CN216414576U - 一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，包括一个主机设备和若干从机设备，主机和从机设备都包括：单片机、总线通讯模块、模式切换模块、传输模块、扬声器、功率放大模块、信号处理模块、载波检测模块、载波模块、信号合成模块、麦克风和音频采集模块。所有设备通过双线连接在一起，主机设备通过单独与每个从机设备通信，进而实现管理所有从机设备，可以实现控制系统中的设备进入以下4个模式：主机指令模式、从机指令模式、音频发送模式、音频接收模式。使之可以实现数据交互和音频传输的功能。

Description

一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统

技术领域

本实用新型涉及信号传输技术领域，尤其涉及一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统。

背景技术

RS485总线是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。rs-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。rs-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。

差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。

在通信技术上，载波(carrier wave,carrier signal或carrier)是由振荡器产生并在通讯信道上传输的电波，被调制后用来传送语音或其它信息。载波频率通常比输入信号的频率高，属于高频信号，输入信号调制到一个高频载波上，就好像搭乘了一列高铁或一架飞机一样，然后再被发射和接收。载波是传送信息(话音和数据)的物理基础和承载工具。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，解决双线系统中无法双向传输音频的问题，提供一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，包括一个主机设备和若干个从机设备，主机设备和从机设备、从机设备和从机设备之间均通过双线连接形成一条总线；所述主机设备和从机设备均由单片机、总线通讯模块、模式切换模块、传输模块、扬声器、功率放大模块、信号处理模块、载波检测模块、载波模块、信号合成模块、麦克风和音频采集模块组成；

所述单片机与总线通讯模块、模式切换模块、载波检测模块和信号处理模块连接；

所述模式切换模块与总线通讯模块、载波检测模块、信号合成模块和传输模块连接；

所述载波检测模块依次与信号处理模块、功率放大模块和扬声器连接；

所述信号合成模块与音频采集模块和载波模块连接，所述音频采集模块与麦克风连接。

进一步的，从机设备的数量最大为255个。

进一步的，所述单片机能够实现通讯数据发送和接收、工作模式切换控制、载波检测结果判断、状态同步的功能。

进一步的，所述总线通讯模块实现主机设备和从机设备之间的双线通讯，采用RS485或CAN的差分总线。

进一步的，所述模式切换模块能够实现以下4种传输类型的硬件切换：主机指令模式、从机指令模式、音频发送模式、音频接收模式；主机设备工作在主机指令模式，该模式下主机设备主动向从机设备发起通信数据，并等待从机设备应答数据；从机指令模式下从机设备接收主机设备发起的通信数据，处理后发送应答数据给主机设备；音频发送模式下同一时刻只允许一个主机设备或一个从机设备工作在该模式，主机设备或从机设备往总线上发送音频数据；音频接收模式下主机设备或从机设备接收总线上的音频数据，处理并输出。

进一步的，所述传输模块用于将模式切换模块传递过来的数据发送到总线上，或将总线上的数据接收回来传给模式切换模块；用于将信号隔离于主机设备和从机设备内部的单片机、总线通讯模块、模式切换模块、扬声器、功率放大模块、信号处理模块、载波检测模块、载波模块、信号合成模块、麦克风和音频采集模块，保护主机设备和从机设备不因总线异常而被损坏。

进一步的，所述扬声器和功率放大模块用于将传输的音频信号转化为声音输出。

进一步的，所述信号处理模块用于接收单片机控制信号，控制音频输出通道的打开与关闭。

进一步的，载波模块生成检测使用到的22K信号，并与音频信号叠加；用于音频接收端检测在音频信号中是否还存在22K的载波信号，从而可判断是否需要切换状态；载波检测模块对接收到的音频信号进行载波检测，判断当前是否需要退出音频传输模式。

进一步的，所述麦克风和音频采集模块实现声音信号的采集，将声音转换为音频信号传递给信号合成模块；所述信号合成模块将载波信号和音频信号叠加到一起，传递给模式切换模块。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

本实用新型通过对双线的分时复用技术，用主机设备对所有从机设备进行管理，使得系统中所有设备能够有序地在双线上传输指令和音频。传统方式下需要至少四根线才能实现指令和音频传输。而本实用新型为两根线即可，减少了一半的布线成本。另外，在对其他已有系统进行升级改造时，可直接使用原有布线，无需重新布线，直接替换设备即可，大大降低了施工成本。在降低成本的同时能够实现双向传输指令和音频，满足用户不同的使用需求。

