Патентный поиск и аналитический обзор беспроводных устройств сопряжения аудиоинтерфейсов
Аннотация
УДК 534.86
Дипломная работа Калымова Геннадия Васильевича по теме «Разработка беспроводных устройств сопряжения для аудиовизуальных систем». Руководитель Будилов Виктор Николаевич. Защищена на кафедре «Информационный и электронный сервис» ПВГУС в 2018 году.
Пояснительная записка: 86 с., 3 разд., 58 рис., 18 табл., 39 ист.
Ключевые слова: беспроводные наушники, аудиоинтерфесы, беспроводная связь.
Разработаны устройства для передачи аудиосигнала по принципу FM радиосвязи. Целью выполняемой выпускной квалификационной работы является разработка беспроводных устройств сопряжения для соединения аналоговых аудиоинтерфейсов, которые всегда присутствуют в аудиовизуальных системах. Например, всегда есть линейные аналоговые выходы для подключения наушников или активных колонок. Работа является частью решения более сложной проблемы внедрения беспроводных интерфейсов в аудиовизуальные системы.
Содержание
Введение.................................................................................................................................................. 5
1. Аналитический раздел....................................................................................................................... 7
1.1. Патентный поиск и аналитический обзор беспроводных устройств сопряжения аудиоинтерфейсов......................................................................................................................................................... 7
1.1.1. Патентный поиск.......................................................................................................................... 7
|
|
|
1.1.2. Обзор методов построения беспроводных устройств сопряжения аудиоинтерфейсов..... 17
1.2. Требования к разрабатываемым устройствам............................................................................ 22
1.3. Разработка структурной схемы.................................................................................................... 24
2. Специальный раздел........................................................................................................................ 27
2.1. Разработка принципиальной схемы передающего устройства................................................ 27
2.1.1. Интегрированный передатчик.................................................................................................. 27
2.1.2. Низкочастотные цепи передатчика.......................................................................................... 31
2.1.3. Цепи выбора несущей частоты................................................................................................. 33
2.1.4. Контур ВЧ генератора и цепь частотной модуляции............................................................. 34
2.1.5. Цепь автоподстройки частоты.................................................................................................. 37
2.1.6. Выходная цепь и источник питания передатчика.................................................................. 39
2.2. Разработка принципиальной схемы приемного устройства.................................................... 43
2.2.1. Радиоприемник........................................................................................................................... 43
|
|
|
2.2.2. Усилитель звуковой частоты..................................................................................................... 44
2.2.3. Расчет дальности действия........................................................................................................ 46
2.3. Разработка печатных плат............................................................................................................ 48
2.3.1. Печатная плата передатчика...................................................................................................... 48
2.3.2. Печатная плата приемника........................................................................................................ 59
2.4. Разработка технологии настройки устройств............................................................................ 67
2.4.1. Настройка передающего устройства........................................................................................ 67
2.4.2. Настройка приемного устройства............................................................................................ 72
3. Безопасность ................................................................................................... 75
Заключение............................................................................................................................................ 82
Библиографический список использованных источников.............................................................. 83
Введение
Высокая эффективность мультимедийного представления информации подтверждена многими психологическими исследованиями наглядно-образного и визуального мышления. Технологии визуализации информации, умение представить ее в ясном и простом виде (рисунка, анимации, видео, цветового ряда и прочими) становятся важнейшим профессиональным инструментом при принятии управленческих решений.
|
|
|
Аудиовизуальные системы обеспечивают запись или воспроизведение одновременно звуковых и зрительных образов. С их помощью визуальные сообщения в контексте музыкального или речевого сопровождения предъявляются на экране (проекционном или электронном). В качестве аудиовизуальных технических средств рассматривают современные киноустановки, телевизионные и видеосистемы.
В состав аудиовизуальных систем включаются: системы приема и распределения спутникового и эфирного телевидения как индивидуальные, так и коллективные; системы фонового озвучивания, речевого оповещения и домашние кинотеатры; оборудование для презентаций и конференций; видеодомофонные, системы видеонаблюдения и охранной сигнализации; системы внутренних локальных сетей и сети Интернет, как проводные, так и беспроводные.
Традиционная архитектура аудиовизуальных систем не свободна от ряда недостатков. Она требует развертывания и обслуживания кабельной подсистемы, привязывает операторов к месту расположения пульта, не позволяет оперативно реагировать на изменение акустики помещений и затрудняет масштабирование системы.
|
|
|
Современное развитие и удешевление интегральной элементной базы позволяет надеяться на то, что указанные недостатки могут быть в значительной мере преодолены с помощью внедрения распределенной обработки сигналов и применения беспроводных интерфейсов для их передачи. Беспроводные интерфейсы дают возможность свести к минимуму кабельное хозяйство, повысить гибкость и масштабируемость системы.
