本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种深紫外光通信音频传输装置及其控制方法。
背景技术：
紫外光通信是以大气分子和子溶胶粒子的散射和吸收为基础进行的光通信技术。日盲区的存在，为工作在该波段的紫外光通信装置提供了一个良好的通信背景。由于紫外光通信是基于大气散射和吸收的无线光通信技术，因此，紫外光在大气中的散射作用使紫外光的能量传输方向发生改变，但吸收作用带来的衰减使紫外光的传输限定在一定的距离内。其次，在光通信中，由于外界环境中各种噪声以及其他一些不可预知的因素，在光传输的过程中极易造成信息错误。一类错误是由于外界环境中不同波段的光干扰导致的突发性错误，即错误比特连续出现，极易影响通信链路的稳定性与通信质量；另一类错误是沙尘颗粒等物理因素导致的直距阻碍或反射干扰，也会在一定程度上提高光通信传输的误码率，从而限制了光通信技术的应用领域。
因此，如何改善光通信过程中音频传输质量差、保密性低的问题，以提高音频信号的光传输效率，是当前亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种深紫外光通信音频传输装置及其控制方法，用于解决现有技术中音频信号传输质量差、保密性低的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种深紫外光通信音频传输装置，包括发射模块、接收模块和控制模块；其中：
所述发射模块包括音频源、音频编码单元、恒流驱动单元、加速开关电路、晶体管驱动单元和深紫外led阵列，所述音频源用于接收待发送的音频信号；所述音频编码单元用于将所述待发送的音频信号进行编码，形成编码信号之后传输至所述控制模块；所述控制模块用于对所述编码信号进行调制，形成调制信号后输出至所述加速开关电路；所述恒流驱动单元用于向所述深紫外led阵列提供电源驱动信号，且所述恒流驱动单元的输出端连接所述加速开关电路，所述加速开关电路将所述调制信号加载至所述电源驱动信号；所述晶体管驱动单元的输入端连接所述加速开关电路、输出端连接所述深紫外led阵列，用于驱动所述深紫外led阵列发射第一深紫外调制光信号；
接收模块包括光电探测器、运放滤波电路、模数转换单元、音频解码单元和播放源，所述光电探测器用于接收来自于外界的第二深紫外调制光信号，并将所述第二深紫外调制光信号转换为电信号；所述运放滤波电路用于将所述电信号通过两级负反馈进行放大；所述模数转换单元，用于将放大后的所述电信号进行判决处理，并输出成规整数字波形信号；所述控制模块用于将所述规整数字波形信号解调，形成解调信号；所述音频解码单元用于将所述解调信号解码，得到待接收的音频信号；所述播放源用于播放所述待接收的音频信号。
可选的，所述控制模块还包括：
数据同步单元，用于将所述编码信号进行异步数据同步化处理；
dds发生器，用于将经所述数据同步单元处理的所述编码信号转换为调制信号，并输出至所述加速开关电路。
可选的，所述数据同步单元还用于将所述规整数字波形信号进行异步数据同步化处理；所述控制模块还包括：
非相干解调器，用于将经所述数据同步单元处理的所述规整数字波形信号进行非相干解调，形成解调信号；
锁相环，用于将所述解调信号进行位同步化处理，并输出至所述音频解码单元。
可选的，所述控制模块还包括：
按键单元，包括多个按键，用于调整所述深紫外光通信音频传输装置的工作状态，所述工作状态包括关闭状态、信号发射状态、信号接收状态、信号发射接收双工状态中的一种或者两种以上。
可选的，所述控制模块还包括：
oled驱动单元，用于控制一oled显示屏显示所述深紫外光通信音频传输装置的相关信息。
可选的，所述发射模块还包括：
散热单元，设置于所述深紫外led阵列外围，用于对所述深紫外led阵列进行散热处理。
可选的，所述接收模块还包括：
滤波片，设置于所述光电探测器的接收端，用于滤除夹杂于所述第二深紫外调制光信号中的背景光。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种如上述任一项所述的深紫外光通信音频传输装置的控制方法，包括如下步骤：
