专利名称：基于随机射频协议的无线话筒及其接收机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于短距离无线通信音频发射及接收装置。
背景技术：
目前广泛使用的无线话筒及其接收机，其工作频率在甚高频至特高 频或微波段，都是在工作频率上调制音频信号。大多数无线话筒与接收 机的工作频率都是固定的，用户不能自行改变。最近有不少厂家生产的 无线话筒和接收机设置了几个工作频率人工可调点，为多媒体教室的无 线话筒使用和管理提供了不少的方便。但是无论无何，无线话筒频点和 接收机频点都需要人为地去对频，小心地错开相近的射频频点或邻接的 外界干扰信号。这样若在多媒体教室密集的教学楼里，上百个多媒体教 室在一起上课，区域紧凑，为无线话筒使用者和管理者带来了诸多问题， 而且生产厂家需为每一对无线话筒和接收机细心地设置工作频率。
为解决上述技术问题，现有技术中有如下三种解决方案 (1)可以自动设置无干扰工作频率的无线话筒和接收机如2005
年3月30日公开的，公开号为CN 1601927A，名称为"无线麦克风发射 与接收频率自动追踪锁定装置"的发明专利申请。开始工作前，接收机工 作频率资料保存了所工作频带的工作频率编码，用户按下扫描键，接收 机按工作频率资料扫描所工作的频带，读入外界信号，找出最小外界干 扰的频率作为本机的工作频率，然后接收机把本机工作频率编码通过红 外线发送装置发送出去。无线话筒通过红外线接收装置接收接收机发来 的工作频率编码，使无线话筒工作到与接收机一样的工作频率上。
虽然采用以自动扫描频带来确定接收机无干扰的工作频率，但是扫描整个频带并确定工作频率所花的时间较长，使用过程中如有干扰时， 用户又要以重新确定无干扰的工作频率，使讲课或会议中断，在使用过 程中仍然感到不便。
(2)设定每一对无线话筒和接收机唯一的地址码，如2008年1月 30日公开的，公开号为CN101114859，名称为"数字无线话筒"的发明专 利申请。无线话筒通过采样编码电路将拾取的声音信号，转换成带唯一 地址码的音频数据包，发送到接收机；接收机将接收到所述的带唯一地 址码的音频数据包，并送入数字解码电路中，音频数据包中的唯一地址 码与接收机预置地址码进行比较，如果匹配，则音频数据包解码，还原 出模拟音频信号；如果不匹配，就不接收。由于每一对数字无线话筒和 接收机的地址码都是不相同的，该地址码在发射端加入音频数据包中， 接收机只接收与地址码匹配的音频数据包。这样，每一对无线话筒和接 收机都不发生冲突。
但是，每一对无线话筒和接收机在制造时，都要预置唯一的数字地 址码，而且还不能实现任意配对，限制了大规模地使用。
(3)通过从预设公共地址码到私密地址码转换来实现无线话筒和接 收机的任意配对，如2008年11月19日公开的，公开号为CN101309088， 名称为"随机寻址自适应跳频无线话筒及其接收机"的发明专利申请。无 线话筒和接收机在开机或复位时，双方的发射功率为最小，以相同的公 共地址码建立自适应跳频无线音频传输，然后无线话筒产生私密地址码 发送到接收机，并且双方以最大发射功率和私密地址码建立无线音频传 输。因私密地址码各不相同，从而实现了无线话筒和接收机的任意配对。 但是，此发明仅仅只对不同的地址码来控制无线音频流的传输，仍使 用固定的跳频图案，靠复杂的自适应跳频技术来错开其他设备工作频率 的干扰，同时又靠复杂的自适应功率跳变技术来实现无线话筒和接收机 从公共地址码到私密地址码的转换，提高了整机硬件成本，加大了软件设计难度，只能针对于高档设备购置用户群。 发明内容
本实用新型提供一种基于随机射频协议的无线话筒及其接收机，解 决多媒体教室或会议室对无线话筒的使用和管理问题，实现无线话筒和
接收机任意配对；同时简化设计难度，降低整机硬件成本，并解决目前 无线话筒和接收机厂家在大规模制造过程中产生的不便。
本实用新型的一种基于随机射频协议的无线话筒，包括拾音器、微 控制器、音频处理电路、信号混合模块、射频调制解调电路、射频放大 电路；拾音器输出音频信号经音频处理电路后，与微控制器发出的数字 控制信号在信号混合模块中进行混合，经射频调制解调电路调制到工作 频率上，再经射频放大电路放大，发射出调制信号；射频放大电路接收 接收机的返回应答信号，经射频调制解调电路解调，通过信号混合模块 送到微控制器，微控制器根据应答信号决定是否发送下一段音频信号或 者再重发音频信号；其特征在于
还具有随机数生成电路和串行接口电路；
