CN112565135A - 一种声波调频通信系统及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种声波调频通信系统及通信方法，包括发射端和接收端，采用12000Hz和8000Hz的声音频率作为载波，采用调频的方式进行通信，发射端具有编码调制模块和扬声器模块；接收端具有相应的解码模块。所述通信方法的具体的步骤为：首先，在发射端对待发送的数据进行编码，调用声卡驱动播放编码数据，产生调制的声音信号，通过扬声器发出；然后，在接收端对接收到的调制信号进行解码，依次滤波、放大，通过AD转换器采样，将电信号转化为数字信号。利用手机的音频功放开发了一种基于声波的通信方式，即将信息调制到声音频率上进行传输的方式，该方式不仅使用方便而且节约成本。

Description

一种声波调频通信系统及其通信方法
技术领域
本发明属于智能设备通信领域，具体涉及一种声波调频通信系统及其通信方法。
背景技术
在城镇化、小区化、智能化的趋势下，物联网智能家居市场潜力巨大。目前，与发达国家相比，我国的城镇化比例依然较低，我国的城镇化率依然有上升空间。我国积极推进城镇化进程，引导人口合理有序流动，进一步加强城市基础设施建设，提升城市综合承载能力，城镇化水平进一步提高。因此智能家居不管是在物联网的大潮下、还是在智慧城市的建设中都有着广阔的前景，蕴含着巨大的市场潜力。
目前的物联网技术是一项比较火热的技术，基于物联网的智能家居，正朝着具备无线远程控制、多媒体控制、高速数据传输等功能的方向发展，其关键技术为兼容性强的家庭控制器和满足信息传输需要的家庭网络。目前，传输网络多采用综合布线技术，限制了系统的应用场所，而且费用较高。采用无线方式构建灵活便捷的智能家居系统，成为当前的研究热点。
然而，在智能家居的领域多采用红外、蓝牙、WIFI的数据传输方式，这种方式在应用的过程中具有很多优点，但是在新设备入网的配置过程中，确存在诸多不便利之处，入网配置时，采用点对点的方式，发送端须断开与联网设备的连接，才能够对新设备进行配置，这样，就会存在配置效率低、容易出现错误的问题。新的智能电器在配置过程中，不仅不方便而且增加设备成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种声波调频通信系统及其通信方法，解决了现有技术中智能电器在配置过程中不方便及成本高的问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种声波调频通信系统，包括发射端和接收端，采用12000Hz和8000Hz的声音频率作为载波，采用调频的方式进行通信，发射端具有编码调制模块和扬声器模块；接收端具有相应的解码模块。
所述发射端为手持操作终端，操作终端上安装APP，通过在APP界面输入配置数据，然后后台进行编码调制成声音信号，通过扬声器发出；所述接收端为具有解码模块的智能终端，接收到编码调制后的声音信号后，对接收到的数据进行滤波、放大、AD转换，然后解码成智能终端的配置数据后，对智能终端进行设置。
声波调频通信系统的通信方法，采用12000Hz和8000Hz的声音频率作为载波，采用调频的方式进行通信，具体的步骤为：
首先，在发射端对待发送的数据进行编码，调用声卡驱动播放编码数据，产生调制的声音信号，通过扬声器发出；
然后，在接收端对接收到的调制信号进行解码，依次滤波、放大，通过AD转换器采样，将电信号转化为数字信号。
所述的编码方式如下：
将m个周期高频信号编码为“1”，将n个周期低频信号编码为“0”，在一个编码周期内，发送m个高频信号或n个低频信号，其中，m、n均为正整数，高频为12000Hz，低频为8000Hz。
发送m个高频信号或n个低频信号的时长相等，即m/12000＝n/8000。
所述的解码方式为：
以一个编码周期的数据为原始数据进行傅里叶变换，解码出高频分量和低频分量，通过比较两个频率分量的大小判断收到的数据。
解码的采样频率由高频分量决定，且大于等于原始高频信号的2倍，采样点数为2的整数次幂。
