CN202887499U - 无线语音教学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线语音教学系统，分解为中心机、通道板和学生分机。教师使用中心机，中心机负责将教师的话音和听力录音等音频信号用无线数字传输技术发送给学生分机。学生使用学生分机接收音频数据并还原为音频信号。系统在提供下行音频通路的同时，还提供上行通信信道作为学生答题结果统计的渠道，为教师采集学生成绩提供方便。

Description

无线语音教学系统

技术领域

本实用新型涉及语音信号的无线传输方法和答题数据的无线传输方法等内容。

背景技术

语音教室为传统的教学方式注入了新的活力，目前，正在各级学校和教育机构得以推广使用。但是由于建立一间语音教室(60人平均每位学生3000至4000元左右)需几十万，经费投入比较大，在中专、高中、初中等，特别是农村、边远山区，还是无法推广使用。

能解决上述问题的方法是采用无线教学系统，使建立语音教室的成本大大下降。目前已有的教学系统主要是以模拟的调频方式为基础，进行类似与收音机的模拟音频传输。这样的系统只能完成音频信号的下行传输，并没有同步答题数据上传的功能。抗干扰能力和使用的灵活性都很差。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题的提出，而研制的一种具有上行信道的无线语音互动教学系统，包括：中心机和多个学生分机构成的群组：中心机：供教师使用，具有多个无线音频传输通道，选定一个或多个学生分机，通过所述无线音频传输通道，向选定的学生分机传送特定的音频文件或实时语音；

所述中心机还具有：通信接口模块、单片机I、音频接口和音频转换矩阵；

通信接口：连接上位计算机和所述单片机I，用于上位计算机和单片机I之间的通信；音频接口：与音源连接，接收音源传输的音频文件或实时语音，将音频传送至音频切换矩阵；音频转换矩阵：接收并存储音频；单片机I：解析上位计算机下达的指令、编制所述选定的学生分机的地址特征码；将音频切换矩阵中的音频、解析后的指令和地址特征码发送至指定的无线音频通道；无线音频通道：与单片机I相连接，接收并向群组发送所述的音频、指令和地址特征码；

学生分机：供学生使用，具有无线传输单元，接收由中心机传送的音频、指令和特征码并协助学生对中心机下达的各种指令做出回应；学生分机还具有：单片机II、音频转换单元、音频输入输出设备、键盘输入单元和输出单元；

无线传输模块：接收和存储中心机传送的音频、指令和地址特征码；将地址特征码传送至单片机II；单片机II：分析地址特征码是否与本机的地址相同：如果相同，将所述音频传送至音频转换单元，将指令通过输出单元传送给学生，完成下行指令和音频的传输；如果地址不同，则清空无线传输模块；

所述中心机中的无线音频传输通道具有：无线传输模块、存储器、单片机III、音频转换模块和控制接口；学生通过所述学生分机的键盘输入单元输入指令，指令由单片机II经过解析后，由学生分机的无线传输模块以无线的方式发送至中心机的无线音频传输通道；指令经过单片机III处理后，先寄存在所述无线音频传输通道内的存储器内；同时，单片机III向中心机发出信号，通知中心机所述无线音频传输通道内寄存有待处理的指令；由中心机中通信接口通知操作上位计算机的教师，教师根据实际情况，下达指令，将寄存在所述无线音频传输通道内存储器的指令上传至上位计算机教师处，完成上行指令的传输。

学生分机的无线传输单元，在每一次启动时，自动向中心机发送启动信号；中心机接收并存储每一个上传的学生分机的启动信号，通过单片机II解析后，通过控制接口上传至上位计算机，将当前处于开机状态的学生分机编号呈现给教师。

还具有音频上行通道：教师选择群组中的一个学生分机，中心机设定所述选定的学生分机的上行权限赋予指令和地址特征码，通过所述无线传输通道在群组中发送；被选定的学生分机的无线传输模块接收到上行权限赋予指令和地址特征码，将所述地址特征码传送至单片机II确认是否与本机匹配；确认匹配后，单片机II解析所述上行权限赋予指令，提示学生由音频输入输出设备输入音频；所述音频经过音频转换单元完成数模转换，通过无线传输模块发送至中心机内部的无线音频传输通道，并存储在无线音频通道中；所述无线语音通道告知单片机I，通道内存有待处理音频，单片机I根据教师的意愿，将所述音频通过音频接口传送给教师，完成音频的上传。所述中心机的单片机I，根据教师的意愿，编制群组内其他学生分机的地址特征码和指令，将所述选定的学生分机上传的音频，传送给群组内的其他学生分机。