接收一待发送的音频信号；
对所述待发送的音频信号进行编码处理，形成编码信号；
对所述编码信号进行调制，形成调制信号；
将所述调制信号加载至深紫外led阵列的电源驱动信号之后，驱动所述深紫外led阵列发射第一深紫外调制光信号；
接收第二深紫外调制光信号，并将其转换为电信号；
将所述电信号通过两级负反馈进行放大；
对经放大处理的所述电信号进行判决处理，形成规整数字波形信号；
将所述规整数字波形信号解调，形成解调信号；
将所述解调信号解码之后播放。
可选的，对所述编码信号进行调制的具体步骤包括：
对所述编码信号进行异步数据同步化处理；
通过一dds发生器将经异步数据同步化处理后的所述编码信号转换为调制信号。
可选的，将所述规整数字波形信号解调的具体步骤包括：
将所述规整数字波形信号进行异步数据同步化处理；
将经异步数据同步化处理的的所述规整数字波形信号进行非相干解调，形成解调信号；
将所述解调信号进行位同步化处理。
本发明提供的深紫外光通信音频传输装置及其控制方法，采用深紫外光作为音频信号传输的载体，实现了高保密性的数据传输，且深紫外光抗干扰能力强，从而能够有效提高音频信号的传输质量。同时，所述深紫外光通信音频传输装置可用于非视距通信，且其具有很高的信噪比以及不需要跟踪瞄准等特点，从而有助于扩展深紫外光通信技术的应用领域。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中深紫外光通信音频传输装置的结构示意图；
附图2是本发明具体实施方式中控制模块进行数字调制时的示意图；
附图3是本发明具体实施方式中控制模块进行数字解调时的示意图；
附图4是本发明具体实施方式在控制深紫外光通信音频传输装置发射音频信号时的方法流程示意图；
附图5是本发明具体实施方式在控制深紫外光通信音频传输装置接收音频信号时的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的深紫外光通信音频传输装置及其控制方法的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种深紫外光通信音频传输装置，附图1是本发明具体实施方式中深紫外光通信音频传输装置的结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的所述深紫外光通信音频传输装置，包括发射模块、接收模块和控制模块12；其中：
所述发射模块包括音频源10、音频编码单元11、恒流驱动单元13、加速开关电路14、晶体管驱动单元15和深紫外led阵列16，所述音频源10用于接收待发送的音频信号；所述音频编码单元11用于将所述待发送的音频信号进行编码，形成编码信号之后传输至所述控制模块12；所述控制模块12用于对所述编码信号进行调制，形成调制信号后输出至所述加速开关电路14；所述恒流驱动单元13用于向所述深紫外led阵列16提供电源驱动信号，且所述恒流驱动单元13的输出端连接所述加速开关电路14，所述加速开关电路14将所述调制信号加载至所述电源驱动信号；所述晶体管驱动单元15的输入端连接所述加速开关电路14、输出端连接所述深紫外led阵列16，用于驱动所述深紫外led阵列16发射第一深紫外调制光信号；
接收模块包括光电探测器19、运放滤波电路20、模数转换单元21、音频解码单元22和播放源23，所述光电探测器19用于接收来自于外界的第二深紫外调制光信号，并将所述第二深紫外调制光信号转换为电信号；所述运放滤波电路20用于将所述电信号通过两级负反馈进行放大；所述模数转换单元21，用于将放大后的所述电信号进行判决处理，并输出成规整数字波形信号；所述控制模块12用于将所述规整数字波形信号解调，形成解调信号；所述音频解码单元22用于将所述解调信号解码，得到待接收的音频信号；所述播放源23用于播放所述待接收的音频信号。
