基于模擬廣播信道的異步數字信息接收裝置的制作方法

本實用新型涉及一種在網絡信息通信情況下使用的數據傳輸系統。更具體地說，本實用新型涉及一種用在廣播網絡通信情況下的基于模擬廣播信道的異步數字信息接收裝置。

背景技術：

網絡通信是通過網絡將各個孤立的設備進行連接，通過信息交換實現人與人，人與計算機，計算機與計算機之間的通信。而現有通信方式主要包括：電信網絡，廣播通信以及互聯網。

而在網絡信息技術領域，傳統的互聯網服務模式在目前網絡通信中占有主流作用，但卻存在諸多瓶頸，如：

1.互聯網用戶大多以獨占方式使用網絡服務的帶寬和資源，隨著用戶數目增多，由于網絡資源共享沖突而帶來的服務擁塞；

2.互聯網服務主要依賴其網絡基礎設施，網絡基礎設施匱乏的偏遠地區缺乏快速有效的信息發布方式；

3.災難、戰爭中基礎設施損毀會導致大規模普通用戶的通訊故障，缺少數字信息傳輸和發布方式等問題，無法及時接收數字信息。

而電信網絡因為使用人群多，其網絡基礎設施分布也較廣，但其同樣存在互聯網通信中的問題，無法在緊急狀況中提供數字信息傳輸和發布方式等問題，無法及時實現數據通信。

當前無線廣播網雖然覆蓋范圍廣，在很多區域可不依賴于互聯網基礎網絡設施，但作為單向網絡，無法與用戶進行信息交互。同時，廣播網其本身通常的信息的傳遞方式只能是聲音信號，不能以數字信息的方式傳播文字和圖片為用戶提供服務，導致服務資源較為匱乏，難以吸引用戶，其原因在于現有的廣播網絡中的信息接收設備，其只能接收聲音模擬信號，不具備接收模擬圖片和文字信號的能力。

技術實現要素：

本實用新型的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

本實用新型還有一個目的是提供一種基于模擬廣播信道的異步數字信息接收裝置，其通過FM信號解調電路有效實現特定頻率信號的接收解調，解調后的信號利用HART解調器進行解調，解調后的信號經微處理處理后完成，數字信息的接收，其實現了利用現有模擬廣播信道完成傳輸數字信息接收的功能，具有可實施效果好，可操作性強，穩定性好的效果。

為了實現根據本實用新型的這些目的和其它優點，提供了一種基于模擬廣播信道的異步數字信息接收裝置，包括：

用于將從廣播信道中接收到的模擬數據信息轉換成FSK信號的FM解調電路；

與FM解調電路通信連接以將接收到的FSK信號轉換成相應的TTL電平信號的HART解調器；

與HART解調器通信連接以從第二TTL電平信號提取相應數據信息的微處理器；

其中，所述FM解調電路通過廣播發射塔與信息發送單元通信連接，進而在模擬廣播信道上構成異步數字信息通信鏈路。

優選的是，其中，所述FM解調電路與HART解調器之間還設置有，以對接收到的FSK信號進行消噪的AGC電路。

優選的是，其中，還包括與外部電源電連接的穩壓電源模塊；

其中，所述穩壓電源模塊被配置為包括：一與AGC電路電連接的±5.0V穩壓電路；

一與處理器及其他數字IC電連接的3.3V穩壓電路；

所述外部電源被配置為DC：6-9V。

優選的是，其中，所述FM解調電路的解調芯片被配置為RDA5820芯片，且所述RDA5820芯片的MODE引腳被拉低，配置為低電平，以通過總線接口IIC與處理器通信連接。

優選的是，其中，所述AGC電路中的放大器被配置為采用壓控放大器AD603。

優選的是，其中，所述微處理器被配置為具有RAM存儲器及FLASH閃存的處理器芯片。

優選的是，其中，所述微處理器被配置為采用Cortex-M4結構，具有32位的RISC內核，最高工作頻率為168MHz，內部集成1024KB閃存和196KB SRAM的處理器芯片。

