本實用新型涉及一種在網(wǎng)絡信息通信情況下使用的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。更具體地說，本實用新型涉及一種用在廣播網(wǎng)絡通信情況下的基于模擬廣播信道的異步數(shù)字信息發(fā)送裝置。

背景技術：

網(wǎng)絡通信是通過網(wǎng)絡將各個孤立的設備進行連接，通過信息交換實現(xiàn)人與人，人與計算機，計算機與計算機之間的通信。而現(xiàn)有通信方式主要包括：電信網(wǎng)絡，廣播通信以及互聯(lián)網(wǎng)。

而在網(wǎng)絡信息技術領域，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)服務模式在目前網(wǎng)絡通信中占有主流作用，但卻存在諸多瓶頸，如：

1.互聯(lián)網(wǎng)用戶大多以獨占方式使用網(wǎng)絡服務的帶寬和資源，隨著用戶數(shù)目增多，由于網(wǎng)絡資源共享沖突而帶來的服務擁塞；

2.互聯(lián)網(wǎng)服務主要依賴其網(wǎng)絡基礎設施，網(wǎng)絡基礎設施匱乏的偏遠地區(qū)缺乏快速有效的信息發(fā)布方式；

3.災難、戰(zhàn)爭中基礎設施損毀會導致大規(guī)模普通用戶的通訊故障，缺少數(shù)字信息傳輸和發(fā)布方式等問題，無法及時接收數(shù)字信息。

而電信網(wǎng)絡因為使用人群多，其網(wǎng)絡基礎設施分布也較廣，但其同樣存在互聯(lián)網(wǎng)通信中的問題，無法在緊急狀況中提供數(shù)字信息傳輸和發(fā)布方式等問題，無法及時實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

當前無線廣播網(wǎng)雖然覆蓋范圍廣，在很多區(qū)域可不依賴于互聯(lián)網(wǎng)基礎網(wǎng)絡設施，但作為單向網(wǎng)絡，無法與用戶進行信息交互。同時，廣播網(wǎng)其本身通常的信息的傳遞方式只能是聲音信號，不能以數(shù)字信息的方式傳播文字和圖片為用戶提供服務，導致服務資源較為匱乏，難以吸引用戶，其原因在于現(xiàn)有的廣播網(wǎng)絡中的信息發(fā)送設備，其只能發(fā)送聲音模擬信號，不具備發(fā)送模擬圖片和文字信號的能力。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本實用新型還有一個目的是提供一種基于模擬廣播信道的異步數(shù)字信息發(fā)送裝置，其能夠通過核心處理器，以串行方式接收上位機發(fā)送的待傳輸信息，并基于HART調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)數(shù)字信號的調(diào)制，該調(diào)制信號通過音頻接口直接送入調(diào)頻發(fā)射機進行高頻調(diào)制發(fā)送，實現(xiàn)了利用現(xiàn)有模擬廣播信道完成數(shù)字信息的發(fā)送功能，具有可實施效果好，可操作性強的效果。

為了實現(xiàn)根據(jù)本實用新型的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種基于模擬廣播信道的異步數(shù)字信息發(fā)送裝置，包括：

用于對待發(fā)數(shù)據(jù)信息進行編輯的上位機；

與上位機通信連接以對接收至的信息進行編碼和組幀處理的微處理器；

與微處理器通信連接以將接收到的信息調(diào)制成FSK信號的HART調(diào)制器；

其中，所述HART調(diào)制器通過調(diào)頻發(fā)射機與信息接收裝置通信連接，進而在模擬廣播信道上構成異步數(shù)字信息通信鏈路。

優(yōu)選的是，其中，所述上位機與微處理器之間設置有一電平轉(zhuǎn)換電路，以將上位機輸出的RS232電平信號轉(zhuǎn)換成相應的TTL電平信號。

