专利名称：利用声音广播传递时间的方法及其发送和接收设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据广播通讯技术及其设备，更明确地说是把日期、时间等信息插在现有广播电台的六响报时音中发射出去并且又可以广泛地接收继而解出载码信息的方法及其发送和接收设备。
目前普遍使用的普通电子钟表有较大的走时误差，且没有完善有效的校准手段。无线电钟表可以借全球卫星定位系统、电视场逆程时间码系统、长短波授时台等自动校准，精度高，校准快，但接收条件苛刻，远不如普通收音机那样简单、方便。地面的专业授时台少，接收电平太低、数据太少，这就导致解码接收设备复杂。卫星专业授时台只为某一国家专用，解码接收设备也相当复杂。因此，迄今为止，无线电钟表远远没有成为大众用品。目前中央人民广播电台在整点报时时发出的六响报时音可用于校准钟表，但它只是用单纯的频率和一定间隔的信号来整点报时，未能提供具体的日期、时间信息。ZL90210509.4和ZL95234192.1号中国专利提供了一种利用声音广播传递时间的方法及其广播对时音载码发生器和接收器，思路明确，可以推广普及为大众化产品。但它在抗干扰性、报时精度、发送信号的音质等方面都有待于进一步提高和改进。
本发明的目的，在于克服上述缺点和不足，提供一种利用现有的声音广播途径，将日期、时间等信息数据复合在其中集中发送，由类似收音机的简单设备方便地分散接收，而且有高的抗干扰性和精度，音质好，失真小，听众又不易听出调制声引起反感，从而可以广泛推广使其成为大众化产品的利用声音广播传递时间的方法及其发送和接收设备。
为了达到上述目的，本发明利用声音广播传递时间的方法由时间信息的数据编码、将时间编码和已有的广播对时音的组合、利用发送设备将组合后的信号进行调制、发射以及利用接收设备对射频信号进行选择性调谐、解调和对时间信息的解码重现构成。时间信息的编码由5～20位数据组成，其中日期编码为5位，小时编码为5位。编码长6.75～25ms。时间编码位于每一响报时音的前部、每一响报时音长0.1～0.6S，间隔1或2S。调制方式为双相调频。
通常速率在音频段的数据编码传送有很大的调制声，直接引入广播报时音中会引起听众的反感。而要刻意追求好听，则编码的效率会下降，并且解码的误码率会上升。以前类似的技术是调频，编码太长，且放置部位偏后，容易听出来，如专利ZL90210590.4；而追求好听把调制度变小，又使解调误码率偏高，如专利ZL95234192.1。本发明是将调制方式和人耳听觉作反复的折衷后，用双相调制的办法将编码长度缩短，并放到报时音的前半部，利用人耳的迟滞效应，使听觉对较短的编码声来不及分辨即被后面无编码的声音掩饰掉；而双相调制的解码则可获得较高的准确率，这样的综合效果将比以前的技术有很大进步。发射输出的音质好，误码率较低，接收时信号处理简单，易于大规模生产。
原广播对时音的基频为前五响800Hz，末一响1600Hz，本发明所指的时间数据编码在对时音中占据一响的前半部的一小部分。在前5响中，数据的第一位为起始位“1”，位于800Hz对时音的第二个周期之后。每一数据位宽度为800Hz的半个周期宽，双相调制的含义为数据为0时，波形在数据宽度内无跳变；而在数据为1时，波形在数据宽度内产生一次跳变。对末一响中的调制与前5响的相似，只不过把数据置为反码。波形的产生由双字节数据经数模转换器变为音频，为了拓宽报时音前后沿以利传输，程序送出的数据还将其第一个波形和最后一个波形的幅度减为一半。
按照上述方法，本发明由时间数据编码发送设备和接收解码设备一起使用，将日期、时间即年、月、日、星期、小时编排为五组数据，先集中由广播发送出去，再分散接收下来显示。其中时间数据编码发送设备由机壳和安装在机壳内的发送电路组成。发送电路由时间码保持电路和与之相连的音频数据编码输出电路组成，时间码保持电路由单片机一、从单片机一输入端输入的外部串行标准时间信号、从单片机一的I/O接口输入的时间调整按键、与单片机一的I/O接口连接的不停电时钟电路、与单片机一的I/O接口连接的显示器所构成，音频输出电路由与单片机一的I/O接口相连的单片机二、与单片机二的串行输入口相连的外部语音编码数据接口、与单片机二的I/O接口相连的地址锁存器、与单片机二的I/O接口及地址锁存器相连的大容量存储器、与单片机二的I/O接口相连并连接着晶体振荡器一的并/串转换器、输入端与并/串转换器相连的分频器一、输出端与单片机二的输入端和并/串转换器相连的分频器二、与分频器二相连的晶体振荡器二、与分频器一和分频器二和晶体振荡器二的输出端相连并与并/串转换器相连的串行数/模转换器、与串行数/模转换器相连的滤波器、与滤波器相连的隔离变压器以及电源所构成。
