CN108259075A - 一种无线中继装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种无线中继装置，包括MCU、Wi‑Fi单元和FM信号发射单元，所述Wi‑Fi单元和FM信号发射单元与所述MCU电连接；当所述MCU通过Wi‑Fi单元接收到水上监控终端发出的语音数据时，通过FM信号发射单元将所述音频数据发送至水下终端设备；其中，所述水上监控终端通过Wi‑Fi单元与所述装置建立无线连接。本申请通过上述手段，使水下终端设备只需要设置体积小、重量轻、耗电小的调谐器和线圈类天线即可接收调频信号并转换为声音播放，满足近距离水下穿戴终端设备与水上监控终端实时通信的需求。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别地，涉及一种无线中继装置。
背景技术
现有水下通信主要包括声、光、电磁波等通信方式，各种通信方式有其特点及应用范围，各有利弊：在水中传播的各种波中，声波的衰减最小，但是传输延时长，传输速率低，而且功耗高体积大，容易受干扰因素的影响，因此不太适合游泳运动员与教练员之间的实时交互通信。激光通信的原理是采用一种使用波长介于蓝光与绿光之间的激光，在水中传输信息的通信方式，是目前较好的一种水下通信手段，但是通信方向性要求较高（要求发射及接收对准），偏离角不能太大，通信距离也有限（数百米），同时功耗也较大，因此很难用于游泳运动员与教练员之间的通信。对于电磁波通信方式，由于电磁波是横波，水是良导体，趋肤效应将严重影响电磁波在水中的传输，因此在陆地上广为应用的无线电波在水下几乎无法正常应用；电磁波在有电阻的导体中的穿透深度与其波长直接相关，短波穿透深度小，而长波的穿透深度要大一些，因此，长期以来，超大功率的长波（一般采用3~30kHz的甚低频频段）通信成为了水下通信的主要形式，但超大功率的长波通信设备的尺寸、重量等都不适合游泳运动员训练过程中携带。
发明内容
本申请提供一种无线中继装置，用于解决现有通信技术无法适用水下穿戴设备与水上监控终端实时通信的问题。
本申请公开的一种无线中继装置，包括MCU、Wi-Fi单元和FM信号发射单元，所述Wi-Fi单元和FM信号发射单元与所述MCU电连接；当所述MCU通过Wi-Fi单元接收到水上监控终端发出的语音数据时，通过FM信号发射单元将所述音频数据发送至水下终端设备；其中，所述水上监控终端通过Wi-Fi单元与所述装置建立无线连接。
优选的，所述装置还包括与MCU电连接的射频收发单元；所述水下终端设备通过射频收发单元与所述装置建立无线连接；所述MCU通过Wi-Fi单元收到水上监控终端发出的数据采集指令时，将所述数据采集指令通过射频收发单元发送至水下终端设备；当所述MCU通过射频收发单元接收到水下终端设备根据数据采集指令采集的数据时，将所述数据通过Wi-Fi单元发送至水上监控终端。
优选的，所述FM信号发射单元包括集成在印刷电路板上的FM发射集成电路和高增益FM发射天线；所述高增益FM发射天线安装固定在装置外壳的顶端。
优选的，所述射频收发单元包括集成在印刷电路板上的射频集成电路和射频天线；所述射频天线安装固定在无线中继装置外壳的顶端。
优选的，所述FM信号发射单元与水下终端设备之间通信的无线电频段具体为76MHz~108MHz。
优选的，所述射频收发单元与水下终端设备之间采用时分多址传输模式。
优选的，所述射频收发单元与水下终端设备之间通信的无线电频率具体为433MHz。
优选的，所述水下终端设备根据数据采集指令采集的数据包括水下工作人员的心率和/或血氧指数。
优选的，所述装置通过无线接入点接入因特网，并通过因特网与云服务平台连接；当所述MCU通过射频收发单元接收到水下终端设备根据数据采集指令采集的数据时，还将所述数据通过因特网上传至云服务平台；所述云服务平台将所述数据进行分析并将分析结果生成WEB展现页面，为水上监控终端提供WEB展现服务。
优选的，所述MCU与Wi-Fi单元之间采用串行外设接口协议传输数据；所述MCU与射频收发单元之间采用串行外设接口协议传输数据；所述MCU向FM信号发射单元发送音频数据时采用两线串行总线协议或集成电路内置音频总线协议。
