CN203574645U - 一种金属管线传输高压缩比数字语音信号系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种金属管线传输高压缩比数字语音信号系统，语音信号发送控制端用于将语音信号数字化、压缩、调制并将其放大成第一电载波信号输入至发送换能器，发送换能器将电信号转换成适应金属管线传输的机械载波信号，接收换能器用于将金属管线传输过来的机械载波信号转换成第二电载波信号，语音信号接收控制端用于将语音信号解调、解压缩、DA转换并放大输出。本实用新型利用金属管线为介质、机械波为载波传递高压缩比数字语音信号的通信系统，该系统可以在事故发生时其他通信手段瘫痪时仍能为人们提供一定的安全保障，是一种高抗电磁干扰的语音通信手段。
Description
技术领域
本实用新型属于语音通信技术领域，特别地涉及一种金属管线传输高压缩比数字语音信号系统。
背景技术
语音通信可通过光纤通信、微波技术、多媒体、互联网、编码调制等技术手段，采用载波调制办法实现远距离传输。目前调制信号一般为电信号，该电信号通过有线或无线电磁波的方式传输，但是调制电信号较容易受到外界环境干扰，比较容易造成通信中断，在恶劣环境因素下通信强度达不到，很容易陷入瘫痪，无法传输语音、数据信号。如在矿井下发生坍塌或瓦斯爆炸，发生地震或高层建筑发生火灾等破坏性事故后，常用的语音通信系统将因电力的切断或设备的损坏无法正常工作，语音信号无法传输，常使人员的救援工作陷入困境，浪费宝贵的救援时间与大量的人力物力。
实用新型内容
为解决上述问题，针对特殊情况下语音通信备用方案要求，实现一种极端环境下语音、数据通信设备，本实用新型的目的在于提供一种高物理强度通道、不受电磁干扰等恶劣环境影响的语音通信手段作为其他通信手段瘫痪后的一种备用通信方案，即利用金属管线为介质、机械波为载波传递高压缩比数字语音信号的通信系统，用换能器实现电声转换，通过一定直径的实芯金属管线、以机械波为载波形式传递信号，该传输介质具有较强的防暴、防水、防磁等特性，可以在特殊情况下依然能建立正常的通信链路，实现语音、数据通信。故该系统可以在事故发生时其他通信手段瘫痪时仍能为人们提供一定的安全保障，是 一种高抗电磁干扰的通信手段。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
一种金属管线传输高压缩比数字语音信号系统，包括语音信号发送控制端、语音信号传递系统、语音信号接收控制端，所述语音信号传递系统进一步包括发送换能器，接收换能器，以及发送换能器与接收换能器之间固定连接的金属管线，
所述语音信号发送控制端用于将语音信号数字化、压缩、调制并将其放大成第一电载波信号输入至发送换能器，所述发送换能器用于将电信号转换成适应金属管线传输的机械载波信号，所述接收换能器用于将金属管线传输过来的机械载波信号转换成第二电载波信号，所述语音信号接收控制端用于语音信号解调、解压缩、D／A转换并放大输出。
优选地，所述语音信号发送控制端包括语音信号输入设备、第一音频处理模块、FPGA信号调制模块、频率自适应载波产生模块、电压电流信号采集模块、D／A转换模块及功率放大器模块，所述语音信号输入设备经第一音频处理模块接入FPGA信号调制模块的一输入端，所述频率自适应载波产生模块输出口接入FPGA信号调制模块的另一输入端；所述FPGA信号调制模块输出经D／A转换模块接入功率放大器模块；所述功率放大器模块输出端口一路接入电压电流信号采集模块，另一路接入金属管线另一端发送换能器。
优选地，所述频率自适应载波产生模块包括电压电流相位比较模块及高分辨DDS模块，所述电压电流相位比较模块通过比较由电压电流信号采集模块输出的电压、电流相位差，在合理的误差范围内作为输出信号达到金属管线谐振频点的依据，进而控制高分辨率DDS模块产生步进为1Hz的正弦信号，当正弦信号频率达到谐振频点时锁定频率输出作为最终载波信号输出至FPGA信号调制模块。
优选地，所述语音信号接收控制端包括模拟信号幅度控制模块、A／D转换模块、FPGA信号解调模块、第二音频处理模块、语音功放及语音输出设备， 所述模拟信号幅度控制模块输出端经A／D转换模块与FPGA信号解调模块的输入端口相连接；所述第二音频处理模块输出端口经语音功放接入语音输出设备；所述FPGA信号解调模块的输出端口与第二音频处理模块输入端口相接。
