一種金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型實施例公開了一種金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)，語音信號發(fā)送控制端用于將語音信號數字化、壓縮、調制并將其放大成第一電載波信號輸入至發(fā)送換能器，發(fā)送換能器將電信號轉換成適應金屬管線傳輸的機械載波信號，接收換能器用于將金屬管線傳輸過來的機械載波信號轉換成第二電載波信號，語音信號接收控制端用于將語音信號解調、解壓縮、DA轉換并放大輸出。本實用新型利用金屬管線為介質、機械波為載波傳遞高壓縮比數字語音信號的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在事故發(fā)生時其他通信手段癱瘓時仍能為人們提供一定的安全保障，是一種高抗電磁干擾的語音通信手段。
【專利說明】一種金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于語音通信【技術領域】，特別地涉及一種金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]語音通信可通過光纖通信、微波技術、多媒體、互聯網、編碼調制等技術手段，采用載波調制辦法實現遠距離傳輸。目前調制信號一般為電信號，該電信號通過有線或無線電磁波的方式傳輸，但是調制電信號較容易受到外界環(huán)境干擾，比較容易造成通信中斷，在惡劣環(huán)境因素下通信強度達不到，很容易陷入癱瘓，無法傳輸語音、數據信號。如在礦井下發(fā)生坍塌或瓦斯爆炸，發(fā)生地震或高層建筑發(fā)生火災等破壞性事故后，常用的語音通信系統(tǒng)將因電力的切斷或設備的損壞無法正常工作，語音信號無法傳輸，常使人員的救援工作陷入困境，浪費寶貴的救援時間與大量的人力物力。
實用新型內容
[0003]為解決上述問題，針對特殊情況下語音通信備用方案要求，實現一種極端環(huán)境下語音、數據通信設備，本實用新型的目的在于提供一種高物理強度通道、不受電磁干擾等惡劣環(huán)境影響的語音通信手段作為其他通信手段癱瘓后的一種備用通信方案，即利用金屬管線為介質、機械波為載波傳遞高壓縮比數字語音信號的通信系統(tǒng)，用換能器實現電聲轉換，通過一定直徑的實芯金屬管線、以機械波為載波形式傳遞信號，該傳輸介質具有較強的防暴、防水、防磁等特性，可以在特殊情況下依然能建立正常的通信鏈路，實現語音、數據通信。故該系統(tǒng)可以在事故發(fā)生時其他通信手段癱瘓時仍能為人們提供一定的安全保障，是一種高抗電磁干擾的通信手段。
[0004]為實現上述目的，本實用新型的技術方案為:
[0005]一種金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)，包括語音信號發(fā)送控制端、語音信號傳遞系統(tǒng)、語音信號接收控制端，所述語音信號傳遞系統(tǒng)進一步包括發(fā)送換能器，接收換能器，以及發(fā)送換能器與接收換能器之間固定連接的金屬管線，
[0006]所述語音信號發(fā)送控制端用于將語音信號數字化、壓縮、調制并將其放大成第一電載波信號輸入至發(fā)送換能器，所述發(fā)送換能器用于將電信號轉換成適應金屬管線傳輸的機械載波信號，所述接收換能器用于將金屬管線傳輸過來的機械載波信號轉換成第二電載波信號，所述語音信號接收控制端用于語音信號解調、解壓縮、D / A轉換并放大輸出。
[0007]優(yōu)選地，所述語音信號發(fā)送控制端包括語音信號輸入設備、第一音頻處理模塊、FPGA信號調制模塊、頻率自適應載波產生模塊、電壓電流信號采集模塊、D / A轉換模塊及功率放大器模塊，所述語音信號輸入設備經第一音頻處理模塊接入FPGA信號調制模塊的一輸入端，所述頻率自適應載波產生模塊輸出口接入FPGA信號調制模塊的另一輸入端；所述FPGA信號調制模塊輸出經D / A轉換模塊接入功率放大器模塊；所述功率放大器模塊輸出端口一路接入電壓電流信號采集模塊，另一路接入金屬管線另一端發(fā)送換能器。[0008]優(yōu)選地，所述頻率自適應載波產生模塊包括電壓電流相位比較模塊及高分辨DDS模塊，所述電壓電流相位比較模塊通過比較由電壓電流信號采集模塊輸出的電壓、電流相位差，在合理的誤差范圍內作為輸出信號達到金屬管線諧振頻點的依據，進而控制高分辨率DDS模塊產生步進為IHz的正弦信號，當正弦信號頻率達到諧振頻點時鎖定頻率輸出作為最終載波信號輸出至FPGA信號調制模塊。
[0009]優(yōu)選地，所述語音信號接收控制端包括模擬信號幅度控制模塊、A / D轉換模塊、FPGA信號解調模塊、第二音頻處理模塊、語音功放及語音輸出設備，所述模擬信號幅度控制模塊輸出端經A / D轉換模塊與FPGA信號解調模塊的輸入端口相連接；所述第二音頻處理模塊輸出端口經語音功放接入語音輸出設備；所述FPGA信號解調模塊的輸出端口與第二音頻處理模塊輸入端口相接。
