CN100361399C - 调频无线传输室外音响系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到采用微波频段传送音频信号的室外音响系统，发射部份包括音频处理器、滤波器、立体声复合处理器、超高频发射器、自动增益控制器、微电控制器、直流稳压电源构成，接收部份包括超高频接收器、滤波器、音频处理器、音量控制器、噪声控制器、音频功率放大器、直流稳压电源等电路组成。采用微电脑控制立体声复合处理器，向超高频发射模块提供高质量的音频信号，接收部分使用低电压高性能的B类音频功率放大器提供高品质的音乐输出。工作性能稳定、抗干扰能力强，可以广泛应用于需要高保真传输系统的场合，如大厅、室外、阳台、亭园、别墅、露天音乐会等等场地。

Description

调频无线传输室外音响系统

技术领域

本发明涉及到使用微波频段传送音频信号，以及应用最新的频率合成技术(PLL)稳频，并采用微电脑控制工作，实现室外音频传输从有线到无线的转变。

背景技术

“需要”是发明的源泉！据了解，目前全世界已有多家厂商进行短距离无线传输技术的研发，包括摩托罗拉、Intel、德州仪器、欧共体以及日韩一些厂商已推出短距离无线传输产品，并都认同短距离无线传输技术将成为下一阶段的发展主流，未来将是短距离无线传输技术的市场。况且目前室外音响的音频信号传输方式全都是采用有线方式在传输，即先要在地面上铺埋音频线，再通过音频线将功率放大器接入室外音箱，室外音箱里的喇叭才能工作，导致费力又费时，且移动也不方便，还要防止音频线的腐蚀和老化破裂给人身造成伤害。所以研发调频无线传输室外音响系统，是一种与其它无线传输技术有很大不同的无线通信技术，它应具有系统简单、成本低、功耗小等优点。它把各音响系统播放的音频信号不同传输线即可无障碍的进行传输。

发明内容

本发明的目的是：针对目前室外音响的音频信号传输方式过于繁琐，且移动不方便，而设计的一种安装方便、使用简单且可以自由移动，省电、工作稳定、失真小，输出的音质保真度高，且在室外无论任何环境下都能正常使用的室外音响系统。

本发明所采用的设计方案是：调频无线传输室外音响系统，它由信号发射部分、信号接收部分和电源部分组成，信号发射部分包括音频处理器、滤波器、立体声复合处理器、超高频发射器；信号接收部分包括超高频接收器、19KHz滤波器、音频处理器、音量控制器、噪声控制器和音响传输电路；其特征在于：立体声复合处理器的一输出端接入自动增益控制器，自动增益控制器的输出端接入微电脑控制器，微电脑控制器的输出端与超高频发射器的一输入端相连接；音响传输电路由接于音量控制器输出端的音频功率放大器和接于音频功率放大电路输出端的同轴扬声器组成。

无线传输可用于短距离音频传输，但要做到噪声小、频率漂移小、人体干扰小是很难克服的技术难点；按上述技术方案采用调频方式利用微波频段传送音频信号的室外音响系统，其发射部分利用微电脑控制立体声复合处理器，向超高频发射模块提供向空中发射高质量的音频调频信号。接收部分使用高性能的B类音频功率放大器，并用经特殊防水处理的同轴喇叭提供高品质的音乐输出。它内部集成了天线放大、混频、AGC、中频放大鉴频以及高性能的B类音频功率放大器，同时内部还提供了静噪功能电路等。使接收音质比普通晶振发射电路明显优越，能连续24小时工作，频率飘移仅0.007MHz，6W输出时效率可达75％且频率对电压的波动及人体感应不敏感，并且用4节AA电池供电，使负载4欧姆的同轴喇叭可以连续工作8小时。是无线传输领域中一个质的飞跃和突破。

附图说明

图1为本发明发射部分的设计方框图。

图2为本发明接收部分的设计方框图。

图3为本发明发射部分的电路图。

图4为本发明接收部分的电路图。

图5为本发明PIC→EMC控制程序图。

图中IC1和IC5为音频处理芯片，IC2为立体声音频信号处理芯片(选用BA1404)，IC3为微电脑集成芯片(选用EM78P156E)，IC4和IC6稳压芯片，IC7为音频功率放大芯片。