具体来说，通过所述深紫外光通信音频传输装置向外界传输一待发送的音频信号时：首先，通过所述音频源10接收来自外界的所述待发送的音频信号，并将所述待发送的音频信号传输至所述音频编码单元11。其中，所述音频源10可以是通过同轴输入音频接口或者麦克风接收所述待发送的音频信号。接着，所述音频编码单元11将所述待发送的音频信号进行编码处理，形成编码信号。所述音频编码单元11的型号可以为wm8731。经型号为wm8731的所述音频编码单元11输出的所述编码信号为单比特数据信号。之后，所述控制模块12对单比特的所述编码信号进行调制，形成调制信号并发送至所述加速开关电路14。同时，所述恒流驱动单元13输出电源驱动信号至所述加速开关电路14。所述加速开关电路14在接收到所述调制信号之后，将所述调制信号加载至所述电源驱动信号中，并将加载有所述调制信号的所述电源驱动信号传输至所述晶体管驱动单元15。所述晶体管驱动单元15根据接收到的加载有所述调制信号的所述电源驱动信号驱动所述深紫外led阵列16发射第一深紫外调制光信号。所述第一深紫外调制光信号为携带有所述待发送的音频信号的明暗光信号。
所述恒流驱动单元13可以为四路恒流驱动单元，例如包括emi滤波器的四路恒流驱动单元。所述晶体管驱动单元15可以包括mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)。
通过所述深紫外光通信音频传输装置接收一待接收的音频信号时：首先，通过所述光电探测器19接收携带有所述待接收的音频信号的所述第二深紫外调制光信号，并将所述第二深紫外调制光信号进行光电转换，生成电信号。所述光电探测器19可以为雪崩二极管光电探测器。接着，所述运放滤波电路20将较弱的所述电信号通过两级负反馈放大至合适的幅度(具体的幅度本领域技术人员可以根据实际需要进行调整)，再由所述模数转换单元21对放大后的所述电信号进行判决处理，输出成规整数字波形信号。所述控制模块12对所述规整数字波形信号进行解调，生成解调信号。随后，所述音频解码单元22对所述解调信号进行解码后输出，最终通过所述播放源23将所述待接收的音频信号输出播放。所述播放源23可以为同轴输出音频接口或者扬声器。所述音频解码单元22的型号可以为wm8731。所述运放滤波电路20可以包括tia(跨阻放大器)和/或hpf(高通滤波器)。
可选的，所述控制模块12还包括：
数据同步单元123，用于将所述编码信号进行异步数据同步化处理；
dds发生器125，用于将经所述数据同步单元处理的所述编码信号转换为调制信号，并输出至所述加速开关电路14。
附图2是本发明具体实施方式中控制模块进行数字调制时的示意图。具体来说，为了解决模拟音频信号传输质量差、加载大功率的深紫外led阵列难度高、效率低的问题，所述控制模块12可以包括一fpga(fieldprogrammablegatearray，现场可编程逻辑门阵列)。所述深紫外光通信音频传输装置以fsk为调制手段，将数字音频信号(即所述编码信号)送入fpga进行调制处理。例如，如图2所示，型号为wm8731的所述音频编码单元11输出的单比特数据进入fpga之后，先通过所述数据同步单元123进行同步化操作，把异步数据同步化。ddsip核根据输入数据的比特流为0或者1产生两个不同频率的正弦波f1和f2，经过该操作之后基带信号(即编码信号)变为调制信号(即第一数字调制信号)从fpga输出至外围电路(例如所述加速开关电路14)。所述fpga中还可以根据实际需要设置串口驱动单元126，用于实现串口驱动。
可选的，所述数据同步单元123还用于将所述规整数字波形信号进行异步数据同步化处理；所述控制模块12还包括：
非相干解调器，用于将经所述数据同步单元处理的所述规整数字波形信号进行非相干解调，形成解调信号；
锁相环，用于将所述解调信号进行位同步化处理，并输出至所述音频解码单元22。
具体来说，所述控制模块12中的调制解调单元124包括非相干解调器和锁相环。将前端所述模数转换单元21输出的8位并行数据(即第二数字调制信号)输入到fpga，先通过所述数据同步单元123进行异步数据的同步处理。接着，将处理后的信号通过所述非相干解调器进行非相干解调，也就是将8位并行数据送到两路中心频率分别为f1和f2的数字带通滤波器，然后经过包络检波和低通滤波器之后进行码元判决，所述调制解调单元124采用超前滞后锁相环产生位同步信号，并将经过码元判决后的信号以该位同步信号进行输出。
