CN105515682B - 利用耳机接口实现发射、接收超声波的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用耳机接口实现发射、接收超声波的方法和系统。其中，系统，包括移动终端和超声波收发装置，移动终端上设置有耳机接口和处理器，耳机接口包括左声道端口、右声道端口、麦克风端口和接地端口；处理器将超声波电信号输出给左声道端口或右声道端口，由左声道端口或右声道端口输出给超声波收发装置，超声波收发装置将超声波电信号转换为超声波信号向外发射；超声波收发装置将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给麦克风端口，由麦克风端口输出给处理器，从而利用了耳机接口的麦克风端口和左声道端口或右声道端口实现了超声波收发的功能，在不改变移动终端硬件的前提下增加了移动终端的功能，提高了市场竞争力。

Description

利用耳机接口实现发射、接收超声波的方法和系统

技术领域

本发明涉及移动终端技术领域，特别涉及一种利用耳机接口实现发射、接收超声波的方法和系统。

背景技术

当前，手机的耳机接口作为标配仅仅被用作耳机音频功能，耳机接口具有统一而简单的接口标准、全双工传输能力和易插拔的特性使其具备良好的通信能力，耳机接口可充当其它外设与手机的接口，扩展手机的功能，使更多可选非标配功能模块连接到手机上，而不占用手机自身的空间，可开发成满足用户的个性化需求的附件产品。

由于人耳听觉限制，传统的手机几乎不关注超声波频段的声音，超声波在手机上的应用几乎空白。实际上，超声波作为一种人耳听不到的声音，自身拥有众多优点，在我们日常生活中应用非常广泛。

超声波具有波长短、能量高、定向性好、穿透能力强、可用于测距、测速、切割、清洗、杀菌、驱虫害等，广泛应用于医学、军事、工农业等领域。如果能将超声波收发运用至移动终端上，将是移动终端领域的一大进步。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种利用耳机接口实现发射、接收超声波的方法和系统，能利用移动终端的耳机接口配合外部超声波收发装置实现超声波收发功能。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统，包括移动终端和超声波收发装置，所述移动终端上设置有耳机接口和处理器，所述耳机接口包括左声道端口、右声道端口、麦克风端口和接地端口；所述处理器将超声波电信号输出给左声道端口或右声道端口，由左声道端口或右声道端口输出给超声波收发装置，所述超声波收发装置将超声波电信号转换为超声波信号向外发射；所述超声波收发装置将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给麦克风端口，由麦克风端口输出给处理器。

所述的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统中，所述处理器包括ADC处理单元和DAC处理单元，所述ADC处理单元用于将超声波模拟电信号转换为超声波数字电信号，所述DAC处理单元用于将超声波数字电信号转换为超声波模拟电信号。

所述的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统中，所述超声波收发装置包括超声波发生器和第一放大模块；所述第一放大模块用于将左声道端口或右声道端口输出的超声波电信号放大，所述超声波发生器用于将放大后的超声波电信号转换为超声波信号向外发射。

所述的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统中，所述第一放大模块包括：第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第一电阻和第二电阻；所述第一反相器的输入端、第二反相器的输入端、第三反相器的输入端与左声道端口或右声道端口电连接，第一反相器的输出端连接第四反相器的输入端和第五反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接第三反相器的输出端和超声波发生器的第2端、也通过第二电阻连接VCC供电端，所述第四反相器的输出端连接第五反相器的输出端和超声波发生器的第1端、也通过第一电阻连接VCC供电端。

所述的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统中，所述超声波收发装置包括超声波接收器和第二放大模块；所述超声波接收器用于将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给第二放大模块，所述第二放大模块用于将超声波电信号放大输出麦克风端口。

所述的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统中，所述第二放大模块包括：运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容和第二电容；所述运算放大器的负输入端通过第三电阻连接第一电容的一端、也通过第二电阻连接运算放大器的输出端，第一电容的另一端连接超声波接收器的第1端，超声波接收器的第2端接地，所述运算放大器的正输入端连接第五电阻的一端和第六电阻的一端、也通过第二电容接地，第五电阻的另一端，第六电阻的另一端连接VCC供电端。

