CN110875783A - 一种超声波通信方法 - Google Patents

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刘利风
张世鸣
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    • H04B—TRANSMISSION
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超声波通信方法，采用12000Hz的声音频率作为载波，采用调幅的方式将编码进行调制，首先，在信号发射端对待发送的字节按照预先设定的规则进行编码，并将编码后的信号通过扬声器以超声波的形式播放出去；然后，接收端对接收到的已调制信号依次进行带通滤波、放大、检波、低通滤波处理，还原出编码信号，并对编码信号进行解码。利用手机的音频功放开发了一种基于声波的通信方式，即将信息调制到声音频率上进行传输的方式，该方式不仅使用方便而且节约成本。采用简单明了的数据通讯协议，提高了数据传输效率及准确性，减少了编解码过程占用的资源，该方法适用智能家居新入网设备的入网设置，方法简单，数据传输稳定可靠。

Description

一种超声波通信方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种超声波通信方法。
背景技术
在城镇化、小区化、智能化的趋势下，物联网智能家居市场潜力巨大。目前，与发达国家相比，我国的城镇化比例依然较低，我国的城镇化率依然有上升空间。我国积极推进城镇化进程，引导人口合理有序流动，进一步加强城市基础设施建设，提升城市综合承载能力，城镇化水平进一步提高。因此智能家居不管是在物联网的大潮下、还是在智慧城市的建设中都有着广阔的前景，蕴含着巨大的市场潜力。
目前的物联网技术是一项比较火热的技术，基于物联网的智能家居，正朝着具备无线远程控制、多媒体控制、高速数据传输等功能的方向发展，其关键技术为兼容性强的家庭控制器和满足信息传输需要的家庭网络。目前，传输网络多采用综合布线技术，限制了***的应用场所，而且费用较高。采用无线方式构建灵活便捷的智能家居***，成为当前的研究热点。
然而，在智能家居的领域多采用红外、蓝牙、WIFI的数据传输方式，这种方式在应用的过程中具有很多优点，但是在新设备入网的配置过程中，确存在诸多不便利之处，入网配置时，采用点对点的方式，发送端须断开与联网设备的连接，才能够对新设备进行配置，这样，就会存在配置效率低、容易出现错误的问题。新的智能电器在配置过程中，不仅不方便而且增加设备成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种超声波通信方法，应用超声波通讯对智能家居新设备入网配置或修改控制原有网内设备数据，解决了现有技术的通信方式配网效率低、准确率差的问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种超声波通信方法，采用12000Hz的声音频率作为载波，采用调幅的方式将编码进行调制，具体步骤如下：
首先，在信号发射端对待发送的字节按照预先设定的规则进行编码，并将编码后的信号通过扬声器以超声波的形式播放出去；
然后，接收端对接收到的已调制信号依次进行带通滤波、放大、检波、低通滤波处理，还原出编码信号，并对编码信号进行解码。
预先设定的编码规则如下：
n个周期的高电平和n个周期的低电平代表编码‘0’；
n个周期的高电平和2n个周期的低电平代表编码‘1’；
n个周期的高电平和大于或等于3n个周期的低电平代表新字节的开始，其中，n为正整数。
n>＝3。
编码后的信号通过调用声卡驱动播放，产生已调制的超声波。
编码后的信号为char型数组。
接收端接收到超声波后，经过处理获取编码信号，并将编码信号输出至处理器的IO口，在该IO口的上升沿，处理器保存此时定时器的值后对定时器清零，重新计时；
接收端根据定时器的值对接收到的编码信号进行解码。
接收端解码的规则为：
当定时器的值<2.5nT时的码值为0，当定时器的值<3.5nT时的码值为1，当定时器的值>3.5nT时为新字节的开始，其中，T为声波的周期。
所述发射端为手机、平板的音频功放模块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、利用手机的音频功放开发了一种基于声波的通信方式，即将信息调制到声音频率上进行传输的方式，该方式不仅使用方便而且节约成本。
2、采用简单明了的数据通讯协议，提高了数据传输效率及准确性，减少了编解码过程占用的资源。
3、本发明所述的超声波通信方法适用智能家居新入网设备的入网设置，不需要断开手持终端原有的网络，即可将参数传输至新设备上，方法简单，数据传输稳定可靠。
附图说明
图1为本发明原始声音信号的波形图。
图2为本发明接收端放大、检波后的信号波形图。
图3为本发明低通滤波还原出编码波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构及工作过程作进一步说明。
本发明技术方案的主要是针对智能家居新设备入网配置考虑，具体思路为：一个新买的智能电器需要配置一些参数才能接入本地WIFI网络，而采用传统的蓝牙技术、红外技术实现该配置过程，不仅不方便而且增加设备成本。现在几乎人手一部手机，该方案是基于手机的音频功放开发了一种基于声波的通信方式，即将信息调制到声音频率上进行传输的方式，该方式不仅使用方便而且节约成本。
具体技术方案如下：
一种超声波通信方法，采用12000Hz的声音频率作为载波，采用调幅的方式将编码进行调制，具体步骤如下：
首先，在信号发射端对待发送的字节按照预先设定的规则进行编码，并将编码后的信号通过扬声器以超声波的形式播放出去；
然后，接收端对接收到的已调制信号依次进行带通滤波、放大、检波、低通滤波处理，还原出编码信号，并对编码信号进行解码。
预先设定的编码规则如下：
n个周期的高电平和n个周期的低电平代表编码‘0’；
n个周期的高电平和2n个周期的低电平代表编码‘1’；
n个周期的高电平和大于或等于3n个周期的低电平代表新字节的开始，其中，n为正整数。
接收端解码的规则为：
当定时器的值<2.5nT时的码值为0，当定时器的值<3.5nT时的码值为1，当定时器的值>3.5nT时为新字节的开始，其中，T为声波的周期。
n为大于等于3的正整数。
具体实施例一，如图1、图2、图3所示：
一种超声波通信方法，采用12000Hz的声音频率作为载波，采用调幅的方式将编码进行调制，具体步骤如下：
步骤1、设定3个周期的高电平和3个周期的低电平代表编码‘0’，3个周期的高电平和6个周期的低电平代表编码‘1’，3个周期的高电平和大于或等于9个周期的低电平代表新字节的开始；
步骤2、发射端应用步骤1中设定的编码规则对待发送的字节进行编码，编码后的信号为char型数组；
步骤3、调用声卡驱动将编码后的信号通过扬声器播放，产生已调制的超声波；
步骤4、接收端对接收到的超声波进行带通滤波；
步骤5、对带通滤波后的信号进行放大、检波；
步骤6、对放大、检波后的信号进行低通滤波处理，得到方波信号，还原出编码的char型数组信号；
步骤7、接收端将编码信号输出至处理器的IO口，在该IO口的上升沿，处理器保存此时定时器的值后对定时器清零，重新计时；
步骤8、接收端根据定时器的值对接收到的编码信号进行解码，当定时器的值<7.5T时的码值为0，当定时器的值<10.5T时的码值为1，当定时器的值>10.5T时为新字节的开始，其中，T为声波的周期。
所述发射端为手机、平板的音频功放模块。
所述发射端为手机、平板的音频功放模块，接收端为新入网的智能家居设备。
具体实施例二，
一种超声波通信方法，采用12000Hz的声音频率作为载波，采用调幅的方式将编码进行调制，具体步骤如下：
步骤1、设定4个周期的高电平和4个周期的低电平代表编码‘0’，4个周期的高电平和8个周期的低电平代表编码‘1’，4个周期的高电平和大于或等于12个周期的低电平代表新字节的开始；
步骤2、发射端应用步骤1中设定的编码规则对待发送的字节进行编码，编码后的信号为char型数组；
步骤3、调用声卡驱动将编码后的信号通过扬声器播放，产生已调制的超声波；
步骤4、接收端对接收到的超声波进行带通滤波；
步骤5、对带通滤波后的信号进行放大、检波；
步骤6、对放大、检波后的信号进行低通滤波处理，得到方波信号，还原出编码的char型数组信号；
步骤7、接收端将编码信号输出至处理器的IO口，在该IO口的上升沿，处理器保存此时定时器的值后对定时器清零，重新计时；
步骤8、接收端根据定时器的值对接收到的编码信号进行解码，当定时器的值<10T时的码值为0，当定时器的值<14T时的码值为1，当定时器的值>14T时为新字节的开始，其中，T为声波的周期。