编码信号为一个char型数组。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、现在几乎人手一部手机，利用手机的音频功放开发了一种基于声波的通信方式，即将信息调制到声音频率上进行传输的方式，该方式不仅使用方便而且节约成本。
2、采用声波通讯降低了开发难度，声波属于低频信号，不会出现射频通讯经常遇到的辐射、阻抗匹配、分布参数影响等问题。
附图说明
图1为本发明编码信号数组的波形图。
图2为本发明解码转换后的波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构及工作过程作进一步说明。
本发明技术方案的主要是针对智能家居新设备入网配置考虑，具体思路为：一个新买的智能电器需要配置一些参数才能接入本地WIFI网络，而采用传统的蓝牙技术、红外技术实现该配置过程，不仅不方便而且增加设备成本。现在几乎人手一部手机，该方案是基于手机的音频功放开发了一种基于声波的通信方式，即将信息采用调频的编码方式调制到声音频率上进行传输，该方式不仅使用方便而且节约成本。
采用声波通讯降低了开发难度，声波属于低频信号，不会出现射频通讯经常遇到的辐射、阻抗匹配、分布参数影响等问题。
一种声波调频通信系统，包括发射端和接收端，采用12000Hz和8000Hz的声音频率作为载波，采用调频的方式进行通信，发射端具有编码调制模块和扬声器模块；接收端具有相应的解码模块。
所述发射端为手持操作终端，操作终端上安装APP，通过在APP界面输入配置数据，然后后台进行编码调制成声音信号，通过扬声器发出；所述接收端为具有解码模块的智能终端，接收到编码调制后的声音信号后，对接收到的数据进行滤波、放大、AD转换，然后解码成智能终端的配置数据后，对智能终端进行设置。
声波调频通信系统的通信方法，采用12000Hz和8000Hz的声音频率作为载波，采用调频的方式进行通信，具体的步骤为：
首先，在发射端对待发送的数据进行编码，编码信号为一个char型数组，将m个周期高频信号编码为“1”，将n个周期低频信号编码为“0”，在一个编码周期内，发送m个高频信号或n个低频信号，其中，发送m个高频信号或n个低频信号的时长相等，即m/12000＝n/8000，m、n均为正整数，高频为12000Hz，低频为8000Hz；调用声卡驱动播放编码数据，产生调制的声音信号，通过扬声器发出；
然后，在接收端对接收到的调制信号进行解码，依次滤波、放大，通过AD转换器采样，将电信号转化为数字信号，以一个编码周期的数据为原始数据进行傅里叶变换，解码出高频分量和低频分量，通过比较两个频率分量的大小判断收到的数据，解码的采样频率由高频分量决定，且大于等于原始高频信号的2倍，采样点数为2的整数次幂。
为使本发明实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，将结合本发明实施例中所提供的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
显然，所有描述的这些实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施例，如图1、图2所示，
一种声波通信方式，采用12000Hz和8000Hz的声音频率作为载波，采用调频的方式将编码进行调制。编码和调制的过程由软件计算产生，计算的结果为一个char型数组，再调用声卡驱动播放数组里的数据，就可产生已调制的声音信号。
该实施例的编码方式为：选择6个周期的高频数据代表“1”；4个周期的低频代表“0”。即在一位数据时长内，或发送6个周期的高频信号，或发送4个周期的低频信号，那么一个编码周期的时长是0.5mS。
例如，发送每一个数据包，均包括报头、中间数据、校验和(CRC校验)，报头为两个字节，校验和为两个字节，以发送报头5A5A为例进行说明如何编码的，5A的16进制编码为01011010，发送时先发低位，再发高位，即先发1010，再发0101；1010分别为依次发送4个周期的低频信号，6个周期的高频信号，4个周期的低频信号,6个周期的高频信号，；0101分别为依次发送6个周期的高频信号，4个周期的低频信号，6个周期的高频信号，4个周期的低频信号。