优选地，所述模拟信号幅度控制模块包括可变增益控制器和可变增益芯片，所述可变增益芯片的输入端连接接收换能器的输出端，所述可变增益芯片的输出端连接所述A／D转换模块的输入端，所述A／D转换模块的一输出端连接所述可变增益控制器的输入端，所述可变增益控制器根据A／D转换模块的输出自动调节可变增益芯片的增益大小。
优选地，所述语音信号发送控制端进一步包括第一通信接口，所述第一通信接口包括第一网络控制器以及与其相连的第一网络接口和／或第一485协议控制器以及与其相连的第一485接口。
优选地，所述语音信号接收控制端进一步包括第二通信接口，所述第二通信接口包括第二网络控制器以及与其相连的第二网络接口和／或第二485协议控制器以及与其相连的第二485接口。
与现有技术采用的通信手段相比，本实用新型所述的语音通信系统采用一定直径的实芯金属管线作为传递介质、以机械波作为载波，进而实现调制高压缩比数字语音信号的最终传输。该通信链路物理强度高、抗干扰能力极强，不易受环境因素影响导致设备瘫痪。
附图说明
图1为本实用新型实施例的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统的语音信号发送控制端的一具体应用实例结构示意图；
图3为本实用新型实施例的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统的语音信号发送控制端的又一具体应用实例结构示意图；
图4为本实用新型实施例的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统的语音信号接收控制端的一结构示意图；
图5为本实用新型实施例的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统的语音信号接收控制端的又一结构示意图；
图6为本实用新型实施例的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统的语音信号发送控制端的又一具体应用实例结构示意图；
图7为本实用新型实施例的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统的语音信号接收控制端的又一结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。
参考图1，所示为本实用新型实施例的一种金属管线传输高压缩比数字语音信号系统的结构示意图，其包括语音信号发送控制端10、语音信号传递系统20、语音信号接收控制端30，其中语音信号传递系统20进一步包括发送换能器201，接收换能器203，以及发送换能器201与接收换能器203之间固定连接的金属管线202，语音信号发送控制端10用于语音信号数字化、压缩、调制并将其放大成第一电载波信号输入至发送换能器201，发送换能器201用于将电信号转换成适应金属管线202传输的机械载波信号，接收换能器203用于将金属管线202传输过来的机械载波信号转换成第二电载波信号，所述语音信号接 收控制端30用于语音信号解调、解压缩、D／A转换并放大输出。通过以上结构实现的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统，采用一定直径的实芯金属管线作为传递介质、以机械波作为载波，进而实现调制高压缩比数字语音信号的最终传输，该通信链路物理强度高、抗干扰能力极强，不易受环境因素影响导致设备瘫痪。
在一具体应用实例中，金属管线传输高压缩比数字语音信号系统的信号发送控制端的结构示意图参见图2，语音信号发送控制端10包括语音信号输入设备101、第一音频处理模块102、FPGA信号调制模块103、频率自适应载波产生模块104、电压电流信号采集模块105、D／A转换模块106及功率放大器模块107，所述语音信号输入设备101(例如麦克风)经第一音频处理模块102接入FPGA信号调制模块103的一输入端，频率自适应载波产生模块输出口接入FPGA信号调制模块103的另一输入端，FPGA信号调制模块103输出经D／A转换模块106接入功率放大器模块107，功率放大器模块107输出端口一路接入电压电流信号采集模块105，另一路接入金属管线202另一端的发送换能器201。由语音信号输入设备101输入模拟语音信号，经第一音频处理模块102先转换成数字信号再压缩输出压缩后的语音信号，经FPGA信号调制模块103输出调制语音信号，调制后的语音信号经D／A转换模块106转换成模拟语音信号，再经功率放大器模块107放大处理后的模拟语音信号一路送至发送换能器201转换成机械波信号，另一路送至电压电流信号采集模块105转换成数字信号输出给频率自适应载波产生模块104，再由频率自适应载波产生模块104输出正弦载波信号送至FPGA信号调制模块103的另一输入端。
