否开启的条件。

释义：可以统称为亚音频功能，使用该功能可以避免接收不相干的呼叫。 工作原理及使用情景：

当对讲机对接收信号进行中频解调后，亚音频信号经过滤波、整形，输入到CPU中，与本机设定的CTCSS频率进行比较，从而决定是否开启静音。还有一种就是CDCSS(Continuous Digital Controlled Squelch System)，连续数字控制静噪系统，其作用与CTCSS相同，区别在于它是以数字编码方式来作为静音是否开启的条件。要是你的机子接收设置有亚音频，跟你通话的机子发射也加了相应的亚音频,那么当你接收到来自对方设备发送过来的信号，亚音频信号从专用芯片将分离出来后，经过滤波、整形，输入到CPU中，CPU会将外来的亚音频跟本机设置的亚音频对比，要是对应的话，CPU就会发出指令打开静噪，这样你就能听到对方的声音了。也就是所谓的密码正确了。不知道这样比喻合适不合适。要是你的机子接收设置了亚音频，跟你通话的机子发射没有加亚相应的亚音频，或者加了，但亚音频不对应，这样你将不

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能听到他的声音，这是没有收到他的信号吗？不是的．你看你机子的信号指示灯，他是在一闪闪的，这说明你有接收到信号。为什么没有声音呢？原因很简单，因为对方发射过来的信号没有亚音频或者没有相应的亚音频（可以比喻成我们上QQ，没有输入密码或者输入了错误的密码，都不能登陆），CPU将不会发出打开静噪，这时，要是你想听对方的声音的话，可以按下监听键，人为打开静噪，这样就可以听到声音了。当你的机子接收没有设置亚音频，跟你通话的机子发射设置有亚音频，那么他发过来的信号你也同样可以接收到的，但是这时你不但听到对方的说话的声音，还会听到一些：嗜嗜......的频率比较低的噪音，这个声音就是亚音频了。为什么会这样？呵，因为你的无线对讲机没有设置亚音频，当接收到加有亚音频的信号时，亚音频信号没有从音频信号分离出来，将一起被送到音频功放，一起放大出来了。

系统调试图片展示

图A1 电路调试图片

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rs8g.html