專利名稱：基于藍牙技術(shù)的雙模式多用途無線數(shù)據(jù)、語音收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及計算機、音頻設(shè)備之間安全、高速的無線通信裝置。
當(dāng)前計算機之間，音頻設(shè)備之間，計算機與音頻設(shè)備之間的音頻信號和數(shù)據(jù)傳輸大多應(yīng)用電線或電纜實現(xiàn)互聯(lián)。彼此之間過多的連線不但影響居室和辦公室的美觀，而且移動不便。為克服有線連接的問題，現(xiàn)今已有一些無線收發(fā)器，如模擬調(diào)頻無線收發(fā)器、載波2PSK(相移鍵控)調(diào)制無線收發(fā)器、基于IEEE802.11技術(shù)無線收發(fā)器、IrDA的紅外收發(fā)器。當(dāng)前模擬調(diào)頻無線收發(fā)器大多只用于音頻信號傳輸，一般無法支持數(shù)據(jù)傳輸。它無法實現(xiàn)鑒權(quán)(認證)功能，因此傳輸信息可被其它人接收截獲，不具有保密性。而且當(dāng)用戶量大時，相互干擾變得嚴(yán)重。載波2PSK調(diào)制無線收發(fā)器可支持數(shù)據(jù)傳輸，但當(dāng)前支持速率一般不超過20Kbit/s，數(shù)據(jù)率較低，且無法支持實時音頻傳輸，一般也沒有鑒權(quán)功能。IEEE802.11無線收發(fā)器、IrDA無線收發(fā)器都可以支持高速率，可同時支持音頻和數(shù)據(jù)傳輸。但802.11無線收發(fā)器技術(shù)過于復(fù)雜，一般僅用于無線網(wǎng)卡。IrDA無線收發(fā)器實現(xiàn)較簡單，是當(dāng)前應(yīng)用較多的技術(shù)，但存在下列幾個問題1)IrDA無線收發(fā)器必須在視線上直接對準(zhǔn)傳輸，中間不能有任何阻擋；2)設(shè)備間距離只能在1～3米之間；3)IrDA無線收發(fā)器只限于在兩個設(shè)備之間進行連接，不能同時連接更多的設(shè)備；4)IrDA無線收發(fā)器的加密、認證需要在應(yīng)用層完成。
隨著當(dāng)前我們身邊移動設(shè)備的增多，為完成傳輸操作必須進行頻繁的電纜、電線插拔。我們迫切需要一種廉價有效的可以替代有線電纜傳輸?shù)臒o線傳輸技術(shù)。其作用距離要求能覆蓋一般家用計算機、音頻設(shè)備間的距離，可能安全高速的同時支持音頻、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線收發(fā)器。
本實用新型的目的在于提供這樣一種可完成計算機、音頻設(shè)備之間安全、高速的通用的無線通信裝置。它有兩種工作模式主模式與從模式，分別對應(yīng)與音頻設(shè)備(如固定電話、手機、耳機、CD機、收音機、錄音機等)和計算機(如臺式機、筆記本計算機等)相連的情況。它可應(yīng)用于下列三種情況1．計算機之間的數(shù)據(jù)及音頻信號的無線傳輸；2．計算機與音頻設(shè)備之間數(shù)據(jù)及音頻信號的無線傳輸；3．音頻設(shè)備之間數(shù)據(jù)及音頻信號的無線傳輸。
本實用新型基于新的無線互聯(lián)技術(shù)-藍牙技術(shù)。
藍牙技術(shù)具有以下特征1)作用距離為10m-100m，可覆蓋一般家用計算機、電子設(shè)備之間的距離；且輻射功率低，一般為0dBm，對人體無危害；2)通信不限制在直線范圍內(nèi)，是全向的。可以方便的繞過障礙物，甚至設(shè)備不在同一間房內(nèi)也能相互連接；3)通信最高速度可達1Mbit/s，可傳圖象、視頻和高質(zhì)量音樂；4)采用快跳頻(FH-frequency happing)擴展頻譜的技術(shù)，具有很強的抗干擾性能；5)工作方式可以支持一對一、一對多兩種通信模式，可以多個設(shè)備構(gòu)成網(wǎng)，網(wǎng)與網(wǎng)可通過互聯(lián)擴展；6)具有良好的加密、認證能力；7)成本較低。