中心机的单片机I，设定轮询时间间隔，为群组内的每个学生分机设定上传权限赋予指令、地址特征码和上传时间；每个轮询时间，发送一个学生分机的上传权限赋予指令和地址特征码；每个学生分机，只在自己的上传时间上传指令。

中心机具有可同时输入多个音频的多路音频输入接口；单片机I，根据教师意愿，将群组分为多个小组，向每个小组发送所述多个音频中的一个。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的本实用新型将语音授课系统，分解为中心机、通道板和学生分机。教师使用中心机，中心机负责将教师的话音和听力录音等音频信号用无线数字传输技术发送给学生分机。学生使用学生分机接收音频数据并还原为音频信号。系统在提供下行音频通路的同时，还提供上行通信信道作为学生答题结果统计的渠道，为教师采集学生成绩提供方便。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中心机的结构图

图2为本实用新型中心机无线音频通道的结构图

图3为本实用新型学生分机的结构图

具体实施方式

为使本实用新型的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

一种无线语音互动教学系统，包括供教师使用的中心机1和多个学生分机2构成的群组；

如图1所示：中心机1，由教师使用，可以根据教师意愿在群组之中，选中一个或多个学生分机2，以无线的方式，向选定的学生分机传送特定的音频文件或者实时语音。

中心机1：供教师使用，具有多个无线音频传输通道3，用于选定群组内的一个或者多个学生分机2，通过无线音频传输通道3，可根据教师意愿向选定的学生分机2以无线的传输方式传送特定的指令，控制学生分机完成相关的任务；向学生分机下达音频文件或者传送实时语音，完成中心机1与学生分机2之间的通话。

为实现上述功能，作为一个较佳的实施方式：中心机1还具有：通信接口模块101、单片机I102、音频接口103、音频转换矩阵104和控制接口105；

通信接口模块101：连接上位计算机和中心机1中的单片机I102，用于上位计算机和单片机I102之间的通信。优选的，所述通信接口模块101集成了包括串行通信接口、USB通信接口和网络接口等众多接口。

音频接口103：与音源连接，接收音源传输的音频文件或者由教师发出的实时语音，并且将音频传送至音频切换矩阵104；音频转换矩阵104：接收并暂时存储音频。

单片机I102：解析上位计算机下达的指令、编制由教师选定的学生分机的地址特征码；将音频切换矩阵104中的音频、解析后的指令和地址特征码发送至指定的无线音频通道3。

无线音频通道3：与单片机I102相连接，接收并向群组发送所述的音频、指令和地址特征码。

学生分机2：供学生使用，具有无线传输模块201，接收由中心机传送的音频、指令和特征码并协助学生对中心机下达的各种指令做出相应的回应。

为了实现上述功能，学生分机还设有：单片机II202、音频转换单元203、音频输入输出设备204、键盘输入单元205和输出单元206。

无线传输模块201：接收中心机传送的音频、指令和地址特征码，并将接收到的内容暂时存储在模块内，向将地址特征码传送至单片机II；

单片机II202：分析地址特征码是否与本机的地址相同：如果相同，将所述音频传送至音频转换单元203，将指令通过输出单元传送给学生，完成下行指令和音频的传输；如果地址不同，则清空无线传输模块201。

实施例1，下行指令的传输：

中心机1在实际工作的时候，每个无线音频传输通道3都会在发射和接受之间频繁地进行切换。语音采样的采样频率为8KHZ，每16次采样进行一次射频打包操作，打包的同时将控制指令(1个字节)和目标学生分机的地址特征码(2个字节)由单片机I102写入发送缓冲区中。中心机1的无线音频传输通道3在发送完数据之后，转为接收模式，等待学生分机2的回应。直到下一次16次音频采样结束才转为发送状态。

中心机1每2ms就要进行一个周期的状态转换切换。也就是每秒钟有500次。

每一个发送时刻，中心机1内单片机I102的学生分机地址指针都会加1，以实现对所有学生分机2的逐一轮询，假设有50台分机，则每台分机每秒钟可以有10次通信的机会，能够达到比较实时的效果。