優選的是，其中，所述微處理器通過藍牙通信模塊與顯示終端通信連接。

優選的是，其中，所述微處理器通過SDIO接口通信連接有一數據存儲卡；

所述微處理器通過串口與一LCD顯示模塊通信連接。

優選的是，其中，所述HART解調器均被配置為采用內部自帶帶通濾波器，數據傳輸率為1.2kbit/s，可直接通過標準的UART接口與STM32F405通信的AD5700芯片。

本實用新型至少包括以下有益效果：本實用新型通過設計了一種基于模擬廣播信道的異步數字信息接收裝置，以實現利用現有模擬廣播信道完成傳輸數字信息接收的功能。該設備采用集成調頻接收芯片RDA5820作為FM信號解調IC，有效實現特定頻率信號的接收解調，解調后的信號經過自動增益控制(AGC)電路后，再利用HART解調器AD5700進行解調；解調后的信號送入STM32F405進行處理后，完成本地存儲及Android設備遠端訪問等功能。

本實用新型的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本實用新型的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為本實用新型的一個實施例中基于模擬廣播信道的異步數字信息接收裝置結構框圖；

圖2為本實用新型的FM接收解調電路圖；

圖3為本實用新型的另一個實施例中HART解調器的調制解調電路圖；

圖4為本實用新型的AGC電路圖；

圖5為本實用新型的電源電壓中的5.0V穩壓電路圖；

圖6是本實用新型的電源電壓中的3.3V穩壓電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

圖1示出了根據本實用新型的一種基于模擬廣播信道的異步數字信息接收裝置實現形式，其中包括：

用于將從廣播信道中接收到的模擬數據信息轉換成FSK信號的FM解調電路1，其廣播接收天線實時接收空間特定頻率段的FM信號，然后通過FM解調電路恢復調制信號；

與FM解調電路通信連接以將接收到的FSK信號轉換成相應的TTL電平信號的HART解調器2，由于FSK模擬信號不能直接送入微處理器進行處理，需要經過模數轉換后再能被識別，本系統采用HART調制解調協議完成對模擬信號數字化，即將FSK信號轉換為TTL電平信號，該信號可直接送入微處理器進行處理；

與HART解調器通信連接以從第二TTL電平信號提取相應數據信息的微處理器3，微處理器根據接收到的數據進行解碼以及糾錯處理等，恢復發送端發送的數據，接收端的微處理器系統與發送端相比，多出了一個晶振電路(Y2)，該晶振電路主要產生32.768KHz的時鐘信號，用于記錄系統時間，供數據存儲時使用；

其中，所述FM解調電路通過廣播發射塔(未示出)與信息發送單元(未示出)通信連接，進而在模擬廣播信道上構成異步數字信息通信鏈路。采用這種方案通過FM信號解調電路有效實現特定頻率信號的接收解調，解調后的信號利用HART解調器進行解調，解調后的信號經微處理處理后完成，數字信息的接收，其實現了利用現有模擬廣播信道完成傳輸數字信息接收的功 能，具有可實施效果好，傳輸穩定，適應性強的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據使用者需求進行適當的替換和/或修改。

如圖1所示，在另一種實例中，所述FM解調電路與HART解調器之間還設置有，以對接收到的FSK信號進行消噪的AGC電路4。采用這種方案是由于接收到的FM信號幅度隨接收端與廣播發射站的距離不同而變化，所以為了保證調制信號能有效的被HART解調器識別，FM調頻接收芯片可采用RDA5820，在RDA5820解調出的調制信號后加如自動增益控制(AGC電路布局如圖4所示)電路，使得解調后的信號的幅值基本保持恒定，具有可實施效果好，可操作性強，穩定性好的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據使用者需求進行適當的替換和/或修改。

如圖1所示，在另一種實例中，還包括與外部電源電連接的穩壓電源模塊5；

其中，所述穩壓電源模塊被配置為包括：一與AGC電路電連接的±5.0V穩壓電路6，其電路布局如5所示；

一與處理器及其他數字IC電連接的3.3V穩壓電路7，其電路布局如6所示；

所述外部電源被配置為DC：6-9V。采用這種方案所使用到的電源電壓包括±5.0V和3.3V，其中±5.0V主要給AGC電路供電，3.3V電源主要給微處理器及其它數字IC供電。系統外部通過適配器輸入6～9V直流電壓，通過線性穩壓電源LT1086-5穩壓至5.0V，5.0V電壓通過TPS6735反向轉換至-5.0V，并且經過AMS1117-3.3穩壓至3.3V。為了防止電路中意外出現的浪涌電流，本系統采用TVS瞬變抑制二極管SMBJ5.0A和SMBJ3.3A進一步保護電路。并且采用LC組成π型濾波電路，濾除電源紋波，提高系統穩定性，具有穩定性好，可實施效果好的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據使用者需求進行適當的替換和/或修改。