单片机一主要完成外部串行标准时间信号的输入和利用时间调整按键的时间调整，运行校准后的时间，并将此时间送至本机的显示器(LCD或LED等)显示，完成时间数据编码保持任务。不停电时钟在停电时仍可借小电池的供电继续运行。整机上电时，若无外部标准时间输入，单片机一便读出该时间信息送显示器显示。为了与外部标准时间精确同步，单片机一还通过外部串行标准时间信号口获取标准时间信息。而外部标准时间信息可以由全球卫星定位系统、电视场逆程时间码系统等得到。在外部信息不良或中断时，有关信息还可由时间调整按键输入本机。
单片机二根据单片机一传来的时间信息，在需报时的时刻进行如下操作分频器二将晶体振荡器二产生的10.24MHz分频为40K的取样脉冲，使音质接近CD。这一取样脉冲到来后，先后给单片机三构成的并/串转换器输入两个脉冲音频数字编码字节，同时，单片机三判断两字节的传递，然后在取样脉冲同步后将两个字节依次串行输入至串行数/模转换器，同时也打开分频器一将串行数据读取时钟送至串行数/模转换器作串行锁存脉冲用。送完两个字节后，便等待单片机二送下两个字节。单片机二除了送出时间编码信息外，还提取大容量声音库存储器中的语音数据送出语音字节，做为语音报时用。通过外部语音编码数据接口可接收外部的语音编码数据，并将可闪存的大容量存储器中的内容予以更新。经串行数/模转换器转换后的信号再经滤波器整形滤波后经隔离变压器送至广播发射台发射出去。
与时间数据编码发送设备一起使用的时间数据接收解码设备，由机壳和安装在机壳内的接收电路组成。接收电路由带有A/D转换的单片机、带有与单片机相连的控制端的广播信号接收器、输入端与广播信号接收器相连且输出端与单片机相连的音频信号处理器、与单片机相连的按键和电源以及与单片机相连的显示器所构成。广播信号接收器的控制端与单片机相连，可由单片机控制接收频率和待机休眠。所接收的广播音频信号经过常规的滤波使信号去掉无用参量，易于量化。单片机经过对编码信息的提取和译码，得出时间数据，并用被译出的时间信息来校准单片机的内时钟。按键可用于手动调整内时钟。电源可由外部交流整流滤波成直流或供给4节充电电池，以便在外部供电中断后仍可维持运行。显示器则用于显示日历时间，全部电路可集成为一片。
本发明的任务就是这样完成的。
本发明提供了一种利用现有的声音广播途径，可以方便地将日期、时间等信息复合在其中广播出去，又可以简单地接收、显示出来的传递时间的方法及其发送设备和接收设备。它可以广泛推广普及。本发明的有用信号比例高，信噪比可优于10dB。它的抗干扰性能较过去提高，精度也相应提高。它可广泛应用于日期、时间信息的高精度广播和大众化接收中，极具成为大众化产品的前景。它还可用于目前电话授时台的改进。当授时的语音说明结束后，后续的嘟嘟声夹带着数据做为语音所说明的时刻信号，可将完整的日期、时、分、秒数据在低成本的电器上自动显示出来。应用前景极为广阔。
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步的说明。
图1为本发明实施例1的时间数据编码发送设备的发送电路的电气原理图。
图2为实施例1的时间数据接收解码设备的接收电路的电气原理图。
图3为本发明实施例1的方法的时间格式图。
图4为实施例1本方法含有时间信息编码的报时音的波形示意图。
图1所示，实施例1的发送电路由时间码保持电路1和音频输出电路2组成。时间码保持电路1由89C51型单片机一3、外部串行标准时间信号4、时间调整按键5、由DS1302和晶振构成的不停电时钟6、显示器7组成。音频输出电路2由89C51型单片机二8、TC232构成的外部语音编码数据接口9、由74LS373地址锁存器10和AT49F008存储器11构成的大容量声音库存储器、由PIC16C84构成的并/串转换器14、LS393构成的8分频器12、LS393构成的256分频器13、晶振二15、PCM1725构成的串行数/模转换器16、滤波器17和隔离变压器18及电源19构成。
图2所示，实施例1的接收电路由PIC16C711型单片机20、广播信号接收器21、音频信号处理器22、按键和电源23以及显示器24组成。广播信号接收器21的控制端25由单片机20控制调谐选台和休眠待机。单片机20的I/O输出端26还可以另外输出时间信息。