所述的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统中，所述移动终端还包括滤波模块和整形模块，所述滤波模块用于将放大的超声波电信号进行滤波处理，所述整形模块用于对超声波电信号进行整形，降低超声波信号失真。

一种利用移动终端的耳机接口实现发射超声波的方法，超声波收发装置与移动终端的耳机接口电连接，其包括如下步骤：

移动终端的处理器将超声波电信号输出给耳机接口的左声道端口或右声道端口；

由左声道端口或右声道端口输出给超声波收发装置；

由所述超声波收发装置将超声波电信号转换为超声波信号向外发射。

一种利用移动终端的耳机接口实现接收超声波的方法，超声波收发装置与移动终端的耳机接口电连接，其包括如下步骤：

所述超声波收发装置将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给麦克风端口；

由麦克风端口输出给处理器。

相较于现有技术，本发明提供的利用耳机接口实现发射、接收超声波的方法和系统，由处理器将超声波电信号输出给左声道端口或右声道端口，由左声道端口或右声道端口输出给超声波收发装置，由所述超声波收发装置将超声波电信号转换为超声波信号向外发射；所述超声波收发装置将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给麦克风端口，由麦克风端口输出给处理器，从而利用了耳机接口的麦克风端口和左声道端口或右声道端口实现了超声波收发的功能，在不改变移动终端硬件的前提下增加了移动终端的功能，提高了市场竞争力。

附图说明

图1为本发明提供的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统的结构框图。

图2为本发明提供的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统的收发超声波的示意图。

图3为本发明提供的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统中超声波收发装置的超声波发射部分的电路图。

图4为本发明提供的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统中超声波收发装置的超声波接收部分的电路图。

图5为本发明提供的利用移动终端的耳机接口实现发射超声波的方法的流程图。

图6为本发明提供的利用移动终端的耳机接口实现接收超声波的方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种利用耳机接口实现发射、接收超声波的方法和系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，本发明提供的利用移动终端10的耳机接口实现超声波收发的系统，包括移动终端10和超声波收发装置，所述移动终端10上设置有耳机接口和处理器11，以手机为例，手机上广泛使用3.5mm四段耳机接口，其接口简单，包括左声道端口L、右声道端口R、麦克风端口M和接地端口G。其中，左声道端口L、右声道端口R为输出声道，麦克风端口M为输入声道。

虽然耳机接口传输的是声音媒介，但从本质上来看，其为一定频率范围的电信号，与普通的电信号没有本质上的差异，因此只要满足接口标准，其也可作为相关电信号的传输接口使用。人耳的听觉频率范围通常为20HZ~20KHZ，处于该频率范围内的声波为可闻声，低于20HZ的声波为次声波，高于20KHZ的声波为超声波，次声波和超声波均不可被人耳觉察。

本发明利用移动终端10自带的耳机接口配合外部的超声波收发装置实现超声波接收与发射。所述的超声波收发装置通过音频线与耳机接口插接，也可直接与耳机接口插接，所述处理器11可以是移动终端10的电源管理芯片等。

在进行超声波发射时，由所述处理器11将超声波电信号输出给左声道端口L或右声道端口R，由左声道端口L或右声道端口R输出给超声波收发装置，由所述超声波收发装置将超声波电信号转换为超声波信号向外发射。在接收超声波信号时，由所述超声波收发装置将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给麦克风端口M，由麦克风端口M输出给处理器11。

请继续参阅图1和图2，所述处理器11包括ADC处理单元101和DAC处理单元102，所述ADC处理单元101用于将超声波模拟电信号转换为超声波数字电信号，所述DAC处理单元102用于将超声波电数字信号转换为超声波模拟电信号。具体地，所述ADC处理单元101和DAC处理单元102的最大采样率均为48KHZ，其能无失真保留和还原原始信号的频率范围为<24KHZ，其能处理的超声波信号频率为20KHz-24KHz，满足超声波信号采样要求。

