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众媒体教室无线发话器和吸收机的纵情配对技巧

日期:2019-12-03 05:36 来源:

  

众媒体教室无线发话器和吸收机的纵情配对技巧

  

众媒体教室无线发话器和吸收机的纵情配对技巧

  (1.华中科技大学现代教育技术中心,湖北 武汉 430074;2.华中科技大学 电子与信息工程系,湖北 武汉 430074) 要:在多媒体教室密集的教学楼里,如何实现无线话筒和接收机的任意配对,是值得进一步研究的课题。文中简要地概述了红外线载波调制解调音频技术、红外线传送载波频率资料技术、自动设置无干扰载 波频率技术和随机射频协议自适应跳频技术等任意配对实现方式,并指出了各自优缺点以及不同的应用场 合。最后为多媒体教室无线话筒和接收机的选购提供了指导性建议。 关键词:任意配对;无线话筒;接收机;载波频率 中图分类号:TN836,TN914 文献标识码:A 文章编号: Technique RandomMatching WirelessMicrophone Multi-mediaClassroom ZHANG Hui-ming ,LUYunlong ,LUJIE ,LEIZhi-hua ModernEducational Technology Center, Huazhong University Technology,Wuhan, 430074, China; InformationEngineering, Huazhong University Technology,Wuhan, 430074, China) Abstract:It studyfurther randommatching wirelessmicrophone teachingbuilding manymulti-media classrooms. randommatching summarizedbriefly infraredcarrier demodulation audio, infrared transmitted carrier frequency information, auto setup non-interference carrier frequency randomRF protocol self-adaptive frequency hopping differentsituations. Finally, choosewireless microphones multi-mediaclassroom proposed.Key words:random matching; wireless microphone; receiver; carrier frequency 目前许多公共多媒体教室集中在大型密集的教学楼里,上百个多媒体教室在一起上课,区域紧凑,原基于固定频点对固定频点技术 的无线话筒发射机(简称无线话筒)和其对应的无线话筒接收机(简称接收机)已经难以为继,给无线话筒的使用者和管理者带来了诸多问题,因分发的无线话筒数量多,频点错 不开而影响教学。 所以,解决目前多媒体教室无线话筒和接收机问题的最好方法是:无线话筒和接收机以任意配对技术 方式实现无干扰载波频率的通信连接。而通过何种方案实现载波频率相同,又能避开其它干扰,成为了无 线话筒和接收机实现任意配对功能的关键。根据公开的文献和专利报道,以及本项目具体实施,概述如下 多种任意配对技术实现方案。 任意配对功能实现技术2.1 红外线载波调制解调音频信号实现 红外线无线话筒及其接收机是以红外线作为声音信号的载波,基本原理与普通射频系统类似, 如图 红外线载波调制解调音频信号实现原理框图,在无线发射接收过程中也需要进行音频信号 的调制与解调过程。 红外线有一个普通射频系统没有的特性:衍射能力、穿透力非常弱,因此在各个相对独立空间内的红 红外线载波调制解调音频信号实现原理框图话筒 红外线 音频信号 处理 音频调制 红外线载波 红外线 放大发射 红外线 带通接收 红外线载波 解调音频 音频信号 处理 输出 无线话筒 外线无线话筒之间是不会相互干扰的,在数量上没有使用限制,从而实现无线话筒和接收机的任意配对。