串行接口电路受微控制器控制与接收机通信，交换射频协议信息； 在与接收机通过串行接口电路通信时，随机数生成电路受微控制器 控制产生干扰随机数，微控制器采样该干扰随机数并组合成新的随机射 频协议，存储在微控制器的RAM存储器和EEPROM存储器中，并通过 串行接口电路把随机射频协议发送到接收机中；与接收机完成串行通信 后，微控制器根据随机射频协议的跳频图案控制射频调制解调电路的工 作频率，然后将随机射频协议的地址码作为数字控制信号的一部分在信 号混合模块中与音频信号进行混合，经射频调制解调电路调制到工作频 率上，通过射频放大电路发送出去。所述的基于随机射频协议的无线话筒，其特征在于-所述的随机射频协议包括跳频图案和地址码；
所述跳频图案CH[m+l]为无符号字符数组，包括m+l个元素CH0， CH1， CH2， ...， CHm，各元素数值分别代表1个工作频率的编码，m 为正整数；
所述地址码ADDR[n+l]为无符号字符数组，代表1帧数字控制信号 的地址，包括n+l个元素ADDR0， ADDR1， ADDR2，…，ADDRn，各 元素为1个随机数值，n为正整数；
所述跳频图案和地址码的元素数值，分别由微控制器控制随机数生 成电路提供一个干扰随机数TrueRandom，并按下式生成真随机数Y:
Y=Xi + Xj + Xk + TrueRandom;
先对式中右边X赋十六进制任意初值，生成第一个真随机数，继后 将该真随机数Y值赋给X作为初值，生成下一个真随机数，i、 j、 k为正 整数；
所生成的一系列真随机数，转化为不重复的工作频率编码，顺序作 为跳频图案的各元素数值；
所生成的一系列真随机数，排除全0x00和0xFF的情况，顺序作为 地址码的各元素数值。
所述的基于随机射频协议的无线话筒，其特征在于，对于数字音频 所述音频处理电路包含A / D转换电路，音频信号经A / D转换电路
转换为数字音频信号，送到信号混合模块与微控制器发出的数字控制信
号进行封装；
所述信号混合模块为数字帧封装模块，将数字音频信号与微控制器 发出的数字控制信号进行数字帧封装；所述随机数生成电路由微控制器和音频处理电路中的A/D转换电 路取代，微控制器对A/D转换电路输出的数字音频流进行采样，作为 数字随机信号。
所述的基于随机射频协议的无线话筒，其特征在于，对于模拟音频:
所述信号混合模块为信号混合电路。 本实用新型的基于随机射频协议技术的接收机，包括射频放大电路、
射频调制解调电路、信号分离模块、音频处理电路、微控制器；射频放 大电路将接收的调制信号送到射频调制解调电路解调后，经信号分离模 块分离为音频信号和数字控制信号，其中音频信号经音频处理电路后输 出，其特征在于
还具有串行接口电路，串行接口电路受微控制器控制与无线话筒通
信，交换射频协议信息；
在与无线话筒通过串行接口电路通信时，将无线话筒发来的射频协 议存储在微控制器的RAM存储器和EEPROM存储器中，微控制器根据 射频协议的跳频图案控制射频调制解调电路的工作频率，与无线话筒的 工作频率同步；接收无线话筒发来的调制信号，经信号分离模块分离出 无线话筒发来的包含射频协议的数字控制信号，微控制器将该射频协议 的地址码与微控制器RAM存储器中的射频协议里的地址码比较，根据比 较结果控制信号分离模块的音频输出，并产生正确接收或者错误接收的 应答信号，经过信号分离模块，由射频调制解调电路调制，通过射频放 大电路向无线话筒发送。
所述的基于随机射频协议技术的接收机，其特征在于，对于数字音 频所述音频处理电路包含D/A转换电路，将信号分离模块分离的数
9字音频信号还原为模拟音频信号。
所述的基于随机射频协议技术的接收机，其特征在于，对于模拟音 频所述信号分离模块为信号分离电路，分离出模拟音频信号和数字控 制信号。
在工作时，如果无线话筒已经通过串行接口电路与接收机通信，产 生随机射频协议，开机或复位时，发送和接收双方可以直接使用微控制