本實用新型的目的可以按下述方式實現(xiàn)。本實用新型控制單元集成電路U3分別連接RS232接口集成電路U2、PCM(脈沖編碼調(diào)制)音頻編解碼集成電路U4、藍牙單元集成電路U5、狀態(tài)功能開關(guān)U10。
本實用新型進一步特征在于控制單元集成電路U3連接有UART(通用異步收發(fā))串口U11；藍牙單元集成電路U5連接有天線單元U6；PCM音頻編解碼集成電路U4分別連接麥克風(fēng)U8、耳機U9；RS232接口集成電路連接有通用串口U1。
本實用新型的采用了雙模式、低功耗電路設(shè)計，僅用4個廉價小封裝尺寸的芯片，實現(xiàn)了同一個電路可根據(jù)用戶設(shè)置的不同模式功能狀態(tài)，工作在不同模式和功能下。既可與音頻設(shè)備相連也可與計算機相連，既可無線傳輸音頻又可傳輸數(shù)據(jù)，做到小尺寸、廉價、低功耗、通用、多功能。它根據(jù)功能狀態(tài)開關(guān)決定工作模式。它有兩種工作模式主模式與從模式，分別對應(yīng)與音頻設(shè)備和計算機相連的情況。當(dāng)它與計算機這種具有主控能力的設(shè)備相連時處于從模式，由主控設(shè)備完成無線連接建立、傳輸、控制等任務(wù)，當(dāng)與無主控能力的音頻設(shè)備相連時處于主模式，由收發(fā)器自己完成無線連接建立，傳輸控制等任務(wù)。
本實用新型的還采用了全向天線設(shè)計，兩臺設(shè)備可以在中間有障礙物，甚至處于兩個不同房間的情況下實現(xiàn)無線互連。
以下結(jié)合附圖實施例進一步說明本實用新型。
附


圖1為本實用新型電路結(jié)構(gòu)圖。
本實用新型采用的電路結(jié)構(gòu)如
圖1所示，共由11部分組成，標(biāo)記為U1-U11，其中U2、U3、U4、U5為芯片；U1,U11為數(shù)據(jù)接口；U9、U8為音頻接口；U7為電源接口；U6為天線；U10為功能狀態(tài)開關(guān)。
U1為RS232通用串口接口，它提供與計算機的通用串口(RS232或UART)連接。它的2,3腳分別為串行輸入，輸出腳，7,8腳為通用串口控制信號。2,8,3,7腳分別與U2的兩個RS232電平輸出腳T2o,T1o和兩個RS232電平輸入腳R2in,Rlin相連。
U2為RS232接口芯片，它提供RS232電平到TTL/CMOS電平的轉(zhuǎn)換。
1)它的T2o,R2in,Rlin,T1o分別與U1中2,3,7,8相連，將U1中2,8,3,7的RS232電平與U2的兩個TTL/CMOS電平輸入腳T2in,T1in和U2的兩個TTL/CMOS電平輸出腳R2o,R1o的TTL/CMOS電平相互轉(zhuǎn)換，T2in,R2o,R1o,Tlin與U3,U5中的發(fā)送握手指示腳CTS、串行數(shù)據(jù)接收腳RXD、接收握手指示腳RTS、串行數(shù)據(jù)發(fā)送腳TXD的TTL/CMOS電平相互轉(zhuǎn)換。其中T2in與U3,U5中的CTS相連；T1in與U3,U5中的TXD相連；R2o與U3,U5中的RXD相連；R1o與U3,U5中的RTS相連；2)S1,S2為芯片工作狀態(tài)指示，與U3中S1,S2相連；3)Enable為芯片工作允許控制與U3中使能腳Enable相連。當(dāng)它為高電平時此接口芯片U2開始工作，進行RS232電平與TTL/CMOS電平的轉(zhuǎn)換；當(dāng)它為低電平時芯片T2in,R2o,R1o,T1in輸出為三態(tài)，不影響與之相連的電平狀態(tài)。
U3為控制芯片，它提供如下功能1)它接收U2提供的S1、S2工作狀態(tài)指示信號；2)提供U2的Enable信號；3)提供U5的電源控制Pcontrol信號；4)提供U5的置位信號Reset；5)提供與U5中RXD,TXD,RTS,TCS連接；6)提供Clock1(2MHz)與Clock2(8KHz)的時鐘與U4、U5中時鐘信號Clock1,Clock2連接；7)根據(jù)由模式功能開關(guān)U10讀得的數(shù)據(jù)，決定工作模式；8)與U11的UART串口相連，進行與其它設(shè)備的串行數(shù)據(jù)交互；U4為PCM音頻編解碼芯片，它提供同時的音頻信號編解碼。