具体实施方式

本调频无线传输室外音响主要由音频信号发射部分和音频信号接收部分组成，参看图1、图2所示。其发射部分主要包括音频处理器1、滤波器2、立体声复合处理器3、超高频发射器4、自动增益控制器5、微电脑控制器6，12V、8V直流稳压电源8、7构成。其接收部分主要包括超高频接收器9、19KHz滤波器10、音频处理器11、音量控制器12、噪声控制器13、音频功率放大器14、直流稳压电源15等电路组成。

以下结合附图对实施方式进行详细说明：

音频处理器1：由VR2A与电阻R2，电容C2，集成芯片IC1，VR2B与电阻R3，电容C1，集成芯片IC5组成；音频信号经VR2可调电位器改变其输入电平后通过C2藕合到IC1音频处理芯片10脚，经IC1及IC5音频处理芯片内部处理后通过11脚输出；

滤波器2：由磁线圈L1，电阻R7，电容C11、C12、C15和磁线圈L2、电阻R8、电容C13、C14、C17组成低通滤波网络，防止出现蜂音和声道分离度恶化，以提高输入IC2音质的清晰度。

立体声复合处理器3：由电容C16、C18、C19、C21，电阻R11、R12，电位器VR1、芯片IC2、晶振Y1、电容C25组成。IC2芯片内部由立体声调制器、频率调制器等部分组成。C16、R11和C18、K12组成50μS预加重网络，是为了使发射的频率特性与接收的频率特性保持一致。C21、C19和C22组成信号匹配网络。VR1是进一步提高立体声信号的分离度。Y1、C24、C25与IC2的4、5、6脚内部电路组成38KHz振荡器，产生38KHz信号经缓冲放大后分别供给混合器和1/2分频器，38KHz信号经分频器得到一个19KHz的导频信号从13输出，通过C27、R15、R29送入超高频发射模块UHF-F的1脚。

超高频发射器4：内部由两级超高频放大器和天线ANT及外围电容C50、C51，电阻R30、R31组成，是为了保证立体声信号有足够的传输距离，C50、C51旁路电容，以滤出无用的高频干扰成份。

自动增益控制器5：由用三极管Q2、电容C28、C32、C33，电阻R16、R17组成的一级放大，用三极管Q3、二极管D3、D4、电阻R18、R19组成的二级放大，以及IC3单片机1脚共同组成。当IC2的14输出电压偏高时，通过C28将信号藕合到R16取样电阻上，R17、C33的作用是稳定Q2的工作点，经Q2初步放大后通过C32、D4、D3组成的箝位电路加在Q3的B极，通过Q3放大后驱动单片机IC3的1脚；以达到输出的电平是始终处于自动控制状态；

微电脑控制器6：由单片机IC3与外围电阻R21、R22、R23、R25、R26组成，它是CMOS型8位单片微控制器，它具高速度、功耗低特性，其内部设有门限、RAM、ROM、SLEEP模式及双向三态I/O接口等。它通过编程设备编入PIC→EMC程序后，利用立体声复合处理器3和自动增益控制器5配合IC3内的控制程序进行工作的。当IC3的1脚输入高电平时，IC3内部程序控制开始工作，它通过两个I/O口控制电平的翻转来对自动增益控制器进行控制，让单片机IC3将信号电平自动调整到稳定状态后，通过与IC3的14脚相连的R23、C46、R28、R29控制IC2向超高频发射模块UHF-F的1脚输入信号(因此时14脚处于低电位)，让超高频发射器通过天线向空中发射出频率稳定的(无干扰的)高频信号，当无信号输入时整个电路处于待机状态下，通过编入IC3的程序使其17、18脚与UHF、IC2的13、14脚相互起控，让IC2不向超高频发射模块UHF输入信号，达到静音功能。

