一種機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例公開了一種機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)包括信號發(fā)送控制端、信號傳遞系統(tǒng)、信號接收控制端，信號傳遞系統(tǒng)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，發(fā)送換能器將第一電載波信號轉(zhuǎn)換成適應(yīng)金屬管線傳輸?shù)臋C械載波信號，接收換能器將金屬管線傳輸過來的機械載波信號轉(zhuǎn)換成第二電載波信號。本發(fā)明在調(diào)制信號為高時，通過控制同相載波信號的輸出時間以及加入一定時間的反相載波信號，起到了主動消除由機械載波信號在金屬管線中傳播時的粘滯效應(yīng)而產(chǎn)生的余振，減少了基于金屬管線信道傳輸信號的系統(tǒng)失真，提高了金屬管線信道容量，實現(xiàn)了語音信號數(shù)據(jù)量的傳輸。
【專利說明】一種機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別地涉及一種機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通信手段的演進(jìn)，無線，光纜，電纜等數(shù)據(jù)傳輸方式都得到了極大的發(fā)展，且數(shù)據(jù)傳輸速率越來越快，越來越高效。目前調(diào)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(diào)制電信號較容易受到外界環(huán)境的干擾，比較容易造成通信中斷。在惡劣環(huán)境因素下通信強度達(dá)不到，很容易陷入癱瘓，無法傳輸語音、數(shù)據(jù)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(zāi)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(shè)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。
[0003]金屬管線信道因其較好的抗破壞特性將為以上的通信方式做出彌補。在金屬管線中信號將以機械載波信號的形式進(jìn)行傳輸，其過程為先將電信號變換成機械載波信號，再利用金屬管線的振動來傳播機械載波信號，最后在接收端通過將機械載波信號變換成電信號的一種方式來實現(xiàn)基于金屬管線的信道傳輸。但是，由于金屬管線的物理特性，機械載波信號在其中傳播會產(chǎn)生粘滯效應(yīng)。而采用傳統(tǒng)的信號FSK(Frequency_shift keying,頻移鍵控)調(diào)制方法，在調(diào)制波信號電平變化，反映到已調(diào)制信號在載波信號電平突變到零電平的時候，由于粘滯效應(yīng)，在接收端，由機械載波信號變換而來的已調(diào)制信號卻會出現(xiàn)由載波信號電平逐步衰減到零電平。即存在一定的阻尼振蕩時間，這必然會帶來信號解調(diào)時的系統(tǒng)失真，甚至造成系統(tǒng)無法通信。
[0004]故，針對目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實有必要進(jìn)行研究，以提供一種方案，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，避免造成以機械載波信號形式在金屬管線信道中傳輸信號時系統(tǒng)失真，甚至無法工作的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，在調(diào)制信號為高時，通過控制同相載波信號的輸出時間以及加入一定時間的反相載波信號，起到了主動消除機械載波信號在金屬管線中傳播時的粘滯效應(yīng)而產(chǎn)生的余振現(xiàn)象，大大減少了基于金屬管線信道傳輸信號的系統(tǒng)失真，提高了通信的可靠性。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，包括信號發(fā)送控制端、信號傳遞系統(tǒng)、信號接收控制端，所述信號傳遞系統(tǒng)進(jìn)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，
[0008]所述信號發(fā)送控制端用于接收需要傳輸?shù)男盘柌⑵浞糯笳{(diào)制轉(zhuǎn)換成第一電載波信號輸入至發(fā)送換能器，所述發(fā)送換能器用于將第一電載波信號轉(zhuǎn)換成適應(yīng)金屬管線傳輸?shù)臋C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(zhuǎn)換成第二電載波信號，所述信號接收控制端用于接收所述接收換能器輸出的第二電載波信號并解調(diào)放大成輸出信號輸出，
[0009]其中信號發(fā)送控制端的調(diào)制過程為利用正弦載波將調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成已調(diào)制信號，其中所述正弦載波的頻率與采用的金屬管線的諧振頻率一致，
[0010]當(dāng)調(diào)制波信號為低電平時，已調(diào)制波輸出零電平；當(dāng)調(diào)制波信號為高時，先輸出第一時間周期Tl的同相載波信號，緊接著輸出第二時間周期T2的反相載波信號，其中第一時間周期Tl與第二時間周期T2的總和小于調(diào)制波的周期T ；
[0011 ] 信號接收控制端的解調(diào)過程為在單個調(diào)制信號電平相同的周期內(nèi)，檢測接收到的信號是否有超過一定閾值的高電平出現(xiàn)，如果有，得到解調(diào)信號為高電平，否則為低電平。