優(yōu)選的是，其中，所述HART調(diào)制器與調(diào)頻發(fā)射機之間設置有以對FSK信號進行增益的幅值放大電路。

優(yōu)選的是，其中，所述HART調(diào)制器被配置為采用內(nèi)部自帶帶通濾波器，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2kbit/s，可直接通過標準的UART接口與STM32F405通信的AD5700芯片。

優(yōu)選的是，其中，還包括與外部電源電連接的穩(wěn)壓電源模塊；

其中，所述穩(wěn)壓電源模塊被配置為包括：一與幅值放大電路電連接的±5.0V電源電壓電路；

一與微處理器及其他數(shù)字IC電連接的3.3V電源電壓電路；

所述外部電源被配置為DC：6-9V。

優(yōu)選的是，其中，所述微處理器被配置為具有RAM存儲器及FLASH閃存的處理器芯片。

優(yōu)選的是，其中，所述微處理器被配置為采用Cortex-M4結構，具有32位的RISC內(nèi)核，最高工作頻率為168MHz，內(nèi)部集成1024KB閃存和196KB SRAM的處理器芯片。

優(yōu)選的是，其中，所述電平轉(zhuǎn)換電路中的電平轉(zhuǎn)換芯片被配置為采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，以將從上位機PC端獲得的RS232電平信號轉(zhuǎn)換為TTL電平信號；

其中，所述MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的UART1TX引腳和UART1RX引腳被配置為分別與微處理器的串口連接。

優(yōu)選的是，其中，所述幅值放大電路被配置為運算放大器為OPA743型號的同相比例放大電路。

優(yōu)選的是，其中，所述±5.0V穩(wěn)壓電路中設置有自恢復保險絲F1，所述3.3V穩(wěn)壓電路中設置有TVS瞬變抑制二極管SMBJ5.0A和SMBJ3.3A。

本實用新型至少包括以下有益效果：本實用新型的基于模擬廣播信道的多模態(tài)數(shù)字信息發(fā)送裝置，以STM32F405為核心處理器，通過串行方式接收上位機發(fā)送的待傳輸信息，并基于HART調(diào)制解調(diào)器AD5700實現(xiàn)數(shù)字信號的調(diào)制，該調(diào)制信號經(jīng)過幅值放大后，通過音頻接口直接送入調(diào)頻發(fā)射機進行高頻調(diào)制發(fā)送，實現(xiàn)了利用現(xiàn)有模擬廣播信道完成數(shù)字信息的發(fā)送功能，具有可實施效果好，可操作性強的效果。

本實用新型的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本實用新型的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為本實用新型的一個實施例中基于模擬廣播信道的異步數(shù)字信息發(fā)送裝置結構框圖；

圖2為本實用新型中電平轉(zhuǎn)換電路串口通信電路圖；

圖3為本實用新型的HART調(diào)制波形圖；

圖4為本實用新型的HART解調(diào)器的調(diào)制解調(diào)電路圖；

圖5為本實用新型的幅值放大電路圖；

圖6為本實用新型的電源電壓中的5.0V穩(wěn)壓電路圖；

圖7是本實用新型的電源電壓中的3.3V穩(wěn)壓電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

圖1示出了根據(jù)本實用新型的一種基于模擬廣播信道的異步數(shù)字信息發(fā)送裝置的實現(xiàn)形式，其中包括：

用于對待發(fā)數(shù)據(jù)信息進行編輯的上位機1，主要實現(xiàn)對待發(fā)送數(shù)據(jù)進行管理，包括信息內(nèi)容編輯、信息發(fā)射管理、基本配置三部分，其中，信息內(nèi)容可以由用戶手動輸入，也可以通過讀取本地文件的方式完成編輯，信息發(fā)射管理包括對信息的發(fā)送、暫停、停止等功能，基本配置主要包括對廣播發(fā)射速率以及發(fā)送次數(shù)的控制，發(fā)送模塊主要完成信息內(nèi)容接收及廣播數(shù)據(jù)發(fā)送，包括對數(shù)字信息進行數(shù)模轉(zhuǎn)換、調(diào)制、編碼等；