Claims (8)

1.一种超声波通信方法，其特征在于：采用12000Hz的声音频率作为载波，采用调幅的方式将编码进行调制，具体步骤如下：
首先，在信号发射端对待发送的字节按照预先设定的规则进行编码，并将编码后的信号通过扬声器以超声波的形式播放出去；
然后，接收端对接收到的已调制信号依次进行带通滤波、放大、检波、低通滤波处理，还原出编码信号，并对编码信号进行解码。
2.根据权利要求1所述的超声波通信方法，其特征在于：预先设定的编码规则如下：
n个周期的高电平和n个周期的低电平代表编码‘0’；
n个周期的高电平和2n个周期的低电平代表编码‘1’；
n个周期的高电平和大于或等于3n个周期的低电平代表新字节的开始，其中，n为正整数。
3.根据权利要求2所述的超声波通信方法，其特征在于：n>＝3。
4.根据权利要求1所述的超声波通信方法，其特征在于：编码后的信号通过调用声卡驱动播放，产生已调制的超声波。
5.根据权利要求4所述的超声波通信方法，其特征在于：编码后的信号为char型数组。
6.根据权利要求1所述的超声波通信方法，其特征在于：接收端接收到超声波后，经过处理获取编码信号，并将编码信号输出至处理器的IO口，在该IO口的上升沿，处理器保存此时定时器的值后对定时器清零，重新计时；
接收端根据定时器的值对接收到的编码信号进行解码。
7.根据权利要求6所述的超声波通信方法，其特征在于：接收端解码的规则为：
当定时器的值<2.5nT时的码值为0，当定时器的值<3.5nT时的码值为1，当定时器的值>3.5nT时为新字节的开始，其中，T为声波的周期。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的超声波通信方法，其特征在于：所述发射端为手机、平板的音频功放模块。
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