1)它的時鐘信號C1ock1、Clock2由U3中的Clock1、Clock2提供；2)它的時鐘Clock1,Clock2以及PCM編解碼輸入、輸出腳PCMi,PCMo與U5中Clock1,Clock2,PCMi,PCMo相連，提供PCM時鐘及輸入、輸出信號；
3)提供與U8、U9的連接。
U5為藍牙基帶控制和射頻收發(fā)模塊。它具有前面所述的藍牙特點，并采用了前向糾錯(Forward Error Correction)技術(shù)，限制了較長距離鏈路的無序噪聲影響，經(jīng)優(yōu)化的編碼方式可使藍牙技術(shù)應(yīng)用于各種惡劣的無線環(huán)境。1)可通過由RXD,TXD,RTS,TCS構(gòu)成的RS232口實現(xiàn)與其他多個收發(fā)器的藍牙模塊建立同步連接或異步連接，并實現(xiàn)鑒權(quán)功能；2)可通過RS232口在已建立的異步連接上發(fā)送接受經(jīng)過加密的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與其他收發(fā)器的安全通信。其最大速率可達723.2Mbit/s；3)可通過由Clock1、Clock2、PCMi、PCMo構(gòu)成的PCM口在已建立的同步連接上發(fā)送、接受經(jīng)過優(yōu)化編碼及加密的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與其他收發(fā)器的安全通信；4)由U5的電源控制腳Pcontrol提供芯片電源控制；5)由Reset控制芯片復(fù)位；6)通過天線腳ANT經(jīng)50歐姆微帶匹配線與天線相連實現(xiàn)2.4GHz ISM頻段無線發(fā)射接收。
U6為2.4GHz天線，它提供接近全向的天線方向圖，實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線發(fā)射接收。它的ANT腳與U5的ANT相連。
U7為電池接口，提供電路的電源。
U8為音頻信號輸入(麥克)接口，與U5的同相或反相輸入腳MIC+、MIC-相連。
U9為音頻信號輸出(耳機)接口，與U5的O+、O-相連。
U10為模式功能開關(guān)。當(dāng)模式(Mode)值為高時，表示表示收發(fā)器處于從模式工作狀態(tài)，此時收發(fā)模塊與計算機相連當(dāng)功能(Fun)值為高時，表示同時的音頻與數(shù)據(jù)通信；當(dāng)功能(Fun)值為低時，表示僅有數(shù)據(jù)通信。當(dāng)模式值為低，表示收發(fā)器處于主模式工作狀態(tài)，此時收發(fā)模塊與音頻設(shè)備相連當(dāng)功能(Fun)值為高時，表示同時的音頻與數(shù)據(jù)通信；當(dāng)功能(Fun)值為低時，表示僅有音頻通信。
U11為外接UART串行數(shù)據(jù)接口，sRXD,sTXD分別為串行數(shù)據(jù)輸入，輸出。工作過程1、打開電源開關(guān)后，U3上電復(fù)位，首先讀取模式功能開關(guān)信息；2、如果模式狀態(tài)為高電平時，表示收發(fā)器處于從模式工作狀態(tài)。此時收發(fā)模塊與計算機相連，且使U11處于懸空狀態(tài)，控制單元U3與U11的接口有效。U3將RXD、CTS、RTS、TXD設(shè)為輸入狀態(tài)而后令Enable為有效使U2開始工作，并提供U5電源為高，提供U5的Reset信號。