[發明專利]一種便攜式小型音頻收發系統

在審

• 申請號: 201710321865.1
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107147418A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 徐元欣;俞俊濤;向彥博;毛佳;辜一帆;余睿;夏伊倩
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04B1/40
• 分類號: H04B1/40;H04B1/50
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于音頻收發技術領域，具體涉及一種便攜式小型音頻收發系統。

背景技術

聲波通信作為一種無線通信方式，近年來被運用于室內定位、水下通信等場景，是一個較為熱門的研究領域。高性能的音頻收發裝置是實現以上應用的硬件基礎。

不同的應用場景下，采用的聲波信號形式不盡相同，現有的音頻播放設備配置方式不夠靈活，不能方便地支持這些特殊、多樣的自定義信號。此外，我們還需要對聲信號進行采集、存儲和處理，已有的音頻接收設備往往獨立于音頻播放設備，且體積笨重、不易攜帶，這無疑增大了應用成本。部分通信應用場景需要記錄足夠精度的時間戳，現有的設備難以滿足此類需求。可以說，現有設備的缺陷在一定程度上阻礙了以上應用的發展和推廣。

FPGA(Field Programmable Gate Array)作為一種可編程的門陣列，支持各種電平標準的接口，在數據采集、信號處理等領域有著廣泛的應用?；贔PGA控制的音頻收發系統可以根據不同的應用場景進行功能定制，功能擴展靈活方便，成本不高。

發明內容

鑒于上述，本發明提出了一種便攜式小型音頻收發系統，其采用通用的音頻芯片做音頻收發通道，具備成本低、支持多種工作模式等優點，相關的信號預處理電路設計可參數化，功能定制實現簡單；此外，用于控制本系統進行音頻發送和接收的時間戳精度高，可以達到微秒的量級；本發明實現了音頻收發功能的合置，具備體積小巧、便于攜帶、成本低廉等優點。

一種便攜式小型音頻收發系統，包括電源模塊、時鐘晶振模塊、存儲模塊、USB串口通信模塊、UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發傳輸器)模塊、閃存模塊、音頻處理模塊以及FPGA模塊；其中：

所述電源模塊用于為系統中的其他功能模塊提供工作電壓；

所述時鐘晶振模塊用于產生兩路不同頻率的時鐘基準信號，一路提供給FPGA模塊，另一路提供USB串口通信模塊和UART模塊；

所述存儲模塊用于儲存音頻信號；

所述USB串口通信模塊用于與外部微型計算機進行通信；

所述UART模塊用于與上位機進行通信，接收用戶下達的控制指令；

所述音頻處理模塊通過外部設備接收音頻信號并對其進行預處理以及模/數轉換后提供給FPGA模塊，同時對FPGA模塊轉發的音頻信號進行數/模轉換后通過外部設備進行播放；

所述FPGA模塊用于將音頻處理模塊轉換后的音頻信號保存至存儲模塊中或將該音頻信號通過USB串口通信模塊保存至外部微型計算機中，還用于讀取存儲模塊中的音頻信號或通過USB串口通信模塊讀取外部微型計算機中的音頻信號并將其轉發給音頻處理模塊；FPGA模塊還用于解析所述控制指令并作出相應處理，同時將系統的工作狀態信息通過UART模塊反饋給上位機；

所述閃存模塊用于存儲少量待播放的音頻信號。

進一步地，所述電源模塊包括：

DC-DC變換電路，用于將電池輸出的24V直流電壓轉換成5V直流電壓；

濾波電路，用于抑制DC-DC變換電路開關頻率下的輸出電壓紋波；

LDO(低壓差線性穩壓器)電路，用于將濾波后的5V直流電壓降壓成適應各功能模塊的工作電壓。

進一步地，所述時鐘晶振模塊分別采用兩個晶振分別產生頻率為10MHz和11.0592MHz的兩路時鐘基準信號，10MHz時鐘基準信號作為FPGA模塊工作時的系統時鐘，11.0592MHz時鐘基準信號作為USB串口通信模塊和UART模塊的波特率時鐘。

進一步地，所述存儲模塊由U盤、SD卡以及CH376芯片組成，U盤和SD卡通過CH376芯片與FPGA模塊連接。

進一步地，所述USB串口通信模塊由USB接口和FT232RL芯片組成，USB接口通過FT232RL芯片與FPGA模塊連接。

進一步地，所述UART模塊由DB9F接口和MAX3232ESE電平轉換芯片組成，DB9F接口通過MAX3232ESE電平轉換芯片與FPGA模塊連接。

進一步地，所述閃存模塊采用S25FL032P芯片。

進一步地，所述音頻處理模塊對音頻信號進行預處理包括濾波以及放大，其中濾波通過MAX274芯片實現，放大通過LTC6910-1芯片實現，模/數以及數/模轉換通過TLV320AIC23B芯片實現。