[0010]優(yōu)選地，所述模擬信號幅度控制模塊包括可變增益控制器和可變增益芯片，所述可變增益芯片的輸入端連接接收換能器的輸出端，所述可變增益芯片的輸出端連接所述A / D轉換模塊的輸入端，所述A / D轉換模塊的一輸出端連接所述可變增益控制器的輸入端，所述可變增益控制器根據A / D轉換模塊的輸出自動調節(jié)可變增益芯片的增益大小。[0011 ] 優(yōu)選地，所述語音信號發(fā)送控制端進一步包括第一通信接口，所述第一通信接口包括第一網絡控制器以及與其相連的第一網絡接口和/或第一 485協議控制器以及與其相連的第一 485接口。
[0012]優(yōu)選地，所述語音信號接收控制端進一步包括第二通信接口，所述第二通信接口包括第二網絡控制器以及與其相連的第二網絡接口和/或第二 485協議控制器以及與其相連的第二 485接口。
[0013]與現有技術采用的通信手段相比，本實用新型所述的語音通信系統(tǒng)采用一定直徑的實芯金屬管線作為傳遞介質、以機械波作為載波，進而實現調制高壓縮比數字語音信號的最終傳輸。該通信鏈路物理強度高、抗干擾能力極強，不易受環(huán)境因素影響導致設備癱瘓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施例的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的結構示意圖；
[0015]圖2為本實用新型實施例的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的語音信號發(fā)送控制端的一具體應用實例結構示意圖；
[0016]圖3為本實用新型實施例的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的語音信號發(fā)送控制端的又一具體應用實例結構示意圖；
[0017]圖4為本實用新型實施例的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的語音信號接收控制端的一結構示意圖；
[0018]圖5為本實用新型實施例的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的語音信號接收控制端的又一結構示意圖；
[0019]圖6為本實用新型實施例的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的語音信號發(fā)送控制端的又一具體應用實例結構示意圖；
[0020]圖7為本實用新型實施例的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的語音信號接收控制端的又一結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0022]相反，本實用新型涵蓋任何由權利要求定義的在本實用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本實用新型有更好的了解，在下文對本實用新型的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本實用新型。
[0023]參考圖1，所示為本實用新型實施例的一種金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的結構示意圖，其包括語音信號發(fā)送控制端10、語音信號傳遞系統(tǒng)20、語音信號接收控制端30，其中語音信號傳遞系統(tǒng)20進一步包括發(fā)送換能器201，接收換能器203，以及發(fā)送換能器201與接收換能器203之間固定連接的金屬管線202，語音信號發(fā)送控制端10用于語音信號數字化、壓縮、調制并將其放大成第一電載波信號輸入至發(fā)送換能器201，發(fā)送換能器201用于將電信號轉換成適應金屬管線202傳輸的機械載波信號，接收換能器203用于將金屬管線202傳輸過來的機械載波信號轉換成第二電載波信號，所述語音信號接收控制端30用于語音信號解調、解壓縮、D / A轉換并放大輸出。通過以上結構實現的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)，采用一定直徑的實芯金屬管線作為傳遞介質、以機械波作為載波，進而實現調制高壓縮比數字語音信號的最終傳輸，該通信鏈路物理強度高、抗干擾能力極強，不易受環(huán)境因素影響導致設備癱瘓。