与现有技术相比，本申请具有以下优点：
本申请装置实施例结合水上和水下无线电通信的特点，采用Wi-Fi方式与水上监控终端建立无线连接并接收水上监控终端发出的音频数据，采用调频（FM，FrequencyModulation）信号传输方式向近距离（水下传输距离不超过100m）的水下终端设备传输语音数据，使水下终端设备只需要设置体积小、重量轻、耗电小的调谐器和线圈类天线即可接收调频信号并转换为声音播放，满足水下穿戴终端设备与水上监控终端实时通信的需求。
附图说明
附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请第一实施例一种无线中继装置的结构示意图；
图2为本申请第二实施例一种无线中继装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。术语“包括”、“包含”及类似术语应该被理解为是开放性的术语，即“包括/包含但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
参照图1，示出了本申请第一实施例一种无线中继装置的结构，包括MCU（MicroController Unit，微处理单元）10、Wi-Fi单元11和FM信号发射单元12，Wi-Fi单元11和FM信号发射单元12分别与MCU10电连接；
当MCU10通过Wi-Fi单元11接收到水上监控终端发出的语音数据时，通过FM信号发射单元12将所述音频数据发送至水下终端设备；
其中，所述水上监控终端通过Wi-Fi单元11与所述装置建立无线连接。
在另一实施例中，为进一步提高数据传输效果，上述FM信号发射单元12具体可以包括集成在印刷电路板（PCB，Printed Circuit Board）上的FM发射集成电路和高增益FM发射天线 (HGA，High Gain Antenna）；虽然HGA在辐射方向上相对更加狭窄，但在某些方向上的辐射更为集中，可以将无线中继装置放置在朝向泳池的位置实现在这些方向上的信号增益。为方便设备布署，上述高增益FM发射天线可以安装固定在装置外壳的顶端。
在进一步的优选实施例中，为进一步降低水下终端设备的功耗，方便多个水下终端设备与本申请无线中继装置组网，FM信号发射单元12与水下终端设备之间具体可以选用低功耗、频率覆盖各国调频波段、支持灵活的信道间隔模式、自动频率控制和自动增益控制、数字自适应噪声抑制、模拟和数字音量控制等特点的如下无线电频段：76MHz~108MHz。
参照图2，示出了本申请第二实施例一种无线中继装置的结构，与上述第一实施例的区别在于，所述装置还包括与MCU10电连接的射频收发单元13，水下终端设备可以通过射频收发单元13与本申请无线中继装置建立无线连接；其中，当MCU10通过Wi-Fi单元11收到水上监控终端发出的数据采集指令（如采集水下工作人员的心率和/或血氧指数的指令）时，将所述数据采集指令通过射频收发单元13发送至水下终端设备；当MCU10通过射频收发单元13接收到水下终端设备根据数据采集指令采集的数据时，将所述数据通过Wi-Fi单元11发送至水上监控终端。
具体实施时，射频收发单元13具体可以包括集成在PCB上的射频集成电路和射频天线；为方便设备布署，上述射频天线可以安装固定在无线中继装置外壳的顶端。
关于单元之间的数据传输协议，MCU10与Wi-Fi单元11之间可以采用串行外设接口（SPI，Serial Peripheral Interface）协议传输数据；MCU10与射频收发单元13之间也可以采用SPI协议传输数据；MCU10向FM信号发射单元12发送音频数据时可以采用两线串行总线（I2C，Inter-Integrated Circuit）协议或集成电路内置音频总线（I2S，Inter-IC Sound）协议。
在另一实施例中，为进一步提高数据传输的可靠性，射频收发单元13与水下终端设备之间通信的无线电频率具体可以选用位于亚GHz频段的无线公频433MHz。