如图1、图2所示，手机端上行硬件电路虽然能直接输出超声波电信号，但是该电信号较弱，要使超声波发送得更远，需要在外设对超声波电信号进行功率放大，因此，所述超声波收发装置包括超声波发生器201和第一放大模块202；所述第一放大模块202用于将左声道端口L或右声道端口R输出的超声波电信号放大，所述超声波发生器201用于将放大后的超声波电信号转换为超声波信号向外发射。

所述超声波收发装置包括超声波接收器203和第二放大模块204；所述超声波接收器203用于将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给第二放大模块204，所述第二放大模块204用于将超声波电信号放大输出麦克风端口M。

本实施例中，所述超声波发生器201的发射频率为20.5KHz-23.5KHz，超声波接收器203的接收频率为20.5KHz-23.5KHz。

请一并参阅图3，所述第一放大模块202包括：第一反相器U1、第二反相器U2、第三反相器U3、第四反相器U4、第五反相器U5、第一电阻R1和第二电阻R2。所述第一反相器U1的输入端、第二反相器U2的输入端、第三反相器U3的输入端与左声道端口L或右声道端口R电连接，第一反相器U1的输出端连接第四反相器U4的输入端和第五反相器U5的输入端，所述第二反相器U2的输出端连接第三反相器U3的输出端和超声波发生器201的第2端、也通过第二电阻R2连接VCC供电端，所述第四反相器U4的输出端连接第五反相器U5的输出端和超声波发生器201的第1端、也通过第一电阻R1连接VCC供电端。

请一并参阅图4，所述第二放大模块204包括：运算放大器U6、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1和第二电容C2。所述运算放大器U6的负输入端通过第三电阻R3连接第一电容C1的一端、也通过第二电阻R2连接运算放大器U6的输出端，第一电容C1的另一端连接超声波接收器203的第1端，超声波接收器203的第2端接地，所述运算放大器U6的正输入端连接第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端、也通过第二电容C2接地，第五电阻R5的另一端，第六电阻R6的另一端连接VCC供电端。

进一步地，所述移动终端10还包括滤波模块和整形模块，所述滤波模块用于将放大的超声波电信号进行滤波处理，所述整形模块用于对超声波电信号进行整形，降低超声波信号失真。滤波模块和整形模块为移动终端10现在的硬件电路，本发明利用移动终端10自带的滤波电路和整形电路，在不增加硬件成本前提下，实现了超声波的接收与发射的功能。

本发明还提供一种利用移动终端的耳机接口实现发射超声波的方法，所述超声波收发装置与移动终端的耳机接口电连接，如图5所示，所述的方法包括如下步骤：

S101、移动终端的处理器将超声波电信号输出给耳机接口的左声道端口或右声道端口；

S102、由左声道端口或右声道端口输出给超声波收发装置；

S103、由所述超声波收发装置将超声波电信号转换为超声波信号向外发射。具体请参阅上述系统对应的实施例。

本发明还相应提供一种利用移动终端的耳机接口实现接收超声波的方法，超声波收发装置与移动终端的耳机接口电连接，如图6所示，所述的方法包括如下步骤：

S201、所述超声波收发装置将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给麦克风端口；

S202、由麦克风端口输出给处理器。具体请参阅上述系统对应的实施例。

综上所述，本发明提供的利用耳机接口实现发射、接收超声波的方法和系统，由处理器将超声波电信号输出给左声道端口或右声道端口，由左声道端口或右声道端口输出给超声波收发装置，由所述超声波收发装置将超声波电信号转换为超声波信号向外发射；所述超声波收发装置将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给麦克风端口，由麦克风端口输出给处理器，从而利用了耳机接口的麦克风端口和左声道端口或右声道端口实现了超声波收发的功能，在不改变移动终端硬件的前提下增加了移动终端的功能，提高了市场竞争力。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统，其特征在于，包括移动终端和超声波收发装置，所述移动终端上设置有耳机接口和处理器，所述耳机接口包括左声道端口、右声道端口、麦克风端口和接地端口；所述处理器将超声波电信号输出给左声道端口或右声道端口，由左声道端口或右声道端口输出给超声波收发装置，所述超声波收发装置将超声波电信号转换为超声波信号向外发射；所述超声波收发装置将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给麦克风端口，由麦克风端口输出给处理器；