数字频率合成芯片(如TC9125)其5条线作为设置接收频率用，播出时间码的电台的几个频率可预先置于PIC16C711中，可按顺序自动搜索而不必人工调台。图中调谐解调部分为常规收音机集成电路，省略不详述。解调输出加一个监听口备用，几个三极管搭成接收电路的电源休眠开关，由单片机PIC16C711控制。
图3和图4所示，实施例1的每一响报时音长0.25秒，两响之间间隔为1秒。整点前5秒开始报出第一响低音，整点时报出第六响亦即末一响高音。时间信息编码为5位，编码长6.75ms，组合在每一响报时音的前部。容许的信噪比可达10dB。
实施例2一种利用声音广播传递时间的方法，由时间编码、时间编码和对时音的组合、组合信号调制、高频放大、发射、调谐、解调、时间信息重现组成。时间编码由12位数据组成。其编码长15毫秒。时间编码组成在报时音的前部。每一响报时音长0.1秒、间隔1秒。调制方式为双相调频，其信噪比优于9dB。
实施例3一种利用声音广播传递时间的方法，由时间编码、时间编码和对时音的组合、组合信号调制、高频放大、发射、调谐、解调、时间信息重现组成。时间编码由20位数据组成。其编码长25毫秒。时间编码组合在报时音的前部。每一响报时音长0.6秒、间隔2秒。调制方式为双相调频。其信噪比优于8dB。
实施例4一种根据利用声音广播传递时间的方法的接收电路制成的手表。它把接收电路的单片机、广播信号接收器、音频信号处理器、按键和显示接口高度集成为一片大规模集成电路。这种手表成本低、价格便宜、自动校准、精度高，深受广大群众欢迎。
实施例1～4发射方便、接收简单，抗干扰性较过去提高，精度高，可广泛推广应用。其接收解码设备可制成高精度、低价位钟表，为大众化广泛使用。
权利要求
1.一种利用声音广播传递时间的方法，它由时间信息的数据编码、将时间编码和已有的广播对时音的组合、将组合后的信号进行调制、发射以及利用接收设备对射频信号进行选择调谐、解调和对时间信息的解码重现所构成，其特征在于所说的时间信息的编码由5～20位数据组成，其中日期编码为5位、小时编码为5位，编码长6.75～25ms，数据编码组合在报时音的前部，每一响报时音长0.1～0.6S、间隔1或2S，调制方式为双相调频。
2.一种按照权利要求1所说的利用声音广播传递时间的方法的时间数据编码发送设备，它由机壳和安装在机壳内的发送电路所组成，其特征在于所说的发送电路由时间码保持电路和与之相连的音频数据编码输出电路组成，时间码保持电路由单片机一、从单片机一输入端输入的外部串行标准时间信号、从单片机一的I/O接口输入的时间调整按键、与单片机一的I/O接口连接的不停电时钟电路、与单片机一的I/O接口连接的显示器所构成，音频输出电路由与单片机一的I/O接口相连的单片机二、与单片机二的串行输入口相连的外部语音编码数据接口、与单片机二的I/O接口相连的地址锁存器、与单片机二的I/O接口及地址锁存器相连的大容量存储器、与单片机二的I/O接口相连并连接着晶体振荡器一的并/串转换器、输入端与并/串转换器相连的分频器一、输出端与单片机二的输入端和并/串转换器相连的分频器二、与分频器二相连的晶体振荡器二、与分频器一和分频器二和晶体振荡器二的输出端相连并与并/串转换器相连的串行数/模转换器、与串行数/模转换器相连的滤波器、与滤波器相连的隔离变压器以及电源所构成。
3.一种与按照权利要求2所述的时间数据编码发送设备一起使用的时间数据接收解码设备，它由机壳和安装在机壳内的接收电路所组成，其特征在于所说的接收电路由带有A/D转换的单片机、带有与单片机相连的控制端的广播信号接收器、输入端与广播信号接收器相连且输出端与单片机相连的音频信号处理器、与单片机相连的按键和电源以及与单片机相连的显示器所构成，全部电路可集成为一片。
全文摘要
一种利用声音广播传递时间的方法及其发送设备和接收设备,属于广播技术设备。发送电路由单片机、外部标准时间接口、按键、不停电时钟、外部语音接口、地址锁存器、大容量存储器、并/串转换器、分频器、晶振、数/模转换器、滤波器等构成。接收电路由单片机、信号接收、滤波、按键、显示器等构成。它精度高、抗干扰、音质好,可利用现有的公众广播发送日期时间信息,而接收器可制成手表,成为大众化高精度自动校准的电波钟。
文档编号H04B1/06GK1278125SQ9911227
公开日2000年12月27日 申请日期1999年6月16日 优先权日1999年6月16日
发明者隋志国, 谭明勇, 李书超 申请人:青岛市广播电视科学研究所