[0012]優(yōu)選地，所述信號發(fā)送控制端包括信號輸入設(shè)備、第一處理模塊、FPGA信號調(diào)制模塊、頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)生模塊、電壓電流信號采集模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊及功率放大器模塊，所述信號輸入設(shè)備經(jīng)第一處理模塊接入FPGA信號調(diào)制模塊的一輸入端，所述頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)生模塊輸出口接入FPGA信號調(diào)制模塊的另一輸入端；所述FPGA信號調(diào)制模塊輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)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的發(fā)送換能器。
[0013]優(yōu)選地，所述頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)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(nèi)作為輸出信號達(dá)到金屬管線諧振頻點的依據(jù)，進(jìn)而控制高分辨率DDS模塊產(chǎn)生步進(jìn)為IHz的正弦信號，當(dāng)正弦信號頻率達(dá)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(diào)制模塊。
[0014]優(yōu)選地，所述信號接收控制端包括模擬信號幅度控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA信號解調(diào)模塊、第二音理處理模塊、信號功放及信號輸出設(shè)備，所述模擬信號幅度控制模塊輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊與FPGA信號解調(diào)模塊的輸入端口相連接；所述第二處理模塊輸出端口經(jīng)信號功放接入語音輸出設(shè)備；所述FPGA信號解調(diào)模塊的輸出端口與第二處理模塊輸入端口相接。
[0015]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(zhuǎn)換模塊的輸入端，所述A/D轉(zhuǎn)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(jù)A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出自動調(diào)節(jié)可變增益芯片的增益大小。
[0016]優(yōu)選地，所述語音信號發(fā)送控制端進(jìn)一步包括第一通信接口，所述第一通信接口包括第一網(wǎng)絡(luò)控制器以及與其相連的第一網(wǎng)絡(luò)接口和/或第一 485協(xié)議控制器以及與其相連的第一 485接口。
[0017]優(yōu)選地，所述信號接收控制端進(jìn)一步包括第二通信接口，所述第二通信接口包括第二網(wǎng)絡(luò)控制器以及與其相連的第二網(wǎng)絡(luò)接口和/或第二 485協(xié)議控制器以及與其相連的第二 485接口。
[0018]優(yōu)選地，所述金屬管線為實心的金屬管線。
[0019]優(yōu)選地，所述接收換能器和發(fā)送換能器為壓電陶瓷換能器。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)采用的通信手段相比，本發(fā)明的有益效果如下:[0021](I)系統(tǒng)采用一定直徑的實芯金屬管線作為傳遞介質(zhì)、以機械載波信號作為載波，進(jìn)而實現(xiàn)調(diào)制高壓縮比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(dǎo)致設(shè)備癱瘓；
[0022](2)在調(diào)制信號為高時，通過控制同相載波信號的輸出時間以及加入一定時間的反相載波信號，起到了主動消除機械載波信號在金屬管線中傳播時的粘滯效應(yīng)而產(chǎn)生的余振現(xiàn)象，大大減少了基于此信道的系統(tǒng)失真，提高了通信的可靠性；
[0023](3)通過與調(diào)制方法相適應(yīng)的解調(diào)方法，完善了系統(tǒng)通信鏈路，提高了通信效率；
[0024](4)采用自動頻率跟蹤法使得產(chǎn)生的載波信號的頻率與金屬管線的諧振頻率一致，使得系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性得到提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實施例的機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例的機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的一具體應(yīng)用實例中調(diào)制波形的示意圖；
