基于手机音频的数据通信方法与流程

本发明涉及一种基于手机音频的数据通信方法。

背景技术：

目前手机与外部设备之间的数字信号的通信方式主要有以下几种：数据口、蓝牙、wifi，本发明为拓展及降低传统数据通信成本，提出了一种基于手机音频的数据通信方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于手机音频的数据通信方法，将音频信号转化成可识别的数字信号，拓展了传统的手机数据通信方式，且与数据口比，音频口标准更统一，与蓝牙与wifi比，音频口操作更简便，无需进行配对与连接，并同时具备比蓝牙与wifi外设更低的硬件成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于手机音频的数据通信方法，包括如下步骤，

S1、外设通过手机音频口与手机相连；

S2、手机发送数据：手机通过音频头的左/右声道发送经过编码的音频信号给外设，外设通过检查外设CPU的IO管脚上的脉宽宽度，解码出手机发送的数据内容；

S3、外设发送数据：外设通过外设CPU的IO管脚发送经过编码的数据给手机，手机获取音频头MIC录到的声音波形，解码出外设发给手机的数据；

S4、完成手机与外设的数据通信。

在本发明一实施例中，所述手机音频口为4段式3.5mm音频口，所述外设通过音频头直接插入或通过音频延长线接入该4段式3.5mm音频口。

在本发明一实施例中，所述步骤S2、S3中采用的编码为曼切斯特编码、FSK编码或F2F编码。

在本发明一实施例中，所述FSK编码方式是通过固定周期的脉宽信号来区分数字信号的0与1。

在本发明一实施例中，所述手机播放设置参数为：打点频率48000Hz，双声道，位宽8位；手机录音设置参数为：录音频率44100Hz，单声道，位宽16位。

在本发明一实施例中，所述步骤S2中，手机通过音频头的左/右声道发送经过编码的音频信号给外设具体实现方式为：手机控制音频信号输出时的高低幅值以及输出高低幅值持续的时间，从而将待发送的数据转换为FSK编码的音频信号，而后通过手机左/右声道发送出去。

在本发明一实施例中，所述步骤S3中，手机获取音频头MIC录到的声音波形，解码出外设发给手机的数据具体实现方式为：手机获取到音频头MIC录到的声音波形，通过检测声音波形信号的脉宽宽度，解码出数据内容。

在本发明一实施例中，所述步骤S3中，手机获取音频头MIC录到的声音波形后需先通过滤波算法滤波后，再进行解码。

在本发明一实施例中，首次进行手机与外设的数据通信时，外设返回不同频率、不同幅值的声音波形信号给手机，以便于手机通过解码后评判出最优波形质量的声音波形信号，之后进行手机与外设的数据通信时，外设均以该最优波形质量进行数据发送。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方案将音频信号转化成可识别的数字信号，拓展了传统的手机数据通信方式，并具有以下特点：

1、与数据口比，音频口标准更统一（例：安卓、IOS、winCE、塞班等平台音频口均一致，数据口有microUSB、miniUSB、USB、lightning等多种接口标准）；

2、与蓝牙与wifi比，音频口操作更简便，无需进行配对与连接；

3、同时具备比蓝牙与wifi外设更低的硬件成本。

附图说明

图1为本发明手机与外设连接示意图。

图2为本发明手机与外设连接采用的音频头。

图3为本发明手机与外设的通信流程。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1-3所示，本发明一种基于手机音频的数据通信方法，包括如下步骤，

S1、外设通过手机音频口与手机相连；

S2、手机发送数据：手机通过音频头的左/右声道发送经过编码的音频信号给外设，外设通过检查外设CPU的IO管脚上的脉宽宽度，解码出手机发送的数据内容；

S3、外设发送数据：外设通过外设CPU的IO管脚发送经过编码的数据给手机，手机获取音频头MIC录到的声音波形，解码出外设发给手机的数据；

S4、完成手机与外设的数据通信。

进一步的，所述手机音频口为4段式3.5mm音频口，所述外设通过音频头直接插入或通过音频延长线接入该4段式3.5mm音频口。

进一步的，所述步骤S2、S3中采用的编码为曼切斯特编码、FSK编码或F2F编码。

进一步的，所述FSK编码方式是通过固定周期的脉宽信号来区分数字信号的0与1。

进一步的，所述手机播放设置参数为：打点频率48000Hz，双声道，位宽8位；手机录音设置参数为：录音频率44100Hz，单声道，位宽16位。

进一步的，所述步骤S2中，手机通过音频头的左/右声道发送经过编码的音频信号给外设具体实现方式为：手机控制音频信号输出时的高低幅值以及输出高低幅值持续的时间，从而将待发送的数据转换为FSK编码的音频信号，而后通过手机左/右声道发送出去。

进一步的，所述步骤S3中，手机获取音频头MIC录到的声音波形，解码出外设发给手机的数据具体实现方式为：手机获取到音频头MIC录到的声音波形，通过检测声音波形信号的脉宽宽度，解码出数据内容。

进一步的，所述步骤S3中，手机获取音频头MIC录到的声音波形后需先通过滤波算法滤波后，再进行解码。

进一步的，首次进行手机与外设的数据通信时，外设返回不同频率、不同幅值的声音波形信号给手机，以便于手机通过解码后评判出最优波形质量的声音波形信号，之后进行手机与外设的数据通信时，外设均以该最优波形质量进行数据发送。

以下为本发明的具体技术方案。

如图1所示，本申请外设通过标准的4段式3.5mm音频口与手机相连（可直接插入手机或通过音频延长线接入）

本发明方案的数据通信链路：

手机左/右声道与外设IO管脚（接收管脚）相连

手机发送数据给外设：

手机通过音频头的左/右声道发送经过编码（曼切斯特编码/FSK/F2F）的音频信号给外设，外设通过检查CPU的IO管脚上的脉宽宽度，解码出手机端发送的数据内容

手机MIC与外设IO管脚（发送管脚）相连

外设发送数据给手机：

外设通过CPU的IO管脚发送经过编码（曼切斯特编码/FSK/F2F）的数据给手机，手机获取音频头MIC录到的声音波形，解码出外设发给手机的数据

本发明以FSK通信方式为例：

FSK编码方式介绍：

该编码方式是通过固定周期的脉宽信号来区分数字信号的0与1

手机端音频播放与录音参数设置：

手机端播放设置参数为：打点频率48000Hz，双声道，位宽8位

手机端录音设置参数为：录音频率44100Hz，单声道，位宽16位

手机端音频数据的编码输出：

手机端可控制音频信号输出时的高低幅值以及输出高低幅值持续的时间，利用这点手机端可将待发送的数据转换为FSK编码的音频信号，然后通过手机左/右声道发送出去

手机端录音数据的接收解码：

手机端获取到录音数据的波形，通过检测波形信号的脉宽宽度，解码出数据内容

由于市面上手机种类众多，为提高手机兼容性实施了以下方案：

通信波形质量优化

(1)、0、1信号周期的脉宽比例不能超过3:2(FSK)

(2)、数据前后增加保护数据，保证关键数据的正确接收

协议优化

(1)、每字节增加检验位、完整数据包增加校验字节保证数据正确性

算法优化

(1)、录音解码时加入滤波算法，先滤波再解码，提高畸变波形的解码成功率

通信流程优化

(1)、增加重发机制

(2)、识别过程按如下方式进行识别

手机录音波形质量主要受到音频信号的频率以及幅值两个因素的影响，为保证所有手机都能接收到最好的录音波形，通信流程进行了握手确认的流程优化

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。