當(dāng)功能(Fun)值為低時，表示僅有數(shù)據(jù)通信；當(dāng)功能(Fun)值為高時，表示同時的音頻與數(shù)據(jù)通信，此時需設(shè)置時鐘使系統(tǒng)通過Clock1、Clock2提供8K和2M的時鐘3、計算機通過U1發(fā)送接受RS232電平的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)通過U2轉(zhuǎn)換為TTL/CMOS的數(shù)據(jù)，并連接到U5的RS232口；4、計算機上層應(yīng)用程序通過驅(qū)動程序通過U1,U2,U5,U6先后實現(xiàn)寫入支持所設(shè)定的功能；查詢周圍其它收發(fā)器及對音頻、數(shù)據(jù)通信的支持狀態(tài)，并響應(yīng)其它設(shè)備的查詢；選擇連接對象、鑒權(quán)(看對方是否支持你的連接請求)；建立連接，并設(shè)置加密；5、如果對方支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則通過U1,U2,U5,U6傳輸數(shù)據(jù)；6、如果對方支持音頻業(yè)務(wù)，則U8,U9分別與計算機聲卡的麥克和喇叭口相連通過U4將模擬音頻信號數(shù)字化，而后通過U5的PCM口和U6實現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)同步傳輸；7、如果模式狀態(tài)為低電平時，表示收發(fā)器處于主模式工作狀態(tài)，此時收發(fā)模塊并沒與計算機相連。令U1處于懸空狀態(tài)，Enable無效使U2禁止工作，降低設(shè)備功耗。設(shè)置時鐘使系統(tǒng)通過Clock1、Clock2提供8K和2M的時鐘。當(dāng)功能(Fun)值為低時，表示僅有音頻通信；當(dāng)功能(Fun)值為高時，表示同時的音頻與數(shù)據(jù)通信，此時需使控制單元U3與U11的接口有效。將U3的RXD、TXD設(shè)為串口工作模式，將CTS、RTS用作串口控制信號；8、U3根據(jù)功能值，決定所支持等功能，而后通過U5的RS232口、U6先后實現(xiàn)寫入支持所設(shè)定的功能；查詢周圍其它收發(fā)器及對音頻、數(shù)據(jù)通信的支持狀態(tài)，并響應(yīng)其它設(shè)備的查詢；選擇連接對象、鑒權(quán)(看對方是否支持你的連接請求)；建立連接，并設(shè)置加密；9、如果對方支持音頻業(yè)務(wù)，則U8,U9分別與計算機聲卡的麥克和喇叭口相連通過U4將模擬音頻信號數(shù)字化，而后通過U5的PCM口和U6實現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)同步傳輸；10、如果對方支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則通過U11收發(fā)串行數(shù)據(jù)，而后通過U3,U5,U6傳輸數(shù)據(jù)。
以上U2、U3、U4、U5均可以由具有相同控制功能和連接關(guān)系的多種通用廉價低功耗的芯片實現(xiàn)。一種實施例可能的集成電路型號選擇為U2為MAX3225E,U3為MD89C604,U4為MC145481,U5為ROK101。
下面對本實施例在三種情況各給出應(yīng)用本實用新型的兩種新設(shè)備計算機同步卡、語音文檔管理器和一種通用設(shè)備-無線耳麥的工作過程。
a)計算機同步卡。用于計算機與計算機、計算機與筆記本計算機、筆記本計算機與筆記本計算機之間實現(xiàn)用戶臺式機和筆記本中日程表、電子郵件等文件的自動同步功能。