在进一步的优选实施例中，所述装置还可以通过无线接入点（AP，AccessPoint）接入因特网，并通过因特网与云端服务平台连接；此时，当MCU10通过射频收发单元13接收到水下终端设备根据数据采集指令采集的数据时，还将所述数据通过因特网上传至云端服务平台；所述云端服务平台将所述数据进行分析并将分析结果生成WEB展现页面，为水上监控终端提供WEB展现服务。
另外，为保证多对一（即多个水下终端设备对一个无线中继装置）通信的稳定性，水下终端设备与射频收发单元13之间可以采用时分多址（TDMA，Time Division MultipleAccess）传输模式，把时间分割成互不重叠的时段（帧），再将帧分割成互不重叠的时隙（信道）与相应用户建立一一对应关系，从而可以依据时隙区分来自不同地址的用户信号，完成多址连接，保证了所采集的信息能够在短时间内可靠有效的传递到水上接口终端和云端服务平台。
需要说明的是，上述实施例属于优选实施例，所涉及的单元和模块并不一定是本申请所必须的。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上对本申请所提供的一种无线中继装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种无线中继装置，其特征在于，包括MCU、Wi-Fi单元和FM信号发射单元，所述Wi-Fi单元和FM信号发射单元分别与所述MCU电连接；
当所述MCU通过Wi-Fi单元接收到水上监控终端发出的语音数据时，通过FM信号发射单元将所述音频数据发送至水下终端设备；
其中，所述水上监控终端通过Wi-Fi单元与所述装置建立无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种无线中继装置，其特征在于，所述装置还包括与MCU电连接的射频收发单元；
所述水下终端设备通过射频收发单元与所述装置建立无线连接；
所述MCU通过Wi-Fi单元收到水上监控终端发出的数据采集指令时，将所述数据采集指令通过射频收发单元发送至水下终端设备；
当所述MCU通过射频收发单元接收到水下终端设备根据数据采集指令采集的数据时，将所述数据通过Wi-Fi单元发送至水上监控终端。
3.根据权利要求1所述的一种无线中继装置，其特征在于，所述FM信号发射单元包括集成在印刷电路板上的FM发射集成电路和高增益FM发射天线；所述高增益FM发射天线安装固定在装置外壳的顶端。
4.根据权利要求2所述的一种无线中继装置，其特征在于，所述射频收发单元包括集成在印刷电路板上的射频集成电路和射频天线；所述射频天线安装固定在无线中继装置外壳的顶端。
5.根据权利要求1所述的一种无线中继装置，其特征在于，所述FM信号发射单元与水下终端设备之间通信的无线电频段具体为76MHz~108MHz。
6.根据权利要求2所述的一种无线中继装置，其特征在于，所述射频收发单元与水下终端设备之间采用时分多址传输模式。
7.根据权利要求2所述的一种无线中继装置，其特征在于，所述射频收发单元与水下终端设备之间通信的无线电频率具体为433MHz。
8.根据权利要求2所述的一种无线中继装置，其特征在于，所述水下终端设备根据数据采集指令采集的数据包括水下工作人员的心率和/或血氧指数。
9.根据权利要求2所述的一种无线中继装置，其特征在于，所述装置通过无线接入点接入因特网，并通过因特网与云服务平台连接；
当所述MCU通过射频收发单元接收到水下终端设备根据数据采集指令采集的数据时，还将所述数据通过因特网上传至云服务平台；所述云服务平台将所述数据进行分析并将分析结果生成WEB展现页面，为水上监控终端提供WEB展现服务。
10.根据权利要求2所述的一种无线中继装置，其特征在于，
所述MCU与Wi-Fi单元之间采用串行外设接口协议传输数据；
所述MCU与射频收发单元之间采用串行外设接口协议传输数据；
所述MCU向FM信号发射单元发送音频数据时采用两线串行总线协议或集成电路内置音频总线协议。
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