另外红外线具有直线传播,有非常强的反射性能,这就需要使用环境有基本的反射面,否则接收机红外接 收管的接收窗将无法收到信号。因此红外线无线话筒及其接收机不适于在开放的环境下使用(如户外,面 积很大的阶梯教室等),而在中小相对密闭的多媒体教室则会有很好的效果。 由于是红外线作为载波,有着技术先天的缺陷性,必然受到荧光灯、等离子电视机等发出红外线器件 的干扰,从而限制了此类技术的使用。 2.2 红外线传送载波频率资料实现 把某一段工作频率以载波点编码方式作为资料储存,利用红外线的特性,可以使用红外线作为工具近 距离传送载波频率资料,使无线话筒和接收机的载波 频率资料一致,从而实现任意配对功能,如图 基于红外线传送载波频率资料实现原理框图。 可知,在无线话筒一端,在普通无线话筒的基础上添加了红外信息解码、载波频率变换和频率 控制合成等功能模块。在接收机另一端,添加了红外 信息编码、载波频率资料、频率合成控制和组合键盘 控制等功能模块。 一般情况下,接收机是固定式的,是作为主控设 备。在工作时,接收机所工作的载波频率根据多媒体教室实际环境进行无干扰的人工预先设置,作为本教 室接收机的固定载波频率,保存在载波频率资料库中。讲课教师可以使用任何一个无线话筒,打开无线话 筒电源开关,使无线话筒的红外线接收窗口对准接收机的红外线发射窗口,再按动接收机的红外线发射按 钮,接收机微控制器(图中没画出)就会把载波频率资料库中已经选好的固定载波频率通过红外信息编码, 调制到红外线频率上,通过接收机红外线发射管发射出去。对应的无线话筒收到带有本教室固定的载波频 率的红外线信息后,通过红外信息解码,还原出接收机的固定载波频率编码,再通过载波频率变换,经频 率合成控制,使无线话筒还原出与接收机一样的载波频率。最后与普通的无线话筒一样进行无线音频传输。 这种方式只是利用红外线所携带接收机载波频率信息,按照使用者对语音通信质量、有无干扰进行判 断,直到挑出满意的载波频率。这种方式需要使用者进行判断、不断调整,使用起来还是很麻烦。 2.3 自动设置无干扰载波频率实现 根据2.2所论述的缺陷,一种能代替人工对语音通信质 量判断,并自动锁定无干扰的载波频率,如图 自动设置无干扰载波频率实现原理框图。 可知,只是在图2基础上添加了干扰信号检测 模块。显然,此模块决定了与图2 技术的基本区别。 开始工作前,接收机载波频率资料保存了所工作频段 的载波频率编码,并组成载波频率表,保存在载波频率资 料库中。使用无线话筒前,管理人员按下组合键盘控制的 扫描键,微控制器开始读入载波频率资料表的第一个载波 编码,用此编码控制载波频率合成,使接收机工作在此载波频率上,通过射频带通接收读入外界信号。读 入外界信号后,通过干扰信号模块检测,微控制器分析外界干扰信号的强弱,暂存在微控制器的 RAM 储器中。微控制器继续读入载波频率资料表的随后载波编码,与读入第一个载波编码任务一样,微控制器分析出外界干扰信号,暂存在 RAM 存储器中,直至读入所有载波频率表并扫描整个频带。然后,微控制 RAM存储器选取干扰信号最弱的载波频率编码,作为本教室接收机的固定载波频率。最后,讲课教 师可以使用任何一个无线话筒,使无线话筒的红外线接收窗口对准接收机红外线发射窗口,按下组合键盘 自动设置无干扰载波频率实现原理框图(红外线传送载波频率资料) 红外信息 编码 射频带通 接收 载波解调 音频 音频信号 处理 输出 组合键盘控制 载波频率 合成 RF 干扰信号 检测 接收机 基于红外线传送载波频率资料实现原理框图话筒 红外线 红外信息 解码 红外信息 编码 频率合成 控制 音频信号 处理 音频信号 调制载波 射频放大 发射 射频带通 接收 RF 载波解调 音频信号 音频信号 处理 工作频率 变换 输出 工作频率 资料 组合键盘 控制 频率合成 控制 RF 无线话筒 接收机 控制的“对接”键,使本教室的接收机固定载波频率通过红外信息编码,通过红外发射管发送出去。无线话 筒通过红外接收管接收带有本教室的固定载波频率的红外线,还原后通过载波频率合成,使无线话筒载波 频率与本教室的发射机的载波频率一致。此后,与普通的无线话筒与接收机一样实现无线音频传输。 虽然采用以自动扫描频带来确定接收机无干扰的载波频率,但是扫描整个频带并确定载波频率所花的 时间较长,使用过程中如有干扰时,又要重新确定无干扰的载波频率,在使用过程中仍然感到不便。 