[0027]圖3為與圖2對應(yīng)的解調(diào)波形的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實施例的機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的信號發(fā)送控制端的一具體應(yīng)用實例結(jié)構(gòu)不意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明實施例的機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的信號發(fā)送控制端的又一具體應(yīng)用實例結(jié)構(gòu)不意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明實施例的機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的信號發(fā)送控制端的信號接收控制端的一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7為本發(fā)明實施例的機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的信號發(fā)送控制端的的信號接收控制端的又一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8為本發(fā)明實施例的機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的信號發(fā)送控制端的又一具體應(yīng)用實例結(jié)構(gòu)不意圖；
[0033]圖9為本發(fā)明實施例的機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的信號接收控制端的又一結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0035]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0036]參考圖1，所示為本發(fā)明實施例的一種機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括信號發(fā)送控制端10、信號傳遞系統(tǒng)20、信號接收控制端30，所述信號傳遞系統(tǒng)20進(jìn)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，信號發(fā)送控制端10用于接收需要傳輸?shù)男盘柌⑵浞糯笳{(diào)制轉(zhuǎn)換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用于將模擬電信號轉(zhuǎn)換成適應(yīng)金屬管線202傳輸?shù)臋C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(zhuǎn)換成第二電載波信號，所述信號接收控制端30用于接收接收換能器203輸出的第二電載波信號并解調(diào)放大成語音輸出信號輸出，其中信號發(fā)送控制端10的調(diào)制過程為利用正弦載波將所述調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成已調(diào)制信號，其中所述正弦載波的頻率與采用的金屬管線的諧振頻率一致，當(dāng)調(diào)制波信號為低電平時，已調(diào)制波輸出零電平；當(dāng)調(diào)制波信號為高時，先輸出第一時間周期Tl的同相載波信號，緊接著輸出第二時間周期T2的反相載波信號，其中第一時間周期Tl與第二時間周期T2的總和小于調(diào)制波的周期T ;相應(yīng)的信號接收控制端30的解調(diào)過程為在單個調(diào)制信號電平相同的周期內(nèi)，檢測接收到的信號是否有超過一定閾值的高電平出現(xiàn)，如果有，得到解調(diào)信號為高電平，否則為低電平。其中閥值是介于最大幅度值和零電平之間的一個值。最大幅度值是接收到的信號經(jīng)過限幅后得到的最大幅度值。通過以上結(jié)構(gòu)以及調(diào)制解調(diào)方式實現(xiàn)的機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)采用一定直徑的實心金屬管線作為信號傳遞介質(zhì)、以機械載波信號作為載波，進(jìn)而實現(xiàn)調(diào)制高壓縮比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(dǎo)致設(shè)備癱瘓，同時在調(diào)制信號為高時，通過控制同相載波信號的輸出時間以及加入一定時間的反相載波信號，起到了主動消除機械載波信號在金屬管線中傳播時的粘滯效應(yīng)而產(chǎn)生的余振現(xiàn)象，大大減少了基于此信道的系統(tǒng)失真，提高了通信的可靠性；通過與調(diào)制方法相適應(yīng)的解調(diào)方法，完善了系統(tǒng)通信鏈路，提高了通信效率，提高了金屬管線信道容量，尤其適合速率為l_2Kbit/S的語音信號的傳輸，實現(xiàn)了語音信號數(shù)據(jù)量的傳輸。
[0037]其中，金屬管線為實心的金屬管線，采用如銅，鐵等機械強度高的金屬材料制成。實心的金屬材質(zhì)具有傳遞速度快，效率高，遠(yuǎn)距離傳輸能量損耗小且具有良好的機械強度，是傳輸機械振動的良好載體，可以在破壞性事故中具有很強的抗破壞性，能保證信號的傳輸通道。，