與上位機通信連接以對接收至的信息進行編碼和組幀處理的微處理器2，其通過上位機的相關參數(shù)配置，將接收到的電平信號進行編碼和組幀處理處發(fā)送至HART調(diào)制器，以完成對信息的編碼和組幀；

與微處理器通信連接以將接收到的信息調(diào)制成FSK信號的HART調(diào)制器3，經(jīng)過微處理器的數(shù)據(jù)仍為數(shù)字信號，若直接將該數(shù)字信號送至調(diào)頻發(fā)射機進行調(diào)制發(fā)送，由于數(shù)字信號中具有很多高頻分量，則會造成信道的帶寬浪費，所以必須先進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將接收到的信號轉(zhuǎn)換成相位連續(xù)的FSK信號，即數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號再進行調(diào)制發(fā)送；

其中，所述HART調(diào)制器通過調(diào)頻發(fā)射機4與信息接收裝置(未示出)通信連接，進而在模擬廣播信道上構成異步數(shù)字信息通信鏈路。采用這種方案的微處理器處理化相關內(nèi)部寄存器以及外設，然后一直監(jiān)聽串口上是否有數(shù)據(jù)到來，當接收到上位機發(fā)送的信息時，完成信息的提取，其中，上位機軟件與發(fā)射設備之間的串口通信也遵循一定的幀格式，微處理器根據(jù)起始字符和結束字符完成對待發(fā)送信息與控制信息的接收，其中控制信息包含信息發(fā)送次數(shù)和發(fā)送速率，信息類型指明當前信息為文本還是圖片，并通過一個字節(jié)表示；

當微處理器正確提取完信息以后，對待發(fā)送數(shù)據(jù)進行糾錯編碼，以降低系統(tǒng)傳輸誤碼率，糾錯編碼實際上就是對信息添加冗余位，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，以STM32F405為核心處理器，通過串行方式接收上位機發(fā)送的待傳輸信息，并基于HART調(diào)制解調(diào)器AD5700實現(xiàn)數(shù)字信號的調(diào)制，該調(diào)制信號經(jīng)過幅值放大后，通過音頻接口直接送入調(diào)頻發(fā)射機進行高頻調(diào)制發(fā)送，實現(xiàn)了利用現(xiàn)有模擬廣播信道完成數(shù)字信息的發(fā)送功能，具有可實施效果好，可操作性強，適應性好，穩(wěn)定性好有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

如圖1所示，在另一種實例中，所述上位機與微處理器之間設置有一電平轉(zhuǎn)換電路5，以將上位機輸出的RS232電平信號轉(zhuǎn)換成相應的TTL電平信號。其用于將從上位機PC端接收到數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)RS232電平信號與TTL電平信號的轉(zhuǎn)換發(fā)送至微處理器其電路設計如圖2所示。采用這種方案具有可實施效果好，可操作性強，適應性好，穩(wěn)定性好的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

如圖1所示，在另一種實例中，所述HART調(diào)制器與調(diào)頻發(fā)射機之間設置有以對FSK信號進行增益的幅值放大電路6。由于HART調(diào)制器輸出的FSK信號的峰值大約在200mV，所以必須對其進行幅值放大，以更好地滿足調(diào)頻發(fā)射機對調(diào)制信號的要求，采用這種方案具有可實施效果好，可操作性強，適應性好，穩(wěn)定性好有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