12V、8V直流稳压电源(8、7)：由二极管D1，磁感应器B4，集成芯片IC4，电容C38、C39、C40、C41组成，D1防止电源正负极性插反而损坏整个电路上的元件；B4是滤出电网的干扰波；C39、C38、C40、C41组成电源滤波网络。IC4为8V三端串联型稳压集成电源，为整个发射电路提供稳定的电能。

超高频接收器9：由超高频接收模块UHF-J、天线耦合C201、本机晶振Y2O1、Y2O2，电容C202、C203、开关2SW组成，C201将天线接收到的超高频信号藕合进超高频接收模块进行选频，接收模块UHF-J的6脚本振压控振荡器与Y2O1、Y2O2、C202、C203、2SW组成选频网络，以便与发射出的高频信号同频道进行接收。通过超高频接收模块内部进行高放后从接收模块UHF-J的2、3脚输出第一中频的频率。

19KHz滤波器10：由三极管Q201、感应线圈L201、电阻R205、电容C214、C213、C212、C215组成，Q201为限幅放大，电容C214、C213、C212、C215、感应线圈L201、电阻R205进行中频滤波，提高了信号的选择性。

音频处理器11：由集成IC6、电容C221、电阻R207、R208组成，C221将前级输出的中频信号藕合进IC6音频处理芯片，进行内部正交鉴频处理后从4脚输出；

音量控制器12：由电容C222、C225，电位器VR1组成，此电路主要保持从IC2输出的信号电压保持衡定，VR1为串联分压的作用，C226是防止自激。

噪声控制器13：由三极管Q202，电阻R209、R210与UHF-J的5脚构成，静噪电路起到射频检测的作用，检出高性能的音频信号输入到音频功率放大器IC7的8脚进行功率放大，为喇叭提供满功率的音频信号；

音频功率放大器14：音频功率放大器芯片IC7内部由两级B类音频放大电路及外围电阻R213、R211、R215、R212，电容C232、C229、C230、C231、C235组成。R213是功放输入端的阻抗电阻，起网络匹配的作用。R212与C235为功放自举电路，使其功放输出有足够大的音频电流。C232、R215可改变功放的放大灵敏度，使其功放输出有足够高的工作效率。C228、C229为功放频率补偿电容，提高了功放输出的频率响应，以达到输出的音频信号是保真度极高的音频信号。为适应室外复杂的环境条件音响器材多选用防潮处理的同轴扬音器例如4欧姆的同轴喇叭。

直流稳压电源15：由电容C239、C238、C236，集成芯片IC8组成，C239、C238、C236组成电源整流滤波网络。IC8为5V三端串联稳压集成电源，直流电源可选用4节AA电池，为整个接收部份提供稳定的电能。

以下结合附图3、4和图5描述本发明的工作过程。

立体声复合处理器和超高频发射器及微电脑控制器是整个调频无线传输室外音响的核心部分。立体声音频信号经音频信号处理芯片电路IC1通过低通滤波器网络L1、L2，R7、R8，C11、C12、C15，C13、C14、C17，选出音频信号送入复合处理器芯片IC2，IC2是由FM立体声混合器、38KHz振荡器、FM调制器和高频放大器组成的调频立体声发射专用集成电路。由图3所示，来自音源的立体声信号由电位器VR2调节适当幅度后，分别由各自的RC网络组成的预加重电路和匹配网络耦合到IC2的1、18脚，经放大、平衡调制等处理后进入FM立体声混合器，产生一个由L+R主信号和L-R的副信号组成的立体声复合信号经缓冲放大后从14脚输出；IC2的4、5、6脚的外部分立元件与内部电路组成38KHz振荡器，它产生38KHz信号经缓冲放大后分别供给混合器和1/2分频器，38KHz信号经分频器得到一个19KHz的导频信号从13脚输出，进入超高频发射模块UHF-F以获得向空中辐射最大输出。

IC3为微电脑控制器，它1脚通过数字编码程序与D3、D4、Q2、Q3组成的自动增益控制电路，并与IC2的14脚相互控制，以保证立体声音频信号进行高保真无干扰不失真的传输。由于IC3的程序存储器的容量为1K，因而可以将多种功能程序放在同一片OTP芯片中，工作时再从芯片的I/O口管理判断应执行的功能段。这样可以提高利用率和加快IC3芯片的反应速度。