[0024]在一具體應用實例中，金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的信號發(fā)送控制端的結構示意圖參見圖2，語音信號發(fā)送控制端10包括語音信號輸入設備101、第一音頻處理模塊102、FPGA信號調制模塊103、頻率自適應載波產生模塊104、電壓電流信號采集模塊105,D / A轉換模塊106及功率放大器模塊107，所述語音信號輸入設備101 (例如麥克風)經第一音頻處理模塊102接入FPGA信號調制模塊103的一輸入端，頻率自適應載波產生模塊輸出口接入FPGA信號調制模塊103的另一輸入端，FPGA信號調制模塊103輸出經D /A轉換模塊106接入功率放大器模塊107，功率放大器模塊107輸出端口一路接入電壓電流信號采集模塊105，另一路接入金屬管線202另一端的發(fā)送換能器201。由語音信號輸入設備101輸入模擬語音信號，經第一音頻處理模塊102先轉換成數字信號再壓縮輸出壓縮后的語音信號，經FPGA信號調制模塊103輸出調制語音信號，調制后的語音信號經D / A轉換模塊106轉換成模擬語音信號，再經功率放大器模塊107放大處理后的模擬語音信號一路送至發(fā)送換能器201轉換成機械波信號，另一路送至電壓電流信號采集模塊105轉換成數字信號輸出給頻率自適應載波產生模塊104，再由頻率自適應載波產生模塊104輸出正弦載波信號送至FPGA信號調制模塊103的另一輸入端。
[0025]參見圖3，在圖2具體應用實例的基礎上的又一具體應用實例的基礎上，語音信號發(fā)送控制端10的頻率自適應載波產生模塊104進一步包括電壓電流相位比較模塊1041及高分辨DDS(Direct Digital Synthesizer，直接數字式頻率合成器)模塊1042，電壓電流相位比較模塊1041通過比較由電壓電流信號采集模塊105輸出的電壓、電流相位差，在合理的誤差范圍內作為輸出信號達到金屬管線諧振頻點的依據，進而控制高分辨率DDS模塊1042產生步進為IHz的正弦信號，當正弦信號頻率達到諧振頻點時鎖定頻率輸出作為最終載波信號輸出至FPGA信號調制模塊103。
[0026]在一具體應用實例中，金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)的語音信號接收控制端的結構示意圖參見圖4，語音信號接收控制端30包括模擬信號幅度控制模塊301、A / D轉換模塊302、FPGA信號解調模塊303、第二音頻處理模塊304、語音功放305及語音輸出設備306，模擬信號幅度控制模塊301輸出端經A / D轉換模塊302與FPGA信號解調模塊303的輸入端口相連接；第二音頻處理模塊304輸出端口經語音功放305接入語音輸出設備306 ;FPGA信號解調模塊303的輸出端口與第二音頻處理模塊304輸入端口相接。接收換能器203將接收到的機械波信號轉換成第二電載波信號輸入到模擬信號幅度控制模塊301，輸出最佳幅度的模擬信號送入A / D轉換模塊302換成數字信號輸出給FPGA信號解調模塊303，解調后的數字信號經第二音頻處理模塊304解壓并轉換成模擬語音信號送入語音功放305放大處理,放大后的模擬語音信號送入語音輸出設備306輸出語音信號。
[0027]參見圖5，在圖4具體應用實例的基礎上的又一具體應用實例的基礎上，語音信號接收控制端30的模擬信號幅度控制模塊301進一步包括可變增益控制器3011和可變增益芯片3012，可變增益芯片3012的輸入端連接接收換能器203的輸出端，可變增益芯片3012的輸出端連接所述A / D轉換模塊302的輸入端，A / D轉換模塊302的一輸出端連接所述可變增益控制器3011的輸入端，可變增益控制器3011根據A / D轉換模塊302的輸出自動調節(jié)可變增益芯片3012的增益大小。
[0028]進一步的，在其他的具體應用實例中，參見圖6，語音信號發(fā)送控制端10可進一步包括第一通信接口 108，第一通信接口 108包括第一網絡控制器1081以及與其相連的第一網絡接口 1082和/或第一 485協議控制器1083以及與其相連的第一 485接口 1084。與此類似，參見圖7語音信號接收控制端30也可進一步包括第二通信接口 307，所述第二通信接口 307包括第二網絡控制器3071以及與其相連的第二網絡接口 3072和/或第二 485協議控制器3073以及與其相連的第二 485接口 3074。通信接口主要實現將數據傳輸給上位機、實現人機界面，便于管理中心對整個系統(tǒng)的管理和監(jiān)控。