[0038]參看圖2為采用圖1所示的以機械載波形式在金屬管線信道中傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中的一應(yīng)用實例中調(diào)制過程的波形示意圖。所述調(diào)制幀就是待調(diào)制的信號，它以幀的形式進(jìn)行封裝。每一幀包括同步字節(jié)和數(shù)據(jù)。每一幀長度可以根據(jù)需求進(jìn)行改變。同步字節(jié)以0X01為例，也可以不限定為0X01，但0X01的實際效果要好些，因此圖中以0X01為例進(jìn)行說明。數(shù)據(jù)可以是用戶需要傳送的二進(jìn)制信息。載波就是與所采用的金屬引線的物理諧振頻率一致的正弦信號。已調(diào)制波信號就是經(jīng)過調(diào)制之后的輸出信號。由它經(jīng)過換能器后轉(zhuǎn)換成機械載波信號，在金屬引線中進(jìn)行傳遞。當(dāng)調(diào)制波信號為低時，已調(diào)制波輸出零電平；當(dāng)調(diào)制波信號為高時，先輸出一定時間的同相載波信號，假設(shè)時間為Tl，緊接著輸出一定時間的反相載波信號，假設(shè)時間為T2。Tl < T，T2 < T，T1+T2 < T。其中T為單個調(diào)制波信號的周期。其中Tl < T，是因為金屬管線的物理粘滯效應(yīng)，在沿一個方向起振后，金屬管線無法立即停振，會有一個阻尼振蕩的過程，最終停止振動。如果下一個調(diào)制波輸出為零電平，那么這樣的阻尼振蕩勢必會對解調(diào)過程中的峰值檢測帶來干擾，帶來系統(tǒng)誤差。采用Tl < T，可以為阻尼振蕩預(yù)留一定的時間，而且對本周期的峰值檢測不產(chǎn)生影響，減小了系統(tǒng)誤差。同時Tl的具體值的確定需要根據(jù)采用的金屬管線的物理特性來實際權(quán)衡，來為阻尼振蕩預(yù)留足夠的時間。引入反相載波信號輸出是為了縮短阻尼振蕩的時間，起到主動消除余振的作用。T2的時間也需要根據(jù)實際情況下測試結(jié)果確定，時間太長的話會引起反相的余振，時間太短的話消除余振的效果可能不太明顯，總的時間要求為Τ1+Τ2< Τ。
[0039]與圖2相對應(yīng)，參看圖3是對應(yīng)的解調(diào)方法的波形示意圖。接收到的已調(diào)制波中的閥值是介于接收波幅度值和零電平之間的一個值。記錄下一個調(diào)制信號周期內(nèi)的最大幅值，高于閥值時，認(rèn)為該周期內(nèi)接收的信號為高。低于此閥值時，認(rèn)為該周期內(nèi)接收的信號為低。解調(diào)時，采用輪詢同步字節(jié)，同步字節(jié)匹配了以后，保存接下來的數(shù)據(jù)字節(jié)。在每一幀檢測完畢后，又重新開始輪詢同步字節(jié)，就這樣，不斷地對接收到的已調(diào)制波信號進(jìn)行檢測，完成整個解調(diào)過程，得到解調(diào)信號，例如圖中示意的為解調(diào)同步字節(jié)0X01，則得到如下的波形。
[0040]在一具體應(yīng)用實例中，機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的信號發(fā)送控制端的結(jié)構(gòu)示意圖參見圖4，信號發(fā)送控制端10包括信號輸入設(shè)備101、第一處理模塊102、FPGA信號調(diào)制模塊103、頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)生模塊104、電壓電流信號采集模塊105、D/A轉(zhuǎn)換模塊106及功率放大器模塊107，所述信號輸入設(shè)備101經(jīng)第一處理模塊102接入FPGA信號調(diào)制模塊103的一輸入端，頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)生模塊輸出口接入FPGA信號調(diào)制模塊103的另一輸入端，F(xiàn)PGA信號調(diào)制模塊103輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)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。由信號輸入設(shè)備101輸入模擬信號,經(jīng)第一處理模塊102先轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再壓縮輸出壓縮后的信號，經(jīng)FPGA信號調(diào)制模塊103輸出調(diào)制信號，F(xiàn)PGA信號調(diào)制模塊103的工作過程如下:將需要傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換成調(diào)制幀，其中所述調(diào)制幀包括同步字節(jié)以及數(shù)據(jù)；將調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成調(diào)制波信號，其中調(diào)制波的周期T大于用以傳輸數(shù)據(jù)的金屬管線的最大傳輸速率周期；利用正弦載波將所述調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成已調(diào)制信號，其中所述正弦載波的頻率與采用的金屬管線的諧振頻率一致，當(dāng)調(diào)制波信號為低電平時，已調(diào)制波輸出零電平；當(dāng)調(diào)制波信號為高時，先輸出第一時間周期Tl的同相載波信號，緊接著輸出第二時間周期Τ2的反相載波信號，其中第一時間周期Tl與第二時間周期Τ2的總和小于調(diào)制波的周期Τ。調(diào)制后的信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換模塊106轉(zhuǎn)換成模擬信號，再經(jīng)功率放大器107放大處理后的模擬信號一路送至發(fā)送換能器轉(zhuǎn)換成機械載波信號，另一路送至電壓電流采集模塊105轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出給頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)生模塊，再由頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)生模塊輸出正弦載波信號送至FPGA信號調(diào)整模塊另一輸入端。