Например, большинство видов аудиовизуальной аппаратуры (телевизоры, плееры, радиоприемники) воспроизводят звуковые сигналы. Обычно пользователь прослушивает звуковое сопровождение через встроенные громкоговорители или внешние колонки. С увеличением количества звуковоспроизводящих устройств у населения все чаще становятся заметными взаимные акустические помехи, создаваемые различными устройствами. Кроме того, стандартные жилые помещения обычно не имеют достаточной звукоизоляции, чтобы прослушивать музыкальные композиции с высоким качеством. Известное средство решения этих проблем - наушники. Обычно одна-две пары наушников на семью позволяют устранить взаимные претензии друг к другу и обеспечить совместное прослушивание различных источников. Однако, настолько же известен и недостаток такого решения - проводной канал связи от аудио аппарата к наушникам. Кабель наушников не позволяет далеко отойти от источника информации и сковывает движения. Значительно более удобны беспроводные наушники, появившиеся в продаже несколько лет назад. В результате музыку можно слушать, спокойно перемещаясь в пространстве без ограничения проводами. В настоящее время существует множество моделей беспроводных наушников, предлагаемых многими изготовителями. Значительно меньше известны устройства, позволяющие превратить любые проводные наушники в беспроводные. Такое устройство позволяет избавиться от сковывающего влияния кабеля и в то же время не отказываться от ранее приобретенных проводных наушников, которые могут иметь немалую стоимость.
Целью выполняемой выпускной квалификационной работы является разработка беспроводных устройств сопряжения для соединения аналоговых аудиоинтерфейсов, которые всегда присутствуют в аудиовизуальных системах. Например, всегда есть линейные аналоговые выходы для подключения наушников или активных колонок. Поэтому эта работа является частью решения более сложной проблемы внедрения беспроводных интерфейсов в аудиовизуальные системы.
В разделе безопасность жизнедеятельности следует рассмотреть профессиональные заболевания оператора, связанные с использованием ПК.
Аналитический раздел
Патентный поиск и аналитический обзор беспроводных устройств сопряжения аудиоинтерфейсов
Патентный поиск
Для поиска использовались базы данных http://www.freepatent.ru/patents. Ключевые слова: беспроводные наушники, аудиоинтерфейсы, беспроводная связь.
1. Патент РФ 2488236. Беспроводной наушник, совершающий переход между беспроводными беспроводными сетями (рис. 1.1). Подача заявки: 07.04.2009; публикация патента: 20.07.2013.
Рис. 1.1. Устрйоство, патент РФ 2488236
Изобретение используется в беспроводном наушнике, который содержит приемо-передающую цепь для приема потокового аудио от источника данных через локальную специализированную беспроводную сеть. Сущность: когда источник данных и наушник находятся вне зоны действия, они совершают автоматический переход к инфраструктурной беспроводной сети. Если общая инфраструктурная беспроводная сеть отсутствует как для источника данных, так и для набора спикерфонов, наушник подключается к хост-серверу через доступную беспроводную сеть. Технический результат - обеспечение приема беспроводным наушником потоковых аудиоданных через специализированные беспроводные сети и инфраструктурные беспроводные сети, и обеспечение перехода между беспроводными сетями незаметно для пользователя.
2. Патент РФ 2431238. Беспроводной наушник, совершающий переход между беспроводными сетями (рис. 1.2). Подача заявки: 30.05.2008; публикация патента: 10.10.2011.
Наушник для устойчивой установки в ухо содержит сужающийся криволинейный элемент, расстояние между концами (5, 8) которого приближенно равно расстоянию между первой полостью, образованной под козелком (4) уха, и второй полостью, охватываемой нижней ножкой (15) противозавитка уха. Верхняя часть криволинейного элемента имеет возможность входа под ножку (2) завитка, охватывающую нижнюю часть второй полости. Наушник имеет закругленный участок, обеспечивающий улучшенное прикрепление за счет повторения контура дна ушной раковины (22). Наушник (10) дополнительно содержит выступающий вниз участок (Т), при этом переход между этим участком (Т) и наушником может быть выровнен вдоль межкозелковой вырезки (14). Наушник дополнительно содержит вставляемый в ушную раковину телефон или микрофон или оба этих элемента. Наушник дополнительно содержит элемент беспроводной связи для мобильных устройств и тому подобного или элемент проводной связи для музыкальных систем и тому подобного. Кроме того, наушник (10) содержит закругленный участок (21), повторяющий контур дна ушной раковины (22), когда наушник (10) помещают в ухо, и дополнительно имеет бороздку (20), выравниваемую вдоль межкозелковой вырезки (14), когда наушник вставляют в ухо. Это обеспечивает дополнительную устойчивость и повышенный комфорт.
Рис. 1.2. Устройство, патент РФ 2431238
3. Патент РФ 2479143. Устройство беспроводной связи, использующее управляемые импедансы между частями для совместимости со слуховым аппаратом (рис. 1.3). Подача заявки: 22.12.2008; публикация патента: 10.04.2013.
Изобретение относится к области беспроводной связи. Техническим результатом является достижение совместимости устройств беспроводной связи со слуховым аппаратом. Устройство может включать в себя нижний корпус, который имеет беспроводной приемопередатчик, верхний корпус, который включает в себя наушник, петлю в сборе, и пару реагирующих элементов соответствия вместе с предварительно заданным положением беспроводного приемопередатчика. Реагирующий элемент соответствия может быть реализован при различной индукции основания для достижения совместимости со слуховым аппаратом в пределах ограничений конструкции. Реализовано как схема переключения или реактивная фильтрующая схема для создания реактивного сопротивления для диапазона функционирования во время передачи в этом диапазоне.