学生分机2接到射频数据包之后，将音频数据放入播放缓冲区，然后分析地址特征码，如果和本机的地址不相同则跳过，不去执行；如果和本地地址相同，则执行附带的控制指令。

学生分机2在收到属于本机的指令之后，要给中心机1一个回应，否则，在下一个循环中，中心及还会重发上一个指令，以防止指令丢失。

中心机1中的无线音频传输通道3具有：无线传输模块301、存储器303、单片机III302、音频转换模块304和控制接口305。

实施例2，上行指令的传输，针对学生答题数据所设计的。当进行听力考试的时候，学生可以键入自己的答案：

学生通过所述学生分机2的键盘输入单元205输入上行请求指令，该请求指令由单片机II202经过解析后，由学生分机2的无线传输模块201以无线的方式发送至中心机的无线音频传输通道3；

指令经过单片机III302处理后，先寄存在所述无线音频传输通道3内的存储器303内；

同时，单片机III302向中心机1发出信号，通知中心机1所述无线音频传输通道3内寄存有待处理的请求指令；

由中心机1中通信接口模块101通知操作上位计算机的教师，教师根据实际情况，下达指令，将寄存在所述无线音频传输通道3内存储器303的指令上传至上位计算机教师处，完成上行指令的传输。

学生分机2在学生按下键盘输入单元205的确认键，完成请求指令的上传，学生分机2的状态转换为接收状态，即无线传输模块201转换为接受状态，学生分机2等待属于自己的下行指令到来，当收到属于自己的下行指令，再将学生分机2状态转为发送状态进行答题数据的上传。意味着当前的这个时隙，只有所述的该学生分机2会上传答题数据，这样可以最大限度的避免多台分机通信的冲突。中心机1收到数据之后，在下一个循环周期里要给出该分机回应，否则学生分机2要进行差错重传操作。

实施例3，下行音频的传输：

由教师控制中心机1向群组广播的下行音频的音源可以是计算机、CD机、磁带机、收音机和教师用MIC等设备输出的实时语音等多种音源。下行音频可以通过中心机1中的多路音频输入接口103输入到运算放大电路中进行调理和放大，放大后的音频信号经过音频切换矩阵104，由单片机I102控制传送至相应的无线音频传输通道3之中。

无线音频传输通道3将该音频信号进行PCM编码操作，将编码后的语音信号经过单片机III(302)的控制，每16个字节打一个数据包，经过SPI接口，送至射频发射电路中，转变为2.4GHZ射频信号。

学生分机2上处于接收状态的射频电路，即所述无线传输模块201接收到传送过来的射频信号之后，经过CRC校验没有错误则向学生分机2的单片机II202发出中断请求，单片机II202读出数据后，将16字节的话音数据以0.125ms的间隔进行解码，这样在解码器的输出端就能够清晰的还原出音源所播放出来的声音了。

中心机1具有多个无线音频传输通道3，每个无线音频传输通道3都有自己工作的频段和地址，音频转换矩阵104可以将两路或者多路输入的音频任意的送至任何一个无线音频传输通道3上。学生分机2开机之后可以使用手动选择的方式，调整本机接收的频段，来选择收听不同的音频。一旦选定了频段之后，这个频段会保存在分机的Flash存储器中，掉电不会丢失，关机重新开机后，还会自动选定到这个频段上来。

实施例4，上行音频的传输功能：

教师通过软件界面先给待提问的学生的状态改成允许通话，这样，这名学生就得到了上行发送音频信号的权限。中心机1根据教师的意愿编制所述选定的学生分机2的上行权限赋予指令和地址特征码，通过所述无线传输通道3在群组中发送。

被选定的学生分机2的无线传输模块201接收到上行权限赋予指令和地址特征码，将所述地址特征码传送至单片机II202确认是否与本机匹配。

确认匹配后，被选定的学生分机2就具有了发送上行音频的权限。单片机II202解析所述上行权限赋予指令，提示学生由音频输入输出设备204输入音频。优选的，所述输入输出设备204为带有话筒的头戴式耳麦。学生在得到老师的许可发言之后，按下“通话”按键，通过头戴式耳麦的话筒讲出上行话音，讲话结束之后松开通话按键，上行音传送结束。所述话音，即所述的话音经过音频转换单元203完成数模转换，通过无线传输模块201发送至中心机内部的无线音频传输通道3，并存储在该无线音频传输通道3中；所述无线音频传输通道3告知单片机I102，通道内存有待处理音频，单片机I102根据教师的意愿，将所述音频通过音频接口103传送给教师。上行的话音信号由分机进行PCM编码操作，将编码后的语音信号经过分机单片机的控制，每16个字节打一个数据包，经过SPI接口，送至射频发射电路中，转变为2.4GHZ射频信号。