[0041]參見圖5，在圖2具體應(yīng)用實例的基礎(chǔ)上的又一具體應(yīng)用實例的基礎(chǔ)上，信號發(fā)送控制端的頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)生模塊104進(jìn)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(shù)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(nèi)作為輸出信號達(dá)到金屬管線諧振頻點的依據(jù)，進(jìn)而控制高分辨率DDS模塊1042產(chǎn)生步進(jìn)為IHz的正弦信號，當(dāng)正弦信號頻率達(dá)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(diào)制模塊103。
[0042]在一具體應(yīng)用實例中，機械載波語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的信號接收控制端的結(jié)構(gòu)示意圖參見圖6，信號接收控制端30包括模擬信號幅度控制模塊301、A/D轉(zhuǎn)換模塊302、FPGA信號解調(diào)模塊303、第二音頻處理模塊304、語音功放305及語音輸出設(shè)備306，所述模擬信號幅度控制模塊301輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊302與FPGA信號解調(diào)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(jīng)語音功放305接入語音輸出設(shè)備；所述FPGA信號解調(diào)模塊303的輸出端口與第二音頻處理模塊304輸入端口相接。接收換能器將接收到的機械載波信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號輸入到模擬信號幅度控制模塊，輸出最佳幅度的模擬信號送入A/D轉(zhuǎn)換模塊換成數(shù)字信號輸出給FPGA信號解調(diào)模塊，解調(diào)后的數(shù)字信號經(jīng)第二音頻處理模塊解壓并轉(zhuǎn)換成模擬語音信號送入語音功放模塊放大處理，放大后的模擬語音信號送入語音輸出設(shè)備輸出語音信號。
[0043]參見圖7，在圖6具體應(yīng)用實例的基礎(chǔ)上的又一具體應(yīng)用實例的基礎(chǔ)上，信號接收控制端30的模擬信號幅度控制模塊301進(jìn)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，所述可變增益芯片3012的輸出端連接所述A/D轉(zhuǎn)換模塊302的輸入端，A/D轉(zhuǎn)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(jù)A/D轉(zhuǎn)換模塊302的輸出自動調(diào)節(jié)可變增益芯片3011的增益大小。
[0044]進(jìn)一步的，在其他的具體應(yīng)用實例中，參見圖8，信號發(fā)送控制端10可進(jìn)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(wǎng)絡(luò)控制器1081以及與其相連的第一網(wǎng)絡(luò)接口 1082和/或第一 485協(xié)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9信號接收控制端30也可進(jìn)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(wǎng)絡(luò)控制器3071以及與其相連的第二網(wǎng)絡(luò)接口 3072和/或第二 485協(xié)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(xiàn)將數(shù)據(jù)傳輸給上位機、實現(xiàn)人機界面，便于管理中心對整個系統(tǒng)的管理和監(jiān)控。
[0045]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)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(rèn)為涵蓋在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括信號發(fā)送控制端(10)、信號傳遞系統(tǒng)(20)、信號接收控制端(30)，所述信號傳遞系統(tǒng)(20)進(jìn)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)， 所述信號發(fā)送控制端(10)用于接收需要傳輸?shù)男盘柌⑵浞糯笳{(diào)制轉(zhuǎn)換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)用于將第一電載波信號轉(zhuǎn)換成適應(yīng)金屬管線(202)傳輸?shù)臋C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(zhuǎn)換成第二電載波信號，所述信號接收控制端(30)用于接收所述接收換能器(203)輸出的第二電載波信號并解調(diào)放大成輸出信號輸出， 其中信號發(fā)送控制端(10)的調(diào)制過程為利用正弦載波將調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成已調(diào)制信號，其中所述正弦載波的頻率與采用的金屬管線的諧振頻率一致， 