基于模拟广播信道的异步数字信息发送装置的制作方法

本实用新型涉及一种在网络信息通信情况下使用的数据传输系统。更具体地说，本实用新型涉及一种用在广播网络通信情况下的基于模拟广播信道的异步数字信息发送装置。

背景技术：

网络通信是通过网络将各个孤立的设备进行连接，通过信息交换实现人与人，人与计算机，计算机与计算机之间的通信。而现有通信方式主要包括：电信网络，广播通信以及互联网。

而在网络信息技术领域，传统的互联网服务模式在目前网络通信中占有主流作用，但却存在诸多瓶颈，如：

1.互联网用户大多以独占方式使用网络服务的带宽和资源，随着用户数目增多，由于网络资源共享冲突而带来的服务拥塞；

2.互联网服务主要依赖其网络基础设施，网络基础设施匮乏的偏远地区缺乏快速有效的信息发布方式；

3.灾难、战争中基础设施损毁会导致大规模普通用户的通讯故障，缺少数字信息传输和发布方式等问题，无法及时接收数字信息。

而电信网络因为使用人群多，其网络基础设施分布也较广，但其同样存在互联网通信中的问题，无法在紧急状况中提供数字信息传输和发布方式等问题，无法及时实现数据通信。

当前无线广播网虽然覆盖范围广，在很多区域可不依赖于互联网基础网络设施，但作为单向网络，无法与用户进行信息交互。同时，广播网其本身通常的信息的传递方式只能是声音信号，不能以数字信息的方式传播文字和图片为用户提供服务，导致服务资源较为匮乏，难以吸引用户，其原因在于现有的广播网络中的信息发送设备，其只能发送声音模拟信号，不具备发送模拟图片和文字信号的能力。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种基于模拟广播信道的异步数字信息发送装置，其能够通过核心处理器，以串行方式接收上位机发送的待传输信息，并基于HART调制解调器实现数字信号的调制，该调制信号通过音频接口直接送入调频发射机进行高频调制发送，实现了利用现有模拟广播信道完成数字信息的发送功能，具有可实施效果好，可操作性强的效果。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种基于模拟广播信道的异步数字信息发送装置，包括：

用于对待发数据信息进行编辑的上位机；

与上位机通信连接以对接收至的信息进行编码和组帧处理的微处理器；

与微处理器通信连接以将接收到的信息调制成FSK信号的HART调制器；

其中，所述HART调制器通过调频发射机与信息接收装置通信连接，进而在模拟广播信道上构成异步数字信息通信链路。

优选的是，其中，所述上位机与微处理器之间设置有一电平转换电路，以将上位机输出的RS232电平信号转换成相应的TTL电平信号。

优选的是，其中，所述HART调制器与调频发射机之间设置有以对FSK信号进行增益的幅值放大电路。

优选的是，其中，所述HART调制器被配置为采用内部自带带通滤波器，数据传输率为1.2kbit/s，可直接通过标准的UART接口与STM32F405通信的AD5700芯片。

优选的是，其中，还包括与外部电源电连接的稳压电源模块；

其中，所述稳压电源模块被配置为包括：一与幅值放大电路电连接的±5.0V电源电压电路；

一与微处理器及其他数字IC电连接的3.3V电源电压电路；

所述外部电源被配置为DC：6-9V。

优选的是，其中，所述微处理器被配置为具有RAM存储器及FLASH闪存的处理器芯片。

优选的是，其中，所述微处理器被配置为采用Cortex-M4结构，具有32位的RISC内核，最高工作频率为168MHz，内部集成1024KB闪存和196KB SRAM的处理器芯片。

优选的是，其中，所述电平转换电路中的电平转换芯片被配置为采用MAX232电平转换芯片，以将从上位机PC端获得的RS232电平信号转换为TTL电平信号；

其中，所述MAX232电平转换芯片的UART1TX引脚和UART1RX引脚被配置为分别与微处理器的串口连接。

优选的是，其中，所述幅值放大电路被配置为运算放大器为OPA743型号的同相比例放大电路。

优选的是，其中，所述±5.0V稳压电路中设置有自恢复保险丝F1，所述3.3V稳压电路中设置有TVS瞬变抑制二极管SMBJ5.0A和SMBJ3.3A。

本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型的基于模拟广播信道的多模态数字信息发送装置，以STM32F405为核心处理器，通过串行方式接收上位机发送的待传输信息，并基于HART调制解调器AD5700实现数字信号的调制，该调制信号经过幅值放大后，通过音频接口直接送入调频发射机进行高频调制发送，实现了利用现有模拟广播信道完成数字信息的发送功能，具有可实施效果好，可操作性强的效果。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例中基于模拟广播信道的异步数字信息发送装置结构框图；

