一种无线传感网络的语音会议系统设计

摘要：设计了一种基于ZigBee传输的无线传感网络结构的语音会议系统。每个话筒作为无线传感网络的一个节点，所有话筒组成一个无线传感网络。话筒的声音数据通过ZigBee传输上传到汇聚节点，汇聚节点再转发到扩声系统。此设计有效地解决传送距离过远和部分死角位置无法传送的问题。

引言

在一些多人参与的会议中，尤其是大型会议，需要相当数量的话筒确保与会者的发言需求。一般做法是使用有线设备将各个话筒手拉手串联起来，再连接到汇聚节点，最后接入音箱或者扩声系统。当与会人员数量较大时，布线工作会非常复杂，尤其是在一些临时会议场所，会大大提高工作量。此时如果使用无线话筒，由于话筒数量有限，无法做到人手一个话筒，既耽误时间，也浪费人力传递话筒，导致会议效果较差。

而无线传感网络的优点刚好可以弥补了常规做法的不足，可以将每个与会者使用的话筒作为一个无线传感网络的节点，每个话筒通过无线传感网络上传声音数据至汇聚节点，汇聚节点再将声音数据发送到扩声系统。同时，由于无线传感网络的数据传输是双向的，可以将汇聚节点发送的数据准确传递到每个节点，用此功能可以实现需要同声传译的会议系统中。将翻译人员使用的话筒作为一个节点加入系统中，这样翻译人员的声音数据就发送到每个与会者的话筒中，与会者可以通过耳机选择一路频道进行收听。由于每个节点之间是对等网络，可以相互传递数据，这样可以有效解决部分节点因为和汇聚节点相距太远，或者有障碍物阻塞而导致无法上传声音信号的问题。

1 无线传感网络简介和特点

无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知、采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。

无线传感网络有以下几个特点：

①在无线传感器网络中不存在严格的控制中心，整个无线传感网络是一个对等式网络，网络中的每个节点都可以随时加入或离开网络。

②网络的布设和展开不需要依赖于其他预设的网络设施，节点可以通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点启动后可以快速、自动地组成一个独立的无线网络。

③无线传感器网络中没有专门的路由设备。节点的多跳路由是由普通网络节点完成的，每个节点既可以发送信息，又可以转发信息，可以有效避免部分节点无法与路由通信的问题。

④无线传感器网络是一个动态的网络，节点可以随处移动，既可以因为某种原因退出网络运行，也可以由于某种原因新加入到网络中。网络结构可以动态变化，非常灵活。

2 系统结构设计

系统结构图如图1所示。每个与会者的话筒作为无线传感网络的一个节点，如图1中左边的圆形示意图，每个节点可以直接和汇聚节点通信，部分节点(可能因为距离过远或者被障碍物阻挡)无法直接和汇聚节点通信，可以通过其他中间节点(图中黑色节点)转发而间接与汇聚节点通信，甚至经过多级子节点的路由最后到汇聚节点。

汇聚节点将子节点发送过来的声音信号经过音频解码后传输到扩声系统。同时，当部分会议系统需要同声传译时，系统中还会存在同声传译的子节点，同声传译节点作为一个特殊的子节点，将翻译数据直接发送给汇聚节点，再由汇聚节点转发给各个子节点。子节点根据用户的需求选择对应的语言，受到ZigBee的带宽限制，能支持同声传译的通道数目是有限制的。

3 子节点的硬件设计

子节点的硬件设计如图2所示。上行通道中，声音首先经过麦克风转换为电信号，然后进行A/D采样，上传给CPU再转发给音频编码，编码后回传给CPU，最后通过无线传输网络ZigBee传送给汇聚节点;下行通道刚好相反，无线传感网络将汇聚节点下发的数据经过CPU给音频解码部分，完成解码后CPU再次转发给DAC进行数模转换，最后经过信号放大以后输出到耳麦。各个系统的节点通过电池供电，这样可以方便每个节点的任意移动，增加系统的灵活性。

3.1 CPU、无线接收模块和音频编码模块的实现

该部分选用了美国CEL公司的MeshConnectTM系列ZICM2410模块，其内核芯片ZICM2410是一个真正的单芯片解决方案，遵从ZigBee规范和IEEE 802.15.4标准，它由一个含有基带MODEM的射频收发器、硬连线的MAC和内嵌8051内核的微控制器(带有内部Flash存储器)组成，包括多个通用I/O引脚、定时器、UART，SPI等，以及硬件语音编解码器。独有的I2S/SPI/UART音频输入/输出接口，结合其扩展的500 kbps或1 Mbps的无线传输速率，可以满足广大的无线语音应用。该芯片具有集成度高、外设接口丰富、