器EEPROM中己存在的一致的射频协议，来建立无干扰的无线音频传输。 如果无线话筒和接收机之间尚不存在一致的射频协议，开机或复位 时，无线话筒首先要通过串行接口电路与接收机通信，无线话筒的微控 制器控制随机数生成电路产生干扰随机数，微控制器组合成真随机数， 构成新的随机射频协议(含随机跳频图案和随机地址码)，存储在微控制 器的RAM存储器和EEPROM存储器中，并通过串行接口电路向接收机 发送出去。然后无线话筒利用新的随机射频协议的随机跳频图案控制射 频调制解调电路的工作频率，使无线话筒的工作频率与接收机的一致， 并把新的随机射频协议的随机地址码作为控制信号的一部分在信号混合 模块混合，通过射频调制解调电路调制到工作频率上，经射频放大电路 发送出去。接收机的串行接口电路收到发来新的随机随机射频协议后， 存储在微控制器RAM存储器和EEPROM存储器中。然后，接收机利用 新的随机射频协议的随机跳频图案控制射频调制解调电路的工作频率， 使接收机的工作频率与无线话筒一致，并接收无线话筒发来的调制信号， 解调出音频信号和数字控制信号。把数字控制信号的地址码与微控制器 保存的射频协议的地址码比较，根据地址码是否相同来控制音频流的传 输，从而错开了其它无线话筒和接收机。无线话筒和接收机的微控制器 各自存储在EEPROM中的射频协议，作为下次使用同一无线话筒和接收机时，可直接使用。
本实用新型实现在大规模场合里任意一个无线话筒能随时随地与任
意的接收机配对使用，不与其它无线话筒和接收机装置发生串扰；同时 也因无线话筒和接收机的硬件结构和软件参数全部相同，为无线话筒和 接收机的生产商大规模生产带来了基本性的便利。
图1是本实用新型组成示意图，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。
具体实施方式—
以下结合附图，对本实用新型具体实施例进行描述。
图1中，上半部分为无线话筒，下半部分为接收机；每对无线话筒 和接收机在开机或复位时，使用串行接口电路初始化连接设置，使用新 产生的随机射频协议；或者双方直接使用微控制器EEPROM中已存在的 一致的射频协议，就可以正常工作。
在正常无线音频通信时，无线话筒和接收机都使用射频协议的跳频 图案控制在相同的工作频率上，无线话筒射频协议的地址码作为数字控 制信号的一部分，与音频信号混合，调制到工作频率上，并通过射频放 大电路发射出去；接收机在同一个工作频率下接收调制信号，并解调出 音频信号和数字控制信号。然后，接收机把数字控制信号的地址码与微 控制器RAM存储器的地址码比较是否相同，决定是否输出音频信号，同 时发送确认或错误应答数字控制信号。
如果无线话筒和接收机之间尚不存在一致的射频协议，在开机或复 位时，无线话筒与接收机要先通过串行接口电路通信，无线话筒微控制 器采样随机数生成电路产生的干扰随机数，组合成新的真随机数，从而产生新的的随机射频协议，存储在微控制器RAM存储器和EEPROM存 储器中，并通过串行接口电路，发送到接收机的串行接口电路。接收机 通过串行接口电路接收无线话筒发来新的随机射频协议，存储在微控制 器RAM存储器和EEPROM存储器中。然后，无线话筒和接收机使用新 的随机射频协议建立新的无线音频传输。如果无线话筒和接收机是原先 配对的，就可以在开机或复位时直接使用微控制器EEPROM存储器的射 频协议建立无线音频传输。
在本实用新型中，由于无线话筒一端产生了唯一的随机射频协议， 并通过串行接口电路发送到接收机一端，实现了无冲突的无线音频传输 功能，也就达到了任意配对的目的。如果收发双方射频协议的地址码不 一致，音频传输就没有办法实现，随机射频协议的随机跳频图案实现了 避开其他设备同频的干扰，达到了防止串音和高密度环境下使用的目的。
在本实用新型中，无线话筒采用了低压低功耗设计。经系统测试， 系统电流低于100mA，对于容量为1300mAh锂电池，可以至少连续使用 13小时以上；同时采用手机充电器方式来对其充电， 一个无线话筒锂电 池口」以使用若干年时间，为每一个教师分配一个无线话筒提供了可能。
权利要求1.一种基于随机射频协议的无线话筒，包括拾音器、微控制器、音频处理电路、信号混合模块、射频调制解调电路、射频放大电路；拾音器输出音频信号经音频处理电路后，与微控制器发出的数字控制信号在信号混合模块中进行混合，经射频调制解调电路调制到工作频率上，再经射频放大电路放大，发射出调制信号；射频放大电路接收接收机的返回应答信号，经射频调制解调电路解调，通过信号混合模块送到微控制器，微控制器根据应答信号决定是否发送下一段音频信号或者再重发音频信号；其特征在于还具有随机数生成电路和串行接口电路；串行接口电路受微控制器控制与接收机通信，交换射频协议信息；在与接收机通过串行接口电路通信时，随机数生成电路受微控制器控制产生干扰随机数，微控制器采样该干扰随机数并组合成新的随机射频协议，存储在微控制器的RAM存储器和EEPROM存储器中，并通过串行接口电路把随机射频协议发送到接收机中；与接收机完成串行通信后，微控制器根据随机射频协议的跳频图案控制射频调制解调电路的工作频率，然后将随机射频协议的地址码作为数字控制信号的一部分在信号混合模块中与音频信号进行混合，经射频调制解调电路调制到工作频率上，通过射频放大电路发送出去。