当整个电路开始工作时，参见图5，IC3芯片的寄存器地址开始进入初始化状态，IC3芯片的1(P52)、2(P53)脚同时进入检控状态；IC3芯片的8(P62)、9(P63)脚同时也交替产生一个40KHZ的方波信号，此时芯片内的20uS也开始计数，如果产生的40KHZ的方波信号频率与20mS的频率周期时间一致，则IC3芯片的1(P52)脚就处于低电位，立体声复合处理芯片IC2便向超高频发射器输送信号；如果1C3芯片的1(P52)、2(P53)脚处于高电位，则40KHZ的方波信号频率与20uS的频率周期时间不一致，IC3芯片的17(P50)、18(P51)脚就交替输出一个40KHZ的方波信号去进行控制超高频发射器向空中发送信号；待IC3芯片自动调整到稳定状态后，立体声复合处理芯片IC2便又向超高频发射器输送信号。

音频接收部分见图4所示，超高频接收模块UHF-J第7脚将音频信号进行选频进入第一次混频、本振后由第2脚压控振荡器输入C207、C208、C206、C209，Q201限幅放大后，经L201、C214、R205组成的中频滤波网络，提高了信号的选择性后，进入音频处理芯片IC6的5脚，并完成正交鉴频，信号经IC6内部的高通滤波器处理后通过4脚输出到VR1进行音量控制，由Q202、R209、R210和超高频接收模块UHF-J的第5引脚组成噪声控制器，静噪电路起到射频检测的作用，检出的高性能的音频信号从音频功率放大芯片IC7的8脚输入后经音频功率放大器产生两级放大、相位补偿后产生出大电流和高电压的音频信号经集成功放电路的第12脚输出，让喇叭发出高清晰、失真度小的音频声响。

Claims (7)

1、调频无线传输室外音响系统，它由信号发射部分、信号接收部分和电源部分组成，信号发射部分包括音频处理器(1)、滤波器(2)、立体声复合处理器(3)、超高频发射器(4)；信号接收部分包括超高频接收器(9)、19KHz滤波器(10)、音频处理器(11)、音量控制器(12)、噪声控制器(13)和音响传输电路；其特征在于：立体声复合处理器(3)的一输出端接入自动增益控制器(5)，自动增益控制器(5)的输出端接入微电脑控制器(6)，微电脑控制器(6)的输出端与超高频发射器(4)的一输入端相连接；音响传输电路由接于音量控制器(12)输出端的音频功率放大器(14)和接于音频功率放大器(14)输出端的同轴扬声器组成。

2、根据权利要求1所述的调频无线传输室外音响系统，其特征是微电脑控制器(6)由单片机IC3及外围元件组成，IC3内部设有门限、RAM、ROM、SLEEP模式及双向三态I/O接口，其中两个I/O口控制电平翻转以对自动增益电路控制。

3、根据权利要求1或2所述的调频无线传输室外音响系统，其特征是自动增益控制器(5)由用三极管Q2、电容C28、C32、C33，电阻R16、R17组成的一级放大，用三极管Q3、二极管D3、D4、电阻R18、R19组成的二级放大，以及IC3单片机1脚共同组成。

4、根据权利要求1所述的调频无线传输室外音响系统，其特征是超高频接收器(9)由集成接收模块UHF-J、天线耦合C201、本机晶振Y2O1、Y2O2，电容C202、C203和开关2SW组成。

5、根据权利要求1所述的调频无线传输室外音响系统，其特征是19KHz滤波器(10)由三极管Q201、感应线圈L201、电阻R205、电容C214、C213、C212、C215组成。

6、根据权利要求1所述的调频无线传输室外音响系统，其特征是音频功率放大器(14)由音频功率放大器芯片IC7内部的两级B类音频放大电路及外围电阻R213、R211、R215、R212，电容C232、C229、C230、C231、C235组成。

7、根据权利要求1所述的调频无线传输室外音响系统，其特征是接于音频功率放大电路(14)输出端的同轴扬声器为经防潮处理的4欧姆同轴喇叭。

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