[发明专利]一种便携式小型音频收发系统

说明书

技术领域

本发明属于音频收发技术领域，具体涉及一种便携式小型音频收发系统。

背景技术

声波通信作为一种无线通信方式，近年来被运用于室内定位、水下通信等场景，是一个较为热门的研究领域。高性能的音频收发装置是实现以上应用的硬件基础。

不同的应用场景下，采用的声波信号形式不尽相同，现有的音频播放设备配置方式不够灵活，不能方便地支持这些特殊、多样的自定义信号。此外，我们还需要对声信号进行采集、存储和处理，已有的音频接收设备往往独立于音频播放设备，且体积笨重、不易携带，这无疑增大了应用成本。部分通信应用场景需要记录足够精度的时间戳，现有的设备难以满足此类需求。可以说，现有设备的缺陷在一定程度上阻碍了以上应用的发展和推广。

FPGA(Field Programmable Gate Array)作为一种可编程的门阵列，支持各种电平标准的接口，在数据采集、信号处理等领域有着广泛的应用。基于FPGA控制的音频收发系统可以根据不同的应用场景进行功能定制，功能扩展灵活方便，成本不高。

发明内容

鉴于上述，本发明提出了一种便携式小型音频收发系统，其采用通用的音频芯片做音频收发通道，具备成本低、支持多种工作模式等优点，相关的信号预处理电路设计可参数化，功能定制实现简单；此外，用于控制本系统进行音频发送和接收的时间戳精度高，可以达到微秒的量级；本发明实现了音频收发功能的合置，具备体积小巧、便于携带、成本低廉等优点。

一种便携式小型音频收发系统，包括电源模块、时钟晶振模块、存储模块、USB串口通信模块、UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)模块、闪存模块、音频处理模块以及FPGA模块；其中：

所述电源模块用于为系统中的其他功能模块提供工作电压；

所述时钟晶振模块用于产生两路不同频率的时钟基准信号，一路提供给FPGA模块，另一路提供USB串口通信模块和UART模块；

所述存储模块用于储存音频信号；

所述USB串口通信模块用于与外部微型计算机进行通信；

所述UART模块用于与上位机进行通信，接收用户下达的控制指令；

所述音频处理模块通过外部设备接收音频信号并对其进行预处理以及模/数转换后提供给FPGA模块，同时对FPGA模块转发的音频信号进行数/模转换后通过外部设备进行播放；

所述FPGA模块用于将音频处理模块转换后的音频信号保存至存储模块中或将该音频信号通过USB串口通信模块保存至外部微型计算机中，还用于读取存储模块中的音频信号或通过USB串口通信模块读取外部微型计算机中的音频信号并将其转发给音频处理模块；FPGA模块还用于解析所述控制指令并作出相应处理，同时将系统的工作状态信息通过UART模块反馈给上位机；

所述闪存模块用于存储少量待播放的音频信号。

进一步地，所述电源模块包括：

DC-DC变换电路，用于将电池输出的24V直流电压转换成5V直流电压；

滤波电路，用于抑制DC-DC变换电路开关频率下的输出电压纹波；

LDO(低压差线性稳压器)电路，用于将滤波后的5V直流电压降压成适应各功能模块的工作电压。

进一步地，所述时钟晶振模块分别采用两个晶振分别产生频率为10MHz和11.0592MHz的两路时钟基准信号，10MHz时钟基准信号作为FPGA模块工作时的系统时钟，11.0592MHz时钟基准信号作为USB串口通信模块和UART模块的波特率时钟。

进一步地，所述存储模块由U盘、SD卡以及CH376芯片组成，U盘和SD卡通过CH376芯片与FPGA模块连接。

进一步地，所述USB串口通信模块由USB接口和FT232RL芯片组成，USB接口通过FT232RL芯片与FPGA模块连接。

进一步地，所述UART模块由DB9F接口和MAX3232ESE电平转换芯片组成，DB9F接口通过MAX3232ESE电平转换芯片与FPGA模块连接。

进一步地，所述闪存模块采用S25FL032P芯片。

进一步地，所述音频处理模块对音频信号进行预处理包括滤波以及放大，其中滤波通过MAX274芯片实现，放大通过LTC6910-1芯片实现，模/数以及数/模转换通过TLV320AIC23B芯片实现。