在兩端計算機上的本實用新型的電路的工作過程如下1．模式開關(guān)為高、功能開關(guān)為低。打開電源U7后，U3上電復(fù)位，首先讀取模式功能開關(guān)狀態(tài)；2．令U11處于懸空狀態(tài)。U3將CTS,TXD,RTS,RXD腳設(shè)為輸入狀態(tài)而后令Enable腳為高使U2開始工作；提供U5的PControl為高，提供U5的Reset信號；3．計算機通過U1發(fā)送接受RS232電平的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過U2轉(zhuǎn)換為TTL/CMOS電平的數(shù)據(jù)，與U5的RS232口連接；4．計算機上應(yīng)用程序的驅(qū)動程序通過U1、U2、U5、U6先后實現(xiàn)寫入支持數(shù)據(jù)同步傳輸功能；查詢周圍其它收發(fā)器及對音頻、數(shù)據(jù)通信的支持狀態(tài)，并響應(yīng)其它設(shè)備的查詢；從支持數(shù)據(jù)同步傳輸功能的設(shè)備中選擇連接對象、鑒權(quán)(看對方是否支持你的連接請求)；建立連接，并設(shè)置加密；5．通過U1,U2,U5,U6傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)文件更新。b)語音文檔管理器。它可安裝于固定電話、移動電話上，用于把音頻信息以數(shù)字化的形式傳輸?shù)桨惭b有PC卡的計算機上，并在計算機上以音頻壓縮文件的形式保存下。
在音頻設(shè)備端的本實用新型的電路的工作過程如下1．設(shè)置模式開關(guān)為低電平，功能開關(guān)為低。打開電源開關(guān)后，U3上電復(fù)位，首先讀取狀態(tài)開關(guān)；2．收發(fā)器處于主模式工作狀態(tài)，此時U1處于懸空狀態(tài)。U3令Enable腳為禁止U2工作，將TXD,RXD設(shè)為串口工作模式，CTS,RTS腳用作串口控制信號。而后設(shè)置時鐘使系統(tǒng)通過Clock1,Clock2腳提供8K和2M的時鐘；提供U5的PControl為高，提供U5的Reset信號；3．U2通過U5、U6先后實現(xiàn)寫入支持音頻語音文檔傳輸功能；查詢周圍其它收發(fā)器及對音頻、數(shù)據(jù)通信的支持狀態(tài)，并響應(yīng)其它設(shè)備的查詢；從支持音頻語音文檔傳輸功能的設(shè)備中支持選擇連接對象、鑒權(quán)(看對方是否支持你的連接請求)；建立連接，并設(shè)置加密；4．U8,U9分別與計算機聲卡的麥克和喇叭口相連，通過U4將模擬音頻信號數(shù)字化，而后通過U5的PCM口和U6實現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)同步傳輸。
在計算機上的本實用新型的電路的工作過程如下
6．模式開關(guān)為高、功能開關(guān)為高。打開電源開關(guān)后，U3上電復(fù)位，首先讀取模式功能開關(guān)狀態(tài)；7．令U11處于懸空狀態(tài)。U3將RTS,CTS,RXD,TXD腳設(shè)為輸入狀態(tài)，而后令Enable腳為使U2開始工作。設(shè)置時鐘使系統(tǒng)通過Clock1,Clock2腳提供8K和2M的時鐘；提供U5的PControl為高，提供U5的Reset信號；8．計算機通過U1發(fā)送接受RS232電平的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過U2轉(zhuǎn)換為TTL/CMOS電平的數(shù)據(jù)，與U5的RS232口連通；9．計算機上層應(yīng)用程序的驅(qū)動程序通過U1、U2、U5、U6先后實現(xiàn)寫入支持音頻語音文檔傳輸功能；查詢周圍其它收發(fā)器及對音頻、數(shù)據(jù)通信的支持狀態(tài)，并相應(yīng)其它設(shè)備當(dāng)查詢；從支持音頻語音文檔傳輸功能的設(shè)備中選擇連接對象、鑒權(quán)；建立連接，并設(shè)置加密；10．通過U1,U2,U5,U6傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，實現(xiàn)文件更新。
c)無線耳麥。它實現(xiàn)與手機或固定電話的無線通信。