當(dāng)調(diào)制波信號為低電平時，已調(diào)制波輸出零電平；當(dāng)調(diào)制波信號為高時，先輸出第一時間周期Tl的同相載波信號，緊接著輸出第二時間周期T2的反相載波信號，其中第一時間周期Tl與第二時間周期T2的總和小于調(diào)制波的周期T ； 信號接收控制端(30)的解調(diào)過程為在單個調(diào)制信號電平相同的周期內(nèi)，檢測接收到的信號是否有超過一定閾值的高電平出現(xiàn)，如果有，得到解調(diào)信號為高電平，否則為低電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號發(fā)送控制端(10)包括信號輸入設(shè)備(101)、第一處理模塊(102)、FPGA信號調(diào)制模塊(103)、頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)生模塊(104)、電壓電流信號采集模塊(105)、D/A轉(zhuǎn)換模塊(106)及功率放大器模塊(107)，所述信號輸入設(shè)備(101)經(jīng)第一處理模塊(102)接入FPGA信號調(diào)制模塊(103)的一輸入端，·所述頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)生模塊輸出口接入FPGA信號調(diào)制模塊(103)的另一輸入端；所述FPGA信號調(diào)制模塊(103)輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)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(105)，另一路接入金屬管線另一端的發(fā)送換能器(201)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率自適應(yīng)載波產(chǎn)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(nèi)作為輸出信號達(dá)到金屬管線諧振頻點的依據(jù)，進(jìn)而控制高分辨率DDS模塊(1042)產(chǎn)生步進(jìn)為IHz的正弦信號，當(dāng)正弦信號頻率達(dá)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(diào)制模塊(103)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號接收控制端(30)包括模擬信號幅度控制模塊(301)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(302) ,FPGA信號解調(diào)模塊(303)、第二處理模塊(304)、信號功放(305)及信號輸出設(shè)備(306),所述模擬信號幅度控制模塊(301)輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊(302)與FPGA信號解調(diào)模塊(303)的輸入端口相連接；所述第二處理模塊(304)輸出端口經(jīng)信號功放(305)接入語音輸出設(shè)備；所述FPGA信號解調(diào)模塊(303)的輸出端口與第二處理模塊(304)輸入端口相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)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(zhuǎn)換模塊(302)的輸入端，所述A/D轉(zhuǎn)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(jù)A/D轉(zhuǎn)換模塊(302)的輸出自動調(diào)節(jié)可變增益芯片(3011)的增益大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5所述的機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述語音信號發(fā)送控制端(10)進(jìn)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(wǎng)絡(luò)控制器(1081)以及與其相連的第一網(wǎng)絡(luò)接口(1082)和/或第一485協(xié)議控制器(1083)以及與其相連的第一 485接口(1084)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5所述的機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號接收控制端(30)進(jìn)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(wǎng)絡(luò)控制器(3071)以及與其相連的第二網(wǎng)絡(luò)接口(3072)和/或第二 485協(xié)議控制器(3073)以及與其相連的第二 485接口 (3074)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬管線為實心的金屬管線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械載波傳輸語音信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述接收換能器和發(fā)送換能器為壓電陶瓷換能器。
【文檔編號】H04B3/00GK103595674SQ201310581192
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】鄭利浩 申請人:浙江傳媒學(xué)院