图2为本实用新型中电平转换电路串口通信电路图；

图3为本实用新型的HART调制波形图；

图4为本实用新型的HART解调器的调制解调电路图；

图5为本实用新型的幅值放大电路图；

图6为本实用新型的电源电压中的5.0V稳压电路图；

图7是本实用新型的电源电压中的3.3V稳压电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本实用新型的一种基于模拟广播信道的异步数字信息发送装置的实现形式，其中包括：

用于对待发数据信息进行编辑的上位机1，主要实现对待发送数据进行管理，包括信息内容编辑、信息发射管理、基本配置三部分，其中，信息内容可以由用户手动输入，也可以通过读取本地文件的方式完成编辑，信息发射管理包括对信息的发送、暂停、停止等功能，基本配置主要包括对广播发射速率以及发送次数的控制，发送模块主要完成信息内容接收及广播数据发送，包括对数字信息进行数模转换、调制、编码等；

与上位机通信连接以对接收至的信息进行编码和组帧处理的微处理器2，其通过上位机的相关参数配置，将接收到的电平信号进行编码和组帧处理处发送至HART调制器，以完成对信息的编码和组帧；

与微处理器通信连接以将接收到的信息调制成FSK信号的HART调制器3，经过微处理器的数据仍为数字信号，若直接将该数字信号送至调频发射机进行调制发送，由于数字信号中具有很多高频分量，则会造成信道的带宽浪费，所以必须先进行数模转换，将接收到的信号转换成相位连续的FSK信号，即数字信号转换为模拟信号再进行调制发送；

其中，所述HART调制器通过调频发射机4与信息接收装置(未示出)通信连接，进而在模拟广播信道上构成异步数字信息通信链路。采用这种方案的微处理器处理化相关内部寄存器以及外设，然后一直监听串口上是否有数据到来，当接收到上位机发送的信息时，完成信息的提取，其中，上位机软件与发射设备之间的串口通信也遵循一定的帧格式，微处理器根据起始字符和结束字符完成对待发送信息与控制信息的接收，其中控制信息包含信息发送次数和发送速率，信息类型指明当前信息为文本还是图片，并通过一个字节表示；

当微处理器正确提取完信息以后，对待发送数据进行纠错编码，以降低系统传输误码率，纠错编码实际上就是对信息添加冗余位，以保证数据传输的准确性，以STM32F405为核心处理器，通过串行方式接收上位机发送的待传输信息，并基于HART调制解调器AD5700实现数字信号的调制，该调制信号经过幅值放大后，通过音频接口直接送入调频发射机进行高频调制发送，实现了利用现有模拟广播信道完成数字信息的发送功能，具有可实施效果好，可操作性强，适应性好，稳定性好有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图1所示，在另一种实例中，所述上位机与微处理器之间设置有一电平转换电路5，以将上位机输出的RS232电平信号转换成相应的TTL电平信号。其用于将从上位机PC端接收到数据信息，实现RS232电平信号与TTL电平信号的转换发送至微处理器其电路设计如图2所示。采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，适应性好，稳定性好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图1所示，在另一种实例中，所述HART调制器与调频发射机之间设置有以对FSK信号进行增益的幅值放大电路6。由于HART调制器输出的FSK信号的峰值大约在200mV，所以必须对其进行幅值放大，以更好地满足调频发射机对调制信号的要求，采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，适应性好，稳定性好有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述HART调制器被配置为采用内部自带带通滤波器，数据传输率为1.2kbit/s，可直接通过标准的UART接口与STM32F405通信的AD5700芯片。HART协议物理层使用相位连续的频移键控(Frequency-shiftkeying，FSK)调制技术，在4～20mA模拟信号上叠加一个幅度为0.5mA均值为0的频率信号，以1.2KHz和2.2KHz交流信号分别代替数字信号的“0”和“1”，可以方便实现数字信号与模拟信号的双向转换。输入输出信号分别为FSK信号和UART信号，避免了传统A/D和D/A转换的复杂性和转换误差。HART调制波形如图3所示，UART信号输入HART调制解调器的TXD引脚，在HART_OUT引脚即可输出对应的FSK信号。本系统选用ADI公司的专用HART调制解调器AD5700，其内部自带带通滤波器，数据传输率为1.2kbit/s，可直接通过标准的UART接口与STM32F405通信，部分电路图如图4所示。AD5700调制时，一方面通过UART2接口与STM32F405进行串行通信，一方面将输入的数字信号调制成频率分别为1.2KHz和2.2KHz的FSK频移键控信号，并由HART_OUT引脚输出。该FSK信号便输入到下级幅值放大电路。采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，适应性好，稳定性好有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图1所示，在另一种实例中，还包括与外部电源电连接的稳压电源模块7；