在另一種實例中，所述FM解調電路的解調芯片被配置為RDA5820芯片， 且所述RDA5820芯片的MODE引腳被拉低，配置為低電平，以通過總線接口IIC與微處理器通信連接。傳統的模擬廣播信號解調電路通常包含以下幾個部分：高頻小信號放大電路、混頻電路、中頻放大電路、鑒頻或包絡檢波電路以及相應的濾波電路，由于采用分立元件，造成該模擬解調系統的穩定性降低，易受外部干擾，本系統以調頻接收芯片RDA5820為核心，其工作頻段為65～108MHz，內部集成了4KB存儲器，在保存頻率信息和數據時具有獨特的優勢；同時RDA5820內置高精度A/D及數字頻率合成器，采用噪聲消除電路設計，具有非常高的接收靈敏度，噪聲小，抗干擾能力強，其硬件電路設計如圖2所示；將MODE引腳拉低，RDA5820便通過IIC總線接口與STM32F405進行通信，并將FM解調后的FSK信號送入HART解調器的HART_IN端，進行HART信號解調，以恢復數字信號；采用這種方案具有穩定性好，可實施效果好的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據使用者需求進行適當的替換和/或修改。

在另一種實例中，所述AGC電路中的放大器被配置為采用壓控放大器AD603，如圖4所示。本系統中，采用由ADI公司的壓控放大器AD603組成的AGC電路對RDA5820解調后的調制信號進行處理。AD603是一款低噪聲、電壓控制型放大器，用于射頻(RF)和中頻(IF)自動增益控制(AGC)系統。它提供精確的引腳可選增益，90MHz帶寬時增益范圍為-11dB至+31dB，9MHz帶寬時增益范圍為+9dB至+51dB。用一個外部電阻便可獲得任何中間增益范圍，其噪聲譜密度僅為1.3nV/√Hz。放大后的HART解調信號通過包絡檢波后反饋到AD603電壓控制端與基準電壓一起完成信號的放大，使得信號輸出幅度在1.0V左右，當輸入HART信號幅值變化較大時，輸出僅有微小波動。采用這種方案具有穩定性好，可實施效果好，可操作性強的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據使用者需求進行適當的替換和/或修改。

在另一種實例中，所述微處理器被配置為具有RAM存儲器及FLASH閃存的處理器芯片。采用這種方案考慮到串口接收到廣播信息后需要緩存，該第一微處理器選擇帶RAM及FLASH的處理器，以完成信息的處理，具有很 強的數字信號處理和并行計算功能，以適應實際地使用需要，具有可實施效果好，可操作性強，穩定性好的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據使用者需求進行適當的替換和/或修改。

在另一種實例中，所述微處理器被配置為采用Cortex-M4結構，具有32位的RISC內核，最高工作頻率為168MHz，內部集成1024KB閃存和196KB SRAM的處理器芯片。本系統中，由于需要進行大量的數據處理操作，采用了依法半導體公司的STM32F405處理器。該處理器采用Cortex-M4結構，具有32位的RISC內核，最高工作頻率為168MHz；內部集成1024KB閃存和196KB SRAM，具有較強的數字信號處理能力；內部自帶看門狗，可有效減小系統因外部干擾產生的不穩定性；包含標準和先進的接口：3個IIC和SPI接口、6個USART接口、2個CAN接口和1個SDIO接口，方便與外設直接通信，滿足本系統功能需求。采用這種方案具有運算速度快，可實施效果好，穩定性好，適應性強的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據使用者需求進行適當的替換和/或修改。