参见图3，在图2具体应用实例的基础上的又一具体应用实例的基础上，语音信号发送控制端10的频率自适应载波产生模块104进一步包括电压电流相位比较模块1041及高分辨DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)模块1042，电压电流相位比较模块1041通过比较由电压电流信号采集模块105输出的电压、电流相位差，在合理的误差范围内作为输出信号达到金 属管线谐振频点的依据，进而控制高分辨率DDS模块1042产生步进为1Hz的正弦信号，当正弦信号频率达到谐振频点时锁定频率输出作为最终载波信号输出至FPGA信号调制模块103。
在一具体应用实例中，金属管线传输高压缩比数字语音信号系统的语音信号接收控制端的结构示意图参见图4，语音信号接收控制端30包括模拟信号幅度控制模块301、A／D转换模块302、FPGA信号解调模块303、第二音频处理模块304、语音功放305及语音输出设备306，模拟信号幅度控制模块301输出端经A／D转换模块302与FPGA信号解调模块303的输入端口相连接；第二音频处理模块304输出端口经语音功放305接入语音输出设备306；FPGA信号解调模块303的输出端口与第二音频处理模块304输入端口相接。接收换能器203将接收到的机械波信号转换成第二电载波信号输入到模拟信号幅度控制模块301，输出最佳幅度的模拟信号送入A／D转换模块302换成数字信号输出给FPGA信号解调模块303，解调后的数字信号经第二音频处理模块304解压并转换成模拟语音信号送入语音功放305放大处理，放大后的模拟语音信号送入语音输出设备306输出语音信号。
参见图5，在图4具体应用实例的基础上的又一具体应用实例的基础上，语音信号接收控制端30的模拟信号幅度控制模块301进一步包括可变增益控制器3011和可变增益芯片3012，可变增益芯片3012的输入端连接接收换能器203的输出端，可变增益芯片3012的输出端连接所述A／D转换模块302的输入端，A／D转换模块302的一输出端连接所述可变增益控制器3011的输入端，可变增益控制器3011根据A／D转换模块302的输出自动调节可变增益芯片3012的增益大小。
进一步的，在其他的具体应用实例中，参见图6，语音信号发送控制端10可进一步包括第一通信接口108，第一通信接口108包括第一网络控制器1081以及与其相连的第一网络接口1082和／或第一485协议控制器1083以及与其相连的第一485接口1084。与此类似，参见图7语音信号接收控制端30也可进 一步包括第二通信接口307，所述第二通信接口307包括第二网络控制器3071以及与其相连的第二网络接口3072和／或第二485协议控制器3073以及与其相连的第二485接口3074。通信接口主要实现将数据传输给上位机、实现人机界面，便于管理中心对整个系统的管理和监控。
本领域的技术人员应该可以理解的是，以上对本发明实施例中的各模块的实施若采用组合以上实施例中模块形成了具备语音传输功能的系统，皆认为涵盖在本实用新型专利的保护范围内。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种金属管线传输高压缩比数字语音信号系统，其特征在于，包括语音信号发送控制端(10)、语音信号传递系统(20)、语音信号接收控制端(30)，所述语音信号传递系统(20)进一步包括发送换能器(201)，接收换能器(203)，以及发送换能器(201)与接收换能器(203)之间固定连接的金属管线(202)，