在另一種實例中，所述HART調(diào)制器被配置為采用內(nèi)部自帶帶通濾波器，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2kbit/s，可直接通過標準的UART接口與STM32F405通信的AD5700芯片。HART協(xié)議物理層使用相位連續(xù)的頻移鍵控(Frequency-shiftkeying，F(xiàn)SK)調(diào)制技術，在4～20mA模擬信號上疊加一個幅度為0.5mA均值為0的頻率信號，以1.2KHz和2.2KHz交流信號分別代替數(shù)字信號的“0”和“1”，可以方便實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號的雙向轉(zhuǎn)換。輸入輸出信號分別為FSK信號和UART信號，避免了傳統(tǒng)A/D和D/A轉(zhuǎn)換的復雜性和轉(zhuǎn)換誤差。HART調(diào)制波形如圖3所示，UART信號輸入HART調(diào)制解調(diào)器的TXD引腳，在HART_OUT引腳即可輸出對應的FSK信號。本系統(tǒng)選用ADI公司的專用HART調(diào)制解調(diào)器AD5700，其內(nèi)部自帶帶通濾波器，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2kbit/s，可直接通過標準的UART接口與STM32F405通信，部分電路圖如圖4所示。AD5700調(diào)制時，一方面通過UART2接口與STM32F405進行串行通信，一方面將輸入的數(shù)字信號調(diào)制成頻率分別為1.2KHz和2.2KHz的FSK頻移鍵控信號，并由HART_OUT引腳輸出。該FSK信號便輸入到下級幅值放大電路。采用這種方案具有可實施效果好，可操作性強，適應性好，穩(wěn)定性好有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

如圖1所示，在另一種實例中，還包括與外部電源電連接的穩(wěn)壓電源模塊7；

其中，所述穩(wěn)壓電源模塊被配置為包括：

一與幅值放大電路電連接的±5.0V電源電壓電路8，其電路布局如6所示；

一與微處理器及其他數(shù)字IC電連接的3.3V電源電壓電路9，其電路布局如7所示；

所述外部電源被配置為DC：6-9V。本系統(tǒng)中，所使用到的電源電壓包括±5.0V和3.3V，其中±5.0V主要給幅值放大電路供電，3.3V電源主要給微處理器及其它數(shù)字IC供電。系統(tǒng)外部通過適配器輸入6～9V直流電壓，通過線性穩(wěn)壓電源LT1086-5穩(wěn)壓至5.0V，5.0V電壓通過TPS6735反向轉(zhuǎn)換至-5.0V，并且經(jīng)過AMS1117-3.3穩(wěn)壓至3.3V。采用這種方案具有可實施效果好，可操作性強，適應性好，穩(wěn)定性好有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

在另一種實例中，所述微處理器被配置為具有RAM存儲器及FLASH閃存的處理器芯片。采用這種方案考慮到串口接收到廣播信息后需要緩存，該微處理器選擇帶RAM及FLASH的處理器，以完成信息的處理，具有很強的數(shù)字信號處理和并行計算功能，以適應實際地使用需要，具有可實施效果好，可操作性強，穩(wěn)定性好的有利之處。但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

在另一種實例中，所述微處理器被配置為采用Cortex-M4結構，具有32位的RISC內(nèi)核，最高工作頻率為168MHz，內(nèi)部集成1024KB閃存和196KBSRAM的處理器芯片。系統(tǒng)中，由于需要進行大量的數(shù)據(jù)處理操作，采用了依法半導體公司的STM32F405處理器。該處理器采用Cortex-M4結構，具有32位的RISC內(nèi)核，最高工作頻率為168MHz；內(nèi)部集成1024KB閃存和196KBSRAM，具有較強的數(shù)字信號處理能力；內(nèi)部自帶看門狗，可有效減小系統(tǒng)因外部干擾產(chǎn)生的不穩(wěn)定性；包含標準和先進的接口：3個IIC和SPI接口、6個USART接口、2個CAN接口和1個SDIO接口，方便與外設直接通信，滿足本系統(tǒng)功能需求。采用這種方案具有可實施效果好，可操作性強，適應性好，穩(wěn)定性好有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

在另一種實例中，所述電平轉(zhuǎn)換電路中的電平轉(zhuǎn)換芯片被配置為采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，以將從上位機PC端獲得的RS232電平信號轉(zhuǎn)換為TTL電平信號；