在兩端音頻設(shè)備的本實用新型的電路的工作過程如下1．設(shè)置模式開關(guān)為低電平，功能開關(guān)為低。打開電源開關(guān)后，U3上電復(fù)位，首先讀取狀態(tài)開關(guān)；2．收發(fā)器處于主模式工作狀態(tài)，此時U1處于懸空狀態(tài)。U3令Enable腳為禁止U2工作，將RXD,TXD設(shè)為串口工作模式，CTS,RTS腳用作串口控制信號。而后設(shè)置時鐘使系統(tǒng)通過Clock1,Clock2腳提供8K和2M的時鐘；提供U5的PControl為高，提供U5的Reset信號；3．U2通過U5、U6先后實現(xiàn)寫入支持無線耳機傳輸功能；查詢周圍其它收發(fā)器及對音頻、數(shù)據(jù)通信的支持狀態(tài)，并響應(yīng)其它設(shè)備的查詢；從支持數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)脑O(shè)備中支持選擇連接對象、鑒權(quán)；建立連接，并設(shè)置加密；4．U8,U9分別與計算機聲卡的麥克和喇叭口相連通過U4將模擬音頻信號數(shù)字化，而后通過U5的PCM口和U6實現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)同步傳輸。
本實用新型的基本特點為它基于新的無線互聯(lián)技術(shù)-藍牙技術(shù)，并采用雙模式低功耗設(shè)計，僅用一個簡單的低成本電路，可根據(jù)用戶的設(shè)置與音頻設(shè)備相連或與計算機相連，進行無線傳輸音頻或傳輸數(shù)據(jù)。本實用新型具有尺寸小、功耗低，可在10m范圍內(nèi)實現(xiàn)安全、高速、全方向無線的數(shù)據(jù)及音頻信號傳輸，是一種可以滿足工程上高性能、低成本，有廣闊應(yīng)用前景的實用方法。
權(quán)利要求1.一種基于藍牙技術(shù)的雙模式多用途無線數(shù)據(jù)、語音收發(fā)器，其特征在于控制單元集成電路U3分別連接RS232接口集成電路U2、PCM音頻編解碼集成電路U4、藍牙單元集成電路U5、狀態(tài)功能開關(guān)U10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍牙技術(shù)的雙模式多用途無線數(shù)據(jù)、語音收發(fā)器，其特征在于控制單元集成電路U3連接有UART串口U11。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍牙技術(shù)的雙模式多用途無線數(shù)據(jù)、語音收發(fā)器，其特征在于藍牙單元集成電路U5連接有天線單元U6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍牙技術(shù)的雙模式多用途無線數(shù)據(jù)、語音收發(fā)器，其特征在于PCM音頻編解碼集成電路U4分別連接麥克風(fēng)U8、耳機U9。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍牙技術(shù)的雙模式多用途無線數(shù)據(jù)、語音收發(fā)器，其特征在于RS232接口集成電路連接有通用串口U1。
專利摘要本實用新型涉及計算機、音頻設(shè)備之間安全、高速的無線通信裝置。本實用新型特征在于控制單元集成電路U3分別連接RS232接口集成電路U2、PCM音頻編解碼集成電路U4、藍牙單元集成電路U5、狀態(tài)功能開關(guān)U10。本實用新型具有尺寸小、功耗低，可在10m范圍內(nèi)實現(xiàn)安全、高速、全方向無線的數(shù)據(jù)及音頻信號傳輸，是一種可以滿足工程上高性能、低成本，有廣闊應(yīng)用前景的實用方法。
文檔編號G10L21/02GK2447895SQ0025802
公開日2001年9月12日 申請日期2000年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月25日
發(fā)明者李陽, 王波, 皇甫偉, 郭清泉, 屠焱, 李鵬鯤 申請人:李陽