附图说明

图1为本实用新型的架构示意图。

图2为本实用新型的指令传输示意图。

图3为本实用新型的主机发送音频示意图。

图4为本实用新型的从机发送音频示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。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。

如图1所示，本实用新型提供一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，由一个主机设备和若干个从机设备组成。主机设备与从机设备结构一样。各个设备可自由分布，设备与设备直接通过双线连接，总接线距离应不大于1千米。

主机与从机设备都包含以下模块：单片机、总线通讯模块、模式切换模块、传输模块、扬声器、功率放大模块、信号处理模块、载波检测模块、载波模块、信号合成模块、麦克风和音频采集模块。主机设备和从机设备通过双线(可以是双绞线)连接到一起。其中，主机设备的只有一个。而从机设备的数量可灵活配置，最大可接入255个。每个设备有固定的通讯地址，主机设备地址为0,从机设备地址取值为1～255。

当无音频传输时，设备工作在指令传输模式(主/从机指令模式)，可进行状态及控制指令的交互。交互方式为轮询机制：主机设备先与从机设备1同步数据，再与从机设备2同步数据，直到与最后一个从机设备交互完数据后再重新与从机设备1同步数据。下述描述中将主机设备简称为主机，将从机设备简称为从机。

如图2所示，在指令传输模式中，主机先从单片机101发送查询指令，通过总线通讯模块102，经过模式切换模块103，再到传输模块104发送到总线上。总线上的数据经过从机的传输模块204到模式切换模块203，再到总线通讯模块202，最后到单片机201进行协议处理。当从机单片机收到指令后，会先判断数据中的地址位字段，为本机地址时才会进行数据处理。当处理完数据后，从机会发送应答数据，数据从从机的单片机201按原路返回主机的单片机101。此时，主机就可知道从机当前状态，并且可将相关控制数据按上述链路传递给从机。主机与所有从机均按上述流程进行通信。

如图3所示，当主机需要发送音频时，主机会先在指令模式下通知所有从机进入音频接收模式，主机亦会进入音频发送模式。此时声音从主机麦克风111输入，进入音频采集模块112，在信号合成模块110中与从载波模块109发出的载波信号叠加，通过模式切换模块103再到传输模块104发送到总线上。总线上的数据经过从机的传输模块204到模式切换模块203，经过到载波检测模块208到信号处理模块207。此时从机单片机201会进行检测，如果存在载波信号表示维持在音频接收模式，并会根据主机之前的控制信号，来决定是否打开信号处理模块207进行声音输出。如果需要打开声音输出，则音频信号会从信号处理模块207到功率放大模块206进行放大输出到扬声器205上。此时，可以在从机的扬声器上听到主机麦克风采集到的音频。当主机需要退出音频模式时，只需要控制模式切换模块103进入指令模式。随后，从机因载波检测模块208检测不到载波信号会恢复为指令模式。此时，主机和所有从机都工作在指令模式，可正常进行通讯。

如图4所示，当从机需要发送音频时，主机会先在指令模式下获取到从机A需要发送音频，随后会通知其余从机进入音频接收模式，主机亦会进入音频接收模式，而从机A则进入音频发送模式。此时声音从主机麦克风211输入，进入音频采集模块212，在信号合成模块210中与从载波模块209发出的载波信号叠加，通过模式切换模块203再到传输模块204发送到总线上。而总线上的主机及其他从机，会获取到总线上的音频数据，进过传输模块104、n04到模式切换模块103、n03，经过到载波检测模块108、n08到信号处理模块107、n07，此时单片机101、n01会进行检测，如果存在载波信号表示维持在音频接收模式，并会根据主机之前的控制信号，来决定是否打开信号处理模块107、n07进行声音输出。如果需要打开，音频信号会从信号处理模块107、n07到功率放大模块106、n06进行放大输出到扬声器105、n05上。此时，可以在接收设备的扬声器上听到从机A麦克风采集到的音频。当从机A需要退出音频模式时，只需要控制模式切换模块203进入指令模式。随后，主机和其他从机因载波检测模块108、n08检测不到载波信号会恢复为指令模式。此时，主机和所有从机都工作在指令模式，可正常进行通讯。