2.4 随机射频协议自适应跳频实现 针对于上述技术所有缺陷,本项目具体实施过程中,采用了全自动对频对码实现无线话筒和接收机的任意配对:以自适应随机跳频方式实现收发双方相同的载波频率建立连接 ,以携带地址码方式控制音频流的传输,即以跳频图案和地址码所组成的射频协议来控制双方的音频无线传输,现提供如图 所示的随机射频协议自适应跳频实现原理框图,其中 粗箭头为音频流,细箭头为微控制器发出或 读入控制信号流。 可知,无线话筒和接收机在现有技术基础上添加了随机射频协议和射频功率 控制,并在无线话筒一端,添加了随机数生 成电路。所有的无线话筒和接收机的硬件和 软件在厂家制造过程中使用相同的射频协 议,即地址码和跳频图案的默认值全部相同, 双方开机时随即就可以近距离通信。 一般多媒体教室讲台与相邻多媒体教室 讲台之间的距离最短在 米以上。开机或复位时后,系统首先进行配置初始化,然后微 控制器控制射频功率控制使无线话筒射频功 率增益为最小,与 米内的接收机先建立无冲突的工作频率跳频链接,同时无线话筒的音频信号与地址码混合,调制到工作频率上,经射频放大电路 发射出去。随后,无线话筒通过硬件和软件相结合,生成真随机数,组成新的随机射频协议(即新的随机 跳频图案和新的随机地址码),在已经建立无线通道中发送到接收机,再按新的随机射频协议进行刷新,与 接收机重新建立新的无干扰私密连接,避开了其他设备的频点或干扰邻接频点。最后,微控制器控制射频 功率控制使无线话筒的发射功率为最大,就进入正常发送音频流、发送或接收控制信号工作状态。 这就要求每一对无线话筒和接收机在通信过程中产生新的射频协议都不一样,前提是无线话筒具有产 生真随机数序列的功能。根据随机数的定义,凡是用算法生成的都不是真随机数,而是伪随机数 作为初值,生成下一个真随机数;X 可通过AVR单片机移位寄存器资源及C 语言实现 整数,;TrueRandom为微控制器控制随机数生成电路提供的一个干扰随机数,只要随机数生成电路的时钟 与单片机的工作时钟不一致即可。 在本项目实施中,对于跳频图案,使用式(1)生成的一系列真随机数,转化为不重复的 38 个工作频 率编码,作为跳频图案的各元素数值,去对应每一个跳频的载波频点;对于地址码,使用式(1)所生成的 一系列线xFF 的情况,作为地址码的各元素数值,作为一帧信号的地址码,用来 控制音频流的传输。 结束语由上面概述可知,红外线无线话筒的基本特性决定了只在中小型封闭性教室里使用,而用红外线传送 射频调制 解调电路 RF 音频控制混合 射频功率 放大 射频功率 控制 随机数 生成电路 音频处理 电路 话筒 射频调制 解调 音频控制分离 射频功率 放大 射频功率 控制 音频信号 还原 随机射频协议自适应跳频实现原理框图RF 输出 随机射频协议 地址码 跳频图案 随机射频协议 地址码 跳频图案 载波频率资料的无线话筒市面上技术已经成熟,适合于大规模多媒体教室里使用。如果自动设置无干扰载 波频率技术在价格上有优势,当然是更好的选择。随着微控制器和相关硬件器件的价格降低,整机成本下 降,具有随机射频协议自适应跳频技术的无线话筒,因解决了多媒体教室无线话筒的使用和管理问题,同 时也因硬件结构和技术参数全部相同,为无线话筒和接收机大规模生产带来了便利,如能选用此种设备是 最好不过的选择。 方祖述,何标.试论音频无线传输系统. 实验室研究与探索.1993;4:34-36,44. 王鹤群.红外无线].李伟耀.一种甚高频至特高频波段无线]. 无线麦克风发射与接收频率自动追踪锁定装置:中国,03126427.1. 2005-3-30[2008-12-4]. 基于nRF24Z1的多媒体教室无线话筒设计.实验室研究与探索.2007;26(10):29-33. 李晓东,卫建华.nRF24xx 频道避撞及频率捷变技术的实现. 西安工程科技学院学报.2007;21(7):226-229. 一种软件生成真随机数算法的设计和实现.计算机与信息技术.2008;04:95-96,105. 张应辰,张辉.用AVR 单片机实现快速跳频. 单片机与嵌入式系统应用.2004;11:72-74.

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