所述语音信号发送控制端(10)用于将语音信号数字化、压缩、调制并将其放大成第一电载波信号输入至发送换能器(201)，所述发送换能器(201)用于将电信号转换成适应金属管线(202)传输的机械载波信号，所述接收换能器(203)用于将金属管线(202)传输过来的机械载波信号转换成第二电载波信号，所述语音信号接收控制端(30)用于将语音信号解调、解压缩、D／A转换，并放大输出。
2.根据权利要求1所述的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统，其特征在于，所述语音信号发送控制端(10)包括语音信号输入设备(101)、第一音频处理模块(102)、FPGA信号调制模块(103)、频率自适应载波产生模块(104)、电压电流信号采集模块(105)、D／A转换模块(106)及功率放大器模块(107)，所述语音信号输入设备(101)经第一音频处理模块(102)接入FPGA信号调制模块(103)的一输入端，所述频率自适应载波产生模块输出口接FPGA信号调制模块(103)的另一输入端；所述FPGA信号调制模块(103)输出经D／A转换模块(106)接入功率放大器模块(107)；所述功率放大器模块(107)输出端口一路接入电压电流信号采集模块，另一路接入金属管线另一端的发送换能器。
3.根据权利要求2所述的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统，其特征在于，所述频率自适应载波产生模块(104)包括电压电流相位比较模块(1041)及高分辨DDS模块(1042)，所述电压电流相位比较模块(1041)通过比较由电压电流信号采集模块(105)输出的电压、电流相位差，在合理的误差范围内作为输出信号达到金属管线谐振频点的依据，进而控制高分辨率DDS模块 (1042)产生步进为1Hz的正弦信号，当正弦信号频率达到谐振频点时锁定频率输出作为最终载波信号输出至FPGA信号调制模块(103)。
4.根据权利要求1至3任一所述的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统，其特征在于，所述语音信号接收控制端(30)包括模拟信号幅度控制模块(301)、A／D转换模块(302)、FPGA信号解调模块(303)、第二音频处理模块(304)、语音功放(305)及语音输出设备(306)，所述模拟信号幅度控制模块(301)输出端经A／D转换模块(302)与FPGA信号解调模块(303)的输入端口相连接；所述第二音频处理模块(304)输出端口经语音功放(305)接入语音输出设备；所述FPGA信号解调模块(303)的输出端口与第二音频处理模块(304)输入端口相接。
5.根据权利要求4所述的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统，其特征在于，所述模拟信号幅度控制模块(301)包括可变增益控制器(3011)和可变增益芯片(3012)，所述可变增益芯片(3012)的输入端连接接收换能器(203)的输出端，所述可变增益芯片(3012)的输出端连接所述A／D转换模块(302)的输入端，所述A／D转换模块(302)的一输出端连接所述可变增益控制器(3011)的输入端，所述可变增益控制器(3011)根据A／D转换模块(302)的输出自动调节可变增益芯片(3012)的增益大小。
6.根据权利要求1或2或3或5所述的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统，其特征在于，所述语音信号发送控制端(10)进一步包括第一通信接口(108)，所述第一通信接口(108)包括第一网络控制器(1081)以及与其相连的第一网络接口(1082)和／或第一485协议控制器(1083)以及与其相连的第一485接口(1084)。
7.根据权利要求1或2或3或5所述的金属管线传输高压缩比数字语音信号系统，其特征在于，所述语音信号接收控制端(30)进一步包括第二通信接口(307)，所述第二通信接口(307)包括第二网络控制器(3071)以及与其相连的第二网络接口(3072)和／或第二485协议控制器(3073)以及与其相连的 第二485接口(3074)。
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