其中，所述MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的UART1TX引腳和UART1RX引腳被配置為分別與微處理器的串口連接。本系統(tǒng)，采用MAX232實現(xiàn)RS232電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是美信(MAXIM)公司專為RS-232標準串口設計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。其中，UART1TX和UART1RX分別與微處理器的串口連接，RS232接口(J1)通過串口線與PC機相連，再配合上位機和下位機的程序，便可實現(xiàn)PC機與發(fā)射設備之間的通信。采用這種方案具有可實施效果好，可操作性強，適應性好，穩(wěn)定性好有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

在另一種實例中，所述幅值放大電路被配置為運算放大器為OPA743型號的同相比例放大電路。本系統(tǒng)中，由于HART調(diào)制解調(diào)器AD5700輸出的FSK信號的峰峰值大約在200mV，所以必須對其進行幅值放大，以更好地滿足調(diào)頻發(fā)射機對調(diào)制信號的要求。本系統(tǒng)中，采用由TI公司的精密運算放大器OPA743構成的同相比例放大電路，該放大器具有很低的內(nèi)部噪聲和很高的壓擺率，可以對信號進行有效的線性放大；同時，采用同相比例放大電路，利用其高輸入阻抗特性，起到了阻抗匹配的作用，減小了調(diào)頻發(fā)射機對調(diào)制信號的影響。其電路原理圖如圖5所示。由AD5700輸出的FSK信號進過C15和R8組成的高通濾波器濾除其直流分量，然后通過OPA743進行放大，最后通過音頻接口(P5)連接至廣播發(fā)射機。其中電壓放大倍數(shù)Av由下式得出：采用這種方案具有可實施效果好，可操作性強，適應性好，穩(wěn)定性好有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

如圖6-7所示，在另一種實例中，所述±5.0V穩(wěn)壓電路中設置有自恢復保險絲F1，所述3.3V穩(wěn)壓電路中設置有TVS瞬變抑制二極管SMBJ5.0A和SMBJ3.3A。為了防止電路電流過大燒毀硬件電路板，在電路中加入自恢復保險絲(F1)，在電流過大時，自動斷開電源，保護硬件電路。同時，為了防止電路中意外出現(xiàn)的浪涌電流，本系統(tǒng)采用TVS瞬變抑制二極管SMBJ5.0A和SMBJ3.3A進一步保護電路。并且采用LC組成π型濾波電路，濾除電源紋波，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。采用這種方案具有可實施效果好，可操作性強，適應性好，穩(wěn)定性好有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

本系統(tǒng)采用交流適配器供電，在設計上采用有效的濾波方法，濾除電源中的噪聲干擾，降低了其對系統(tǒng)性能的影響。同時，電路板布局布線中，遵循EMI-EMC布局布線規(guī)則，有效降低了信號之間的相互影響。該發(fā)射裝置安裝在一個全金屬密封的外殼內(nèi)。

可靠性設計方面：

器件選擇上，使用供貨有質(zhì)量保證的單位生產(chǎn)的器件，國外器件選擇工業(yè)級以上的器件并進行降額設計。經(jīng)過合理布局進行電路板散熱，將發(fā)熱器件分布安裝在鋁合金外殼附近，使電源易于散熱，保證工作的可靠性。

印制板采用2層板設計，將模擬信號與數(shù)字信號分開布局布線，提高傳輸質(zhì)量。主電流回路上有保險絲與TVS管，減小了電源故障對系統(tǒng)的損壞。

電路板與外殼間采用螺絲固定，保證支撐和安裝強度。

這里說明的設備數(shù)量和處理規(guī)模是用來簡化本實用新型的說明的。對本實用新型的一種基于模擬廣播信道的異步數(shù)字信息發(fā)送裝置的應用、修改和變化對本領域的技術人員來說是顯而易見的。

盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用。它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領域。對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實用新型并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。