2.如权利要求1所述的基于随机射频协议的无线话筒，其特征在于: 所述的随机射频协议包括跳频图案和地址码；所述跳频图案CH[m+l]为无符号字符数组，包括m+l个元素CH0， CH1， CH2，…，CHm，各元素数值分别代表1个工作频率的编码，m 为正整数；所述地址码ADDR[n+l]为无符号字符数组，代表1帧数字控制信号 的地址，包括n+l个元素ADDR0， ADDR1， ADDR2， ...， ADDRn，各 元素为1个随机数值，n为正整数；所述跳频图案和地址码的元素数值，分别由微控制器控制随机数生成电路提供一个干扰随机数TrueRandom，并按下式生成真随机数Y:Y=Xj + Xj + Xk + TrueRandom; 先对式中右边X赋十六进制任意初值，生成第一个真随机数，继后 将该真随机数Y值赋给X作为初值，生成下一个真随机数，i、 j、 k为正 整数；所生成的一系列真随机数，转化为不重复的工作频率编码，顺序作 为跳频图案的各元素数值；所生成的一系列真随机数，排除全0x00和0xFF的情况，顺序作为 地址码的各元素数值。
3. 如权利要求1或2所述的基于随机射频协议的无线话筒，其特征 在于，对于数字音频所述音频处理电路包含A / D转换电路，音频信号经A / D转换电路 转换为数字音频信号，送到信号混合模块与微控制器发出的数字控制信 号进行封装；所述信号混合模块为数字帧封装模块，将数字音频信号与微控制器 发出的数字控制信号进行数字帧封装；所述随机数生成电路由微控制器和音频处理电路中的A/D转换电 路取代，微控制器对A/D转换电路输出的数字音频流进行采样，作为 数字随机信号。
4. 如权利要求1或2所述的基于随机射频协议的无线话筒，其特征在于，对于模拟音频所述信号混合模块为信号混合电路。
5. —种基于随机射频协议技术的接收机，包括射频放大电路、射频调制解调电路、信号分离模块、音频处理电路、微控制器；射频放大电路将接收的调制信号送到射频调制解调电路解调后，经信号分离模块分 离为音频信号和数字控制信号，其中音频信号经音频处理电路后输出，其特征在于还具有串行接口电路，串行接口电路受微控制器控制与无线话筒通信，交换射频协议信息；在与无线话筒通过串行接口电路通信时，将无线话筒发来的射频协议存储在微控制器的RAM存储器和EEPROM存储器中，微控制器根据 射频协议的跳频图案控制射频调制解调电路的工作频率，与无线话筒的 工作频率同步；接收无线话筒发来的调制信号，经信号分离模块分离出 无线话筒发来的包含射频协议的数字控制信号，微控制器将该射频协议 的地址码与微控制器RAM存储器中的射频协议里的地址码比较，根据比 较结果控制信号分离模块的音频输出，并产生正确接收或者错误接收的 应答信号，经过信号分离模块，由射频调制解调电路调制，通过射频放 大电路向无线话筒发送。
6. 如权利要求5所述的基于随机射频协议技术的接收机，其特征在 于，对于数字音频所述音频处理电路包含D/A转换电路，将信号分 离模块分离的数字音频信号还原为模拟音频信号。
7. 如权利要求5所述的基于随机射频协议技术的接收机，其特征在 于，对于模拟音频所述信号分离模块为信号分离电路，分离出模拟音 频信号和数字控制信号。
专利摘要基于随机射频协议的无线话筒及其接收机，属于短距离无线通信音频发射及接收装置，解决无线话筒和接收机任意配对问题以及生产厂家在制造过程中的不便。本实用新型的无线话筒，包括拾音器、微控制器、音频处理电路、信号混合模块、射频调制解调电路、射频放大电路，还具有随机数生成电路、串行接口电路；本实用新型的接收机包括射频放大电路、射频调制解调电路、信号分离模块、音频处理电路、微控制器，还具有串行接口电路；无线话筒和接收机基于随机射频协议进行通信，射频协议包含跳频图案和地址码。本实用新型实现大规模场合无线话筒与接收机任意配对，不与其它话筒发生串扰；同时降低成本，并为生产同一个模式的无线话筒与接收机带来方便。
文档编号H04M1/03GK201341128SQ200820241119
公开日2009年11月4日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者叶仁春, 张会铭, 陆云龙, 雷志华 申请人:华中科技大学