可选的，所述控制模块12还包括：
按键单元121，包括多个按键，用于调整所述深紫外光通信音频传输装置的工作状态，所述工作状态包括关闭状态、信号发射状态、信号接收状态、信号发射接收双工状态中的一种或者两种以上。
具体来说，通过设置包括多个物理按键或者虚拟按键的所述按键单元，使得用户可以根据实际需要调整所述深紫外光通信音频传输装置的工作状态，从而进一步有助于扩大所述深紫外光通信音频传输装置的应用领域。
可选的，所述控制模块12还包括：
oled驱动单元122，用于控制一oled显示屏显示所述深紫外光通信音频传输装置的相关信息。其中，所述oled显示屏作为所述深紫外光通信音频传输装置的一个结构部件，用于与用户进行交互。通过所述oled驱动单元122用于控制所述oled显示屏显示所述深紫外光通信音频传输装置的相关信息。所述相关信息可以包括所述深紫外光通信音频传输装置当前的状态信息(例如处于音频信号发射状态或者音频信号接收状态)、所述深紫外光通信音频传输装置发射的历史音频信息、所述深紫外光通信音频传输装置接收的历史音频信息等，还包括用户所需的其他信息(例如包括播放图标)。当所述oled显示屏为触摸显示屏时，所述oled驱动单元122还可以根据用户于所述oled显示屏上发出的触摸指令，执行相应的操作。例如，当用户点击所述oled显示屏上的播放图标时，所述oled驱动单元122可以驱动所述播放源23播放所述待接收的音频信号。
为了及时散除所述深紫外led阵列的热量，从而提高所述深紫外led阵列的使用寿命，可选的，所述发射模块还包括：
散热单元17，设置于所述深紫外led阵列16外围，用于对所述深紫外led阵列16进行散热处理。
为了减少环境中的背景光对所述光电探测器接收信号的影响，从而进一步提高深紫外光通信的质量，可选的，所述接收模块还包括：
滤波片18，设置于所述光电探测器19的接收端，用于滤除夹杂于所述第二深紫外调制光信号中的背景光。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种如上述任一项所述的深紫外光通信音频传输装置的控制方法。附图4是本发明具体实施方式在控制深紫外光通信音频传输装置发射音频信号时的方法流程示意图，附图5是本发明具体实施方式在控制深紫外光通信音频传输装置接收音频信号时的方法流程示意图，本具体实施方式提供的所述深紫外光通信音频装置的结构可参见图1-图3。如图1-图5所示，本具体实施方式提供的深紫外光通信音频传输装置的控制方法，包括如下步骤：
步骤s41，接收一待发送的音频信号；
步骤s42，对所述待发送的音频信号进行编码处理，形成编码信号；
步骤s43，对所述编码信号进行调制，形成调制信号；
步骤s44，将所述调制信号加载至深紫外led阵列的电源驱动信号之后，驱动所述深紫外led阵列发射第一深紫外调制光信号；
步骤s51，接收第二深紫外调制光信号，并将其转换为电信号；
步骤s52，将所述电信号通过两级负反馈进行放大；
步骤s53，对经放大处理的所述电信号进行判决处理，形成规整数字波形信号；
步骤s54，将所述规整数字波形信号解调，形成解调信号；
步骤s55，将所述解调信号解码之后播放。
可选的，对所述编码信号进行调制的具体步骤包括：
对所述编码信号进行异步数据同步化处理；
通过一dds发生器将经异步数据同步化处理后的所述编码信号转换为调制信号。
可选的，将所述规整数字波形信号解调的具体步骤包括：
将所述规整数字波形信号进行异步数据同步化处理；
将经异步数据同步化处理的的所述规整数字波形信号进行非相干解调，形成解调信号；
将所述解调信号进行位同步化处理。
本具体实施方式提供的深紫外光通信音频传输装置及其控制方法，采用深紫外光作为音频信号传输的载体，实现了高保密性的数据传输，且深紫外光抗干扰能力强，从而能够有效提高音频信号的传输质量。同时，所述深紫外光通信音频传输装置可用于非视距通信，且其具有很高的信噪比以及不需要跟踪瞄准等特点，从而有助于扩展深紫外光通信技术的应用领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。