所述超声波收发装置包括超声波发生器和第一放大模块；所述第一放大模块用于将左声道端口或右声道端口输出的超声波电信号放大，所述超声波发生器用于将放大后的超声波电信号转换为超声波信号向外发射；

所述超声波收发装置包括超声波接收器和第二放大模块；所述超声波接收器用于将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给第二放大模块，所述第二放大模块用于将超声波电信号放大输出麦克风端口。

2.根据权利要求1所述的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统，其特征在于，所述处理器包括ADC处理单元和DAC处理单元，所述ADC处理单元用于将超声波模拟电信号转换为超声波数字电信号，所述DAC处理单元用于将超声波数字电信号转换为超声波模拟电信号。

3.根据权利要求1所述的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统，其特征在于，所述第一放大模块包括：第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第一电阻和第二电阻；所述第一反相器的输入端、第二反相器的输入端、第三反相器的输入端与左声道端口或右声道端口电连接，第一反相器的输出端连接第四反相器的输入端和第五反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接第三反相器的输出端和超声波发生器的第2端、也通过第二电阻连接VCC供电端，所述第四反相器的输出端连接第五反相器的输出端和超声波发生器的第1端、也通过第一电阻连接VCC供电端。

4.根据权利要求1所述的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统，其特征在于，所述第二放大模块包括：运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容和第二电容；所述运算放大器的负输入端通过第三电阻连接第一电容的一端、也通过第二电阻连接运算放大器的输出端，第一电容的另一端连接超声波接收器的第1端，超声波接收器的第2端接地，所述运算放大器的正输入端连接第五电阻的一端和第六电阻的一端、也通过第二电容接地，第五电阻的另一端，第六电阻的另一端连接VCC供电端。

5.根据权利要求1所述的利用移动终端的耳机接口实现超声波收发的系统，其特征在于，所述移动终端还包括滤波模块和整形模块，所述滤波模块用于将放大的超声波电信号进行滤波处理，所述整形模块用于对超声波电信号进行整形，降低超声波信号失真。

6.一种利用移动终端的耳机接口实现发射超声波的方法，超声波收发装置与移动终端的耳机接口电连接，其特征在于，包括如下步骤：

移动终端的处理器将超声波电信号输出给耳机接口的左声道端口或右声道端口；

由左声道端口或右声道端口输出给超声波收发装置；

由所述超声波收发装置将超声波电信号转换为超声波信号向外发射；

其中，所述超声波收发装置包括超声波发生器和第一放大模块；所述第一放大模块用于将左声道端口或右声道端口输出的超声波电信号放大，所述超声波发生器用于将放大后的超声波电信号转换为超声波信号向外发射；

所述超声波收发装置包括超声波接收器和第二放大模块；所述超声波接收器用于将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给第二放大模块，所述第二放大模块用于将超声波电信号放大输出麦克风端口。

7.一种利用移动终端的耳机接口实现接收超声波的方法，超声波收发装置与移动终端的耳机接口电连接，其特征在于，包括如下步骤：

所述超声波收发装置将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给麦克风端口；

由麦克风端口输出给处理器；

其中，所述超声波收发装置包括超声波发生器和第一放大模块；所述第一放大模块用于将左声道端口或右声道端口输出的超声波电信号放大，所述超声波发生器用于将放大后的超声波电信号转换为超声波信号向外发射；

所述超声波收发装置包括超声波接收器和第二放大模块；所述超声波接收器用于将接收的超声波信号转换为超声波电信号输出给第二放大模块，所述第二放大模块用于将超声波电信号放大输出麦克风端口。