Рис. 1.3. Устройство, патент РФ 2479143
Раскрыты способ и устройство для предоставления беспроводного электронного устройства, совместимого со слуховым аппаратом. Устройство может включать в себя нижний корпус, который имеет беспроводной приемопередатчик, верхний корпус, который включает в себя наушник, петлю в сборе, и пару реагирующих элементов соответствия вместе с определенным положением беспроводного приемопередатчика. Реагирующий элемент соответствия может быть реализован при различной индукции основания для достижения совместимости со слуховым аппаратом в пределах других ограничений конструкции. Реализовано как коммутируемая схема или реактивная фильтрующая схема для создания реактивного сопротивления для диапазона функционирования во время передачи в этом диапазоне.
4. Патент РФ 2414052. Инициализация возможности беспроводного подключения для устройства использования КЛБ3 (рис. 1.4). Подача заявки: 05.05.2006; публикация патента: 10.03.2011.
Изобретение относится к технике связи. Устройство может устанавливать коммуникационную линию связи в ближней зоне с верифицированным устройством в сети связи, в которой коммуникационная линия связи в ближней зоне может быть защищенной и/или зашифрованной линией связи, чтобы выполнять инициализацию устройства, не ставя под угрозу ограничения, накладываемые защитой в сети связи. Установочный компонент может активизировать передачу данных инициализации для сети связи через коммуникационную линию связи в ближней зоне, чтобы гарантировать для устройства беспроводное подключение к сети связи. Технический результат: упрощение подсоединения беспроводного устройства к защищенной сети связи.
Заявляемая инновация относится к системам и/или способам, которые облегчают инициализацию по меньшей мере одного устройства в сетевом объекте, верифицированном устройстве и/или непосредственно в сети связи.
Рис. 1.4. Устройство, патент РФ 2414052
Кроме того, заявляемая инновация относится к системам и/или способам, которые облегчают установление подходящей к данному случаю сети связи между двумя устройствами с целью обеспечения возможности подключения между ними. Установочный компонент может использовать данные инициализации, связанные с конкретным устройством, которое должно быть защищенным образом соединено с определенной сетью связи и/или верифицированным устройством. Установочный компонент может активизировать такие данные инициализации через коммуникационную линию связи в ближней зоне (КЛБЗ), в которой линия связи КЛБЗ представляет собой снабженную средствами защиты, находящуюся на близком расстоянии и зашифрованную линию связи, способную быть защищенной средой. Следует оценить, что используемое кодирование может быть квитированием установления связи (например, 4 способа квитирования установления связи), чтобы устанавливать защищенную линию связи на вершине "открытого" канала КЛБЗ. После того как произведен обмен данными инициализации с сетью связи, устройство может устанавливать с ней беспроводное подсоединение (например, беспроводную локальную сеть связи, Bluetooth, достоверность беспроводной передачи информации, сверхширокополосный диапазон...). Устройство может быть любым устройством, способным к беспроводному подключению и имеющим возможность КЛБЗ. Кроме того, верифицированное устройство может быть любым устройством, которое было прежде защищенным образом подсоединено к сети связи, которая содержит по меньшей мере одно беспроводное подключение. В одном аспекте, описанном в данном описании, верифицированное ведущее устройство может использоваться для любого и/или всех инициализаций беспроводных устройств для беспроводного подключения в конкретной сети связи.
5. Патент РФ 2411691. Аудиогарнитура (рис. 1.5). Подача заявки: 04.09.2006; публикация патента: 10.02.2011.
Аудиогарнитура, используемая для осуществления голосового вызова через телефон и для воспроизведения звука, такого как музыка, с устройства потокового воспроизведения звука посредством динамика. Гарнитура содержит приемопередатчик сигналов, беспроводным образом соединяемый с множеством устройств, включающих в себя устройство голосового вызова и аудиоустройство. Блок управления в гарнитуре может управляться посредством переключателя, который функционирует так, чтобы выборочно устанавливать блок управления в настройку соединения с одной точкой, при которой только аудиосигналы, принятые от первого устройства, ретранслируются динамику, или в настройку соединения с множеством точек, в которой аудиосигналы, принятые от первого устройства или от второго устройства, ретранслируются динамику. Первое устройство в типичном варианте является мобильным телефоном, и приоритет предпочтительно всегда отдается сигналам голосовых вызовов от мобильного телефона даже в настройке соединения с множеством точек.
Рис. 1.5. Устройство, патент РФ 2411691
Общей целью изобретения является простое управление аудиогарнитурой, которая является подсоединяемой к двум или более источникам звука. Более конкретно, целью является обеспечение гарнитуры, которая выполнена с возможностью управлять голосовым вызовом посредством беспроводного соединения с телефоном и также принимать потоковое воспроизведение звука, такого как музыка, от источника потокового воспроизведения звука.
6. Патент РФ 2398356. Способ установления беспроводной линии связи