中心机上处于接收状态的射频电路接收到传送过来的射频信号之后，经过CRC校验没有错误则向中心机的单片机发出中断请求，单片机读出数据后，将16字节的话音数据以0.125ms的间隔进行解码，这样在解码器的输出端能够清晰的还原出音源所播放出来的声音。

进一步的，考虑到课堂教学会需要将一个学生的回答内容，传送给全班的同学。中心机的单片机I102根据教师的意愿，编制群组内其他学生分机的地址特征码和指令，将所述选定的学生分机2上传的音频，传送给群组内的其他学生分机2。

实施例5：多个学生同时答题功能

考虑到，同一时间，针对一个问题，会出现多个学生同时答题的情况，作为一个较佳的实施方式，中心机1具有轮询机制：

中心机的单片机I102，设定轮询时间间隔，为群组内的每个学生分机2设定上传权限赋予指令、各自不同的地址特征码和上传时间，并且每个轮询时间，发送一个学生分机的上传权限赋予指令和地址特征码；每个学生分机2，只在自己的上传时间上传指令。

中心机1将时间按分机的地址进行划分，每个学生分机2分配给2mS的时间间隙，在数据包总添加地质特征码和授权的权限赋予指令。

学生分机2只在收到属于自己的地址特征码和权限赋予指令后，才向中心机1上传送答题数据。

中心机1在所有分机地址编号上进行轮询扫描，这样每台学生分机2都会有机会得到上行传输数据的时隙。并且，不同的学生分机的传输不可能发生碰撞。若因为信号问题某次上传失败，还可以在下一次传输的时候做出弥补。

以中心机1扫描50台分机计算，每个分机一秒钟会有10次的传输机会，学生不会产生任何拖延的感觉。

中心机1和上位计算机之间通信接口的传输速度足以满足多个命令帧，集中式、大数据量的通信要求。

实施例6.分卷考试功能。

为了增加考试的公平性，本系统可以提供分卷考试功能，教师预先将学生群组变成多个小组，每个小组应用一套考卷：

中心机1具有可同时输入多个音频的多路音频输入接口103；单片机I102，根据教师意愿，将群组分为多个小组，利用不同的无线音频传输通道3向每个小组发送所述多个音频中的一个。

通常的考试都会设置A/B卷：中心机1中的单片机I102，控制从音频接口输入的2路音源，同过音频转换矩阵104，将2路音源传送至不同的音频传送通道中向群组广播，不同的小组接受不同的音频，并作出相应的解答，在学生分机2的键盘输入单元205输入相应的答案，发送至相应的无线音频传输通道中。

中心机1的每个无线音频传输通道都可以有多种频段供选择，在使用的时候，制药箱里的教师不使用相同的频段，就不会发生任何冲突。

每个无线音频传输通道设计有6个频段可供选择，频道之间间隔的频率尽量的拉大，以避免频段间的干扰。使用教师可以通过软件任意设置。并且射频通信的方式本系统采用了突发性通信的方式，以极高的速度，在短时间内发送完所有的缓冲区数据，尽量减少射频信号在空中的存在时间，尽最大限度的降低了相邻班级设备信号碰撞的可能性。

Claims (2)

1.一种无线语音互动教学系统，其特征在于包括： 

中心机（1）和多个学生分机（2）构成的群组：所述学生分机（2）的无线传输模块（201），在每一次启动时，自动向中心机发送启动信号；中心机接收并存储每一个上传的学生分机（2）的启动信号，通过单片机II（202）解析后，通过控制接口（105）上传至上位计算机，将当前处于开机状态的学生分机（2）编号呈现给教师。 

2.根据权利要求1所述的无线语音教学系统，其特征还在于：所述中心机（1）具有可同时输入多个音频的多路音频输入接口（103）；单片机I（102），根据教师意愿，将群组分为多个小组，向每个小组发送所述多个音频中的一个。 

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