如圖1所示，在另一種實例中，所述微處理器通過藍牙通信模塊8與顯示終端9通信連接。其主要完成對接收到的廣播信息進行顯示，以移動設備應用程序的形式，通過藍牙協議讀取存儲在廣播接收設備的數據，并對數據進行分類顯示，采用這種方案的數據顯示模塊可通過交互式信息查詢的方式從數據接收模塊獲取其本地保存的數據，并以文字和圖片的形式進行顯示，以便于對接收數據的查詢，本系統的處理器STM32F405的UART2、UART6、UART1分別與串口觸摸屏、HART解調器和藍牙模塊進行通信，并通過其自帶的SDIO接口與SD卡通信，實現數據存儲與讀取；

藍牙模塊采用HC-05藍牙2.0模塊實現數據顯示終端與接收端下位機之間的通信，HC-05藍牙模塊采用串口方式(UART1TX、UART1RX)與STM32F405進行通信，并通過按鍵S2和相應的上位機配置軟件可實現對模塊的配置，比如串口波特率、主從模式以及設備名稱，為有效保存接收到的數據，同時，該設備還可以通過藍牙通信方式與外部中斷進行通信，具有交 互性強，可實施效果好，可操作性強，穩定性好的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據使用者需求進行適當的替換和/或修改。

如圖1所示，在另一種實例中，所述微處理器通過SDIO接口通信連接有一數據存儲卡10；

所述微處理器通過串口與一LCD顯示模塊11通信連接。為有效保存接收到的數據，本系統采用Micro SD卡作為存儲設備，SD卡與微處理器之間通過SDIO接口相連，并在每條數據線上加上拉電阻，以提高灌電流，防止SD卡與STM32F405之間通信不正常。同時，該設備還可以通過藍牙通信方式與外部中斷進行通信，本裝置采用HC-05藍牙模塊，該模塊采用串口方式與STM32F405進行通信，采用這種方案具有可實施效果好，穩定性強，適應性好的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據使用者需求進行適當的替換和/或修改。

在另一種實例中，所述HART解調器均被配置為采用內部自帶帶通濾波器，數據傳輸率為1.2kbit/s，可直接通過標準的UART接口與STM32F405通信的AD5700芯片。HART協議物理層使用相位連續的頻移鍵控(Frequency-shift keying，FSK)調制技術，在4～20mA模擬信號上疊加一個幅度為0.5mA均值為0的頻率信號，以1.2KHz和2.2KHz交流信號分別代替數字信號的“0”和“1”，可以方便實現數字信號與模擬信號的雙向轉換。輸入輸出信號分別為FSK信號和UART信號，避免了傳統A/D和D/A轉換的復雜性和轉換誤差，本系統采用AD5700解調時，FSK信號由HART_IN引腳輸入，將其轉換為標準串口數據格式，送入STM32F405進行處理。本系統選用ADI公司的專用HART調制解調器AD5700，其內部自帶帶通濾波器，數據傳輸率為1.2kbit/s，可直接通過標準的UART接口與STM32F405通信，部分電路圖如圖3所示；采用這種方案具有可實施效果好，可操作性強，穩定性好的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本實用新型時，可以根據使用者需求進行適當的替換和/或修改。

本系統采用交流適配器供電，在設計上采用有效的濾波方法，濾除電源中的噪聲干擾，降低了其對系統性能的影響。同時，電路板布局布線中，遵 循EMI-EMC布局布線規則，有效降低了信號之間的相互影響。接收設備安裝在一個全金屬密封的外殼內。

可靠性設計方面：

在器件選擇上，使用供貨有質量保證的單位生產的器件，國外器件選擇工業級以上的器件并進行降額設計。經過合理布局進行電路板散熱，將發熱器件分布安裝在鋁合金外殼附近，使電源易于散熱，保證工作的可靠性。

印制板采用2層板設計，將模擬信號與數字信號分開布局布線，提高傳輸質量。主電流回路上有保險絲與TVS管，減小了電源故障對系統的損壞。

電路板與外殼間采用螺絲固定，保證支撐和安裝強度。

這里說明的設備數量和處理規模是用來簡化本實用新型的說明的。對本實用新型的基于模擬廣播信道的異步數字信息接收裝置的應用、修改和變化對本領域的技術人員來說是顯而易見的。

盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用。它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領域。對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改。因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實用新型并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。