[0029]本領域的技術人員應該可以理解的是，以上對本發(fā)明實施例中的各模塊的實施若采用組合以上實施例中模塊形成了具備語音傳輸功能的系統(tǒng)，皆認為涵蓋在本實用新型專利的保護范圍內。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)，其特征在于，包括語音信號發(fā)送控制端(10)、語音信號傳遞系統(tǒng)(20)、語音信號接收控制端(30)，所述語音信號傳遞系統(tǒng)(20)進一步包括發(fā)送換能器(201)，接收換能器(203)，以及發(fā)送換能器(201)與接收換能器(203)之間固定連接的金屬管線(202)， 所述語音信號發(fā)送控制端(10)用于將語音信號數字化、壓縮、調制并將其放大成第一電載波信號輸入至發(fā)送換能器(201)，所述發(fā)送換能器(201)用于將電信號轉換成適應金屬管線(202)傳輸的機械載波信號，所述接收換能器(203)用于將金屬管線(202)傳輸過來的機械載波信號轉換成第二電載波信號，所述語音信號接收控制端(30)用于將語音信號解調、解壓縮、D / A轉換，并放大輸出。
2.根據權利要求1所述的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)，其特征在于，所述語音信號發(fā)送控制端(10)包括語音信號輸入設備(101)、第一音頻處理模塊(102)、FPGA信號調制模塊(103)、頻率自適應載波產生模塊(104)、電壓電流信號采集模塊(105)、D /A轉換模塊(106)及功率放大器模塊(107)，所述語音信號輸入設備(101)經第一音頻處理模塊(102)接入FPGA信號調制模塊(103)的一輸入端，所述頻率自適應載波產生模塊輸出口接FPGA信號調制模塊(103)的另一輸入端；所述FPGA信號調制模塊(103)輸出經D /A轉換模塊(106)接入功率放大器模塊(107);所述功率放大器模塊(107)輸出端口一路接入電壓電流信號采集模塊，另一路接入金屬管線另一端的發(fā)送換能器。
3.根據權利要求2所述的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率自適應載波產生模塊(104)包括電壓電流相位比較模塊(1041)及高分辨DDS模塊(1042)，所述電壓電流相位比較模塊(1041)通過比較由電壓電流信號采集模塊(105)輸出的電壓、電流相位差，在合理的誤差范圍內作為輸出信號達到金屬管線諧振頻點的依據，進而控制高分辨率DDS模塊(1042)產生步進為IHz的正弦信號，當正弦信號頻率達到諧振頻點時鎖定頻率輸出作為最終載波信號輸出至FPGA信號調制模塊(103)。
4.根據權利要求1至3任一所述的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)，其特征在于，所述語音信號接收控制端(30)包括模擬信號幅度控制模塊(301)、A / D轉換模塊(302)、FPGA信號解調模塊(303)、第二音頻處理模塊(304)、語音功放(305)及語音輸出設備(306)，所述模擬信號幅度控制模塊(301)輸出端經A / D轉換模塊(302)與FPGA信號解調模塊(303)的輸入端口相連接；所述第二音頻處理模塊(304)輸出端口經語音功放(305)接入語音輸出設備；所述FPGA信號解調模塊(303)的輸出端口與第二音頻處理模塊(304)輸入端口相接。
5.根據權利要求4所述的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬信號幅度控制模塊(301)包括可變增益控制器(3011)和可變增益芯片(3012)，所述可變增益芯片(3012)的輸入端連接接收換能器(203)的輸出端，所述可變增益芯片(3012)的輸出端連接所述A / D轉換模塊(302)的輸入端，所述A / D轉換模塊(302)的一輸出端連接所述可變增益控制器(3011)的輸入端，所述可變增益控制器(3011)根據A / D轉換模塊(302)的輸出自動調節(jié)可變增益芯片(3012)的增益大小。
6.根據權利要求1或2或3或5所述的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)，其特征在于，所述語音信號發(fā)送控制端(10)進一步包括第一通信接口(108)，所述第一通信接口(108)包括第一網絡控制器(1081)以及與其相連的第一網絡接口(1082)和/或第一485協議控制器(1083)以及與其相連的第一 485接口(1084)。
7.根據權利要求1或2或3或5所述的金屬管線傳輸高壓縮比數字語音信號系統(tǒng)，其特征在于，所述語音信號接收控制端(30)進一步包括第二通信接口(307)，所述第二通信接口(307)包括第二網絡控制器(3071)以及與其相連的第二網絡接口(3072)和/或第二485協議控制器 (3073)以及與其相連的第二 485接口(3074)。
【文檔編號】H04B3/00GK203574645SQ201320730336
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權日:2013年11月18日
【發(fā)明者】鄭利浩 申請人:浙江傳媒學院