其中，所述稳压电源模块被配置为包括：

一与幅值放大电路电连接的±5.0V电源电压电路8，其电路布局如6所示；

一与微处理器及其他数字IC电连接的3.3V电源电压电路9，其电路布局如7所示；

所述外部电源被配置为DC：6-9V。本系统中，所使用到的电源电压包括±5.0V和3.3V，其中±5.0V主要给幅值放大电路供电，3.3V电源主要给微处理器及其它数字IC供电。系统外部通过适配器输入6～9V直流电压，通过线性稳压电源LT1086-5稳压至5.0V，5.0V电压通过TPS6735反向转换至-5.0V，并且经过AMS1117-3.3稳压至3.3V。采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，适应性好，稳定性好有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述微处理器被配置为具有RAM存储器及FLASH闪存的处理器芯片。采用这种方案考虑到串口接收到广播信息后需要缓存，该微处理器选择带RAM及FLASH的处理器，以完成信息的处理，具有很强的数字信号处理和并行计算功能，以适应实际地使用需要，具有可实施效果好，可操作性强，稳定性好的有利之处。但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述微处理器被配置为采用Cortex-M4结构，具有32位的RISC内核，最高工作频率为168MHz，内部集成1024KB闪存和196KBSRAM的处理器芯片。系统中，由于需要进行大量的数据处理操作，采用了依法半导体公司的STM32F405处理器。该处理器采用Cortex-M4结构，具有32位的RISC内核，最高工作频率为168MHz；内部集成1024KB闪存和196KBSRAM，具有较强的数字信号处理能力；内部自带看门狗，可有效减小系统因外部干扰产生的不稳定性；包含标准和先进的接口：3个IIC和SPI接口、6个USART接口、2个CAN接口和1个SDIO接口，方便与外设直接通信，满足本系统功能需求。采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，适应性好，稳定性好有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述电平转换电路中的电平转换芯片被配置为采用MAX232电平转换芯片，以将从上位机PC端获得的RS232电平信号转换为TTL电平信号；

其中，所述MAX232电平转换芯片的UART1TX引脚和UART1RX引脚被配置为分别与微处理器的串口连接。本系统，采用MAX232实现RS232电平与TTL电平的转换。MAX232芯片是美信(MAXIM)公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。其中，UART1TX和UART1RX分别与微处理器的串口连接，RS232接口(J1)通过串口线与PC机相连，再配合上位机和下位机的程序，便可实现PC机与发射设备之间的通信。采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，适应性好，稳定性好有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述幅值放大电路被配置为运算放大器为OPA743型号的同相比例放大电路。本系统中，由于HART调制解调器AD5700输出的FSK信号的峰峰值大约在200mV，所以必须对其进行幅值放大，以更好地满足调频发射机对调制信号的要求。本系统中，采用由TI公司的精密运算放大器OPA743构成的同相比例放大电路，该放大器具有很低的内部噪声和很高的压摆率，可以对信号进行有效的线性放大；同时，采用同相比例放大电路，利用其高输入阻抗特性，起到了阻抗匹配的作用，减小了调频发射机对调制信号的影响。其电路原理图如图5所示。由AD5700输出的FSK信号进过C15和R8组成的高通滤波器滤除其直流分量，然后通过OPA743进行放大，最后通过音频接口(P5)连接至广播发射机。其中电压放大倍数Av由下式得出：采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，适应性好，稳定性好有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图6-7所示，在另一种实例中，所述±5.0V稳压电路中设置有自恢复保险丝F1，所述3.3V稳压电路中设置有TVS瞬变抑制二极管SMBJ5.0A和SMBJ3.3A。为了防止电路电流过大烧毁硬件电路板，在电路中加入自恢复保险丝(F1)，在电流过大时，自动断开电源，保护硬件电路。同时，为了防止电路中意外出现的浪涌电流，本系统采用TVS瞬变抑制二极管SMBJ5.0A和SMBJ3.3A进一步保护电路。并且采用LC组成π型滤波电路，滤除电源纹波，提高系统稳定性。采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，适应性好，稳定性好有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

本系统采用交流适配器供电，在设计上采用有效的滤波方法，滤除电源中的噪声干扰，降低了其对系统性能的影响。同时，电路板布局布线中，遵循EMI-EMC布局布线规则，有效降低了信号之间的相互影响。该发射装置安装在一个全金属密封的外壳内。

可靠性设计方面：

器件选择上，使用供货有质量保证的单位生产的器件，国外器件选择工业级以上的器件并进行降额设计。经过合理布局进行电路板散热，将发热器件分布安装在铝合金外壳附近，使电源易于散热，保证工作的可靠性。

印制板采用2层板设计，将模拟信号与数字信号分开布局布线，提高传输质量。主电流回路上有保险丝与TVS管，减小了电源故障对系统的损坏。

电路板与外壳间采用螺丝固定，保证支撑和安装强度。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的一种基于模拟广播信道的异步数字信息发送装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。