上述如果选择3个周期的高频数据代表“1”；2个周期的低频代表“0”。即在一位数据时长内，或发送3个周期的高频信号，或发送2个周期的低频信号，那么一个编码周期的时长是0.25mS。
解码方式：
在接收端，对已调波信号进行带通滤波(滤除无用信号)、放大等处理，再经高速AD转换器进行采样，将电信号转化为数字信号。
采用数字解码的方式对已调波进行解码。根据奈奎斯特采样定理，采样信号的频率不得低于原始高频信号的2倍，否则会导致采样产生混叠，从而失真。其次，在数字信号的转换过程中快速傅里叶变换为要求数据包含的数据点最好应为2的整数次幂，因此在一位编码周期时长内的采样点数也应当为2的整数次幂。
系统对采样频率的要求由系统的高频分量决定，根据奈奎斯特采样定理，一个声波周期内的采样点数应大于等于3，一个编码周期包含6个声波周期，那么在一个编码周期内的采样点数应大于等于3x6＝18，大于等于18的最小2的整数次幂为32。根据分析可得，在一个编码周期内需要采样32个点，一个编码周期为0.5mS，那么采样频率应为fs＝64000Hz。
以一个编码周期及0.5mS的数据为原始数据进行傅里叶变换，频谱分辩率F＝fs/N＝2000Hz。对于频率为12000和8000Hz信号其频率分量k分别等于3和5，其中，离散傅里叶变换公式为：
Figure BDA0002503295400000051
由于发送方和接收方是异步通信的，那么在接收方的解码周期内可能既有12000Hz分量也有8000Hz分量，通过比较两个频率分量的大小即可判断出该解码周期是收到的的0或1.当X(3)>X(5)时收到的为0，否则为1。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非是对其的限制；
尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种声波调频通信系统，其特征在于：包括发射端和接收端，采用12000Hz和8000Hz的声音频率作为载波，采用调频的方式进行通信，发射端具有编码调制模块和扬声器模块；接收端具有相应的解码模块。
2.根据权利要求1所述的声波调频通信系统，其特征在于：所述发射端为手持操作终端，操作终端上安装APP，通过在APP界面输入配置数据，然后后台进行编码调制成声音信号，通过扬声器发出；所述接收端为具有解码模块的智能终端，接收到编码调制后的声音信号后，对接收到的数据进行滤波、放大、AD转换，然后解码成智能终端的配置数据后，对智能终端进行设置。
3.基于权利要求1或2所述的声波调频通信系统的通信方法，其特征在于：采用12000Hz和8000Hz的声音频率作为载波，采用调频的方式进行通信，具体的步骤为：
首先，在发射端对待发送的数据进行编码，调用声卡驱动播放编码数据，产生调制的声音信号，通过扬声器发出；
然后，在接收端对接收到的调制信号进行解码，依次滤波、放大，通过AD转换器采样，将电信号转化为数字信号。
4.根据权利要求3所述的声波调频通信方法，其特征在于：所述的编码方式如下：
将m个周期高频信号编码为“1”，将n个周期低频信号编码为“0”，在一个编码周期内，发送m个高频信号或n个低频信号，其中，m、n均为正整数，高频为12000Hz，低频为8000Hz。
5.根据权利要求4所述的声波调频通信方法，其特征在于：发送m个高频信号或n个低频信号的时长相等，即m/12000＝n/8000。
6.根据权利要求3所述的声波调频通信方法，其特征在于：所述的解码方式为：
以一个编码周期的数据为原始数据进行傅里叶变换，解码出高频分量和低频分量，通过比较两个频率分量的大小判断收到的数据。
7.根据权利要求6所述的声波调频通信方法，其特征在于：解码的采样频率由高频分量决定，且大于等于原始高频信号的2倍，采样点数为2的整数次幂。
8.根据权利要求3所述的声波调频通信方法，其特征在于：编码信号为一个char型数组。
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