具体的，可通过在主机和从机上添加传输目标选择交互机制，目标可以是1个或者多个，用设备通讯地址表示：如果主机为0，从机地址为1～255。主机先获取到传输目标，再传递给所有从机设备。此时主机和所有从机都知道当前音频传输目标设备是哪些，各自可判断本机地址是否在传输目标内，再决定是否需要打开信号处理模块107、207、n07进行音频输出，只有被控目标设备才会输出声音。从而实现一对一、一对多传输。

具体的，主机和从机中的麦克风与音频采集模块可替换为其他音频输入，如MP3播放器、CD播放器和线路输入等接口。可根据实际使用要求，灵活调整接口类型。

具体的，主机和从机中的扬声器和功率放大模块可替换为其他音频输出，如RCA接口、XLR接口和TRS接口等，与其他设备连接使用。可根据实际使用要求，灵活调整接口类型。

本实用新型并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本实用新型的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，其特征在于，包括一个主机设备和若干个从机设备，主机设备和从机设备、从机设备和从机设备之间均通过双线连接形成一条总线；所述主机设备和从机设备均由单片机、总线通讯模块、模式切换模块、传输模块、扬声器、功率放大模块、信号处理模块、载波检测模块、载波模块、信号合成模块、麦克风和音频采集模块组成；

所述单片机与总线通讯模块、模式切换模块、载波检测模块和信号处理模块连接；

所述模式切换模块与总线通讯模块、载波检测模块、信号合成模块和传输模块连接；

所述载波检测模块依次与信号处理模块、功率放大模块和扬声器连接；

所述信号合成模块与音频采集模块和载波模块连接，所述音频采集模块与麦克风连接。

2.根据权利要求1所述一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，其特征在于，从机设备的数量最大为255个。

3.根据权利要求1所述一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，其特征在于，所述单片机能够实现通讯数据发送和接收、工作模式切换控制、载波检测结果判断、状态同步的功能。

4.根据权利要求1所述一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，其特征在于，所述总线通讯模块实现主机设备和从机设备之间的双线通讯，采用RS485或CAN的差分总线。

5.根据权利要求1所述一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，其特征在于，所述模式切换模块能够实现以下4种传输类型的硬件切换：主机指令模式、从机指令模式、音频发送模式、音频接收模式；主机设备工作在主机指令模式，该模式下主机设备主动向从机设备发起通信数据，并等待从机设备应答数据；从机设备工作在从机指令模式下，从机设备接收主机设备发起的通信数据，处理后发送应答数据给主机设备；音频发送模式下同一时刻只允许一个主机设备或一个从机设备工作在该模式，主机设备或从机设备往总线上发送音频数据；音频接收模式下主机设备或从机设备接收总线上的音频数据，处理并输出。

6.根据权利要求1所述一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，其特征在于，所述传输模块用于将模式切换模块传递过来的数据发送到总线上，或将总线上的数据接收回来传给模式切换模块；用于将信号隔离于主机设备和从机设备内部的单片机、总线通讯模块、模式切换模块、扬声器、功率放大模块、信号处理模块、载波检测模块、载波模块、信号合成模块、麦克风和音频采集模块，保护主机设备和从机设备不因总线异常而被损坏。

7.根据权利要求1所述一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，其特征在于，所述扬声器和功率放大模块用于将传输的音频信号转化为声音输出。

8.根据权利要求1所述一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，其特征在于，所述信号处理模块用于接收单片机控制信号，控制音频输出通道的打开与关闭。

9.根据权利要求1所述一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，其特征在于，载波模块生成检测使用到的22K信号，并与音频信号叠加；用于音频接收端检测在音频信号中是否还存在22K的载波信号，从而可判断是否需要切换状态；载波检测模块对接收到的音频信号进行载波检测，判断当前是否需要退出音频传输模式。

10.根据权利要求1或5或6所述一种基于双线实现半双工传输控制指令及音频的系统，其特征在于，所述麦克风和音频采集模块实现声音信号的采集，将声音转换为音频信号传递给信号合成模块；所述信号合成模块将载波信号和音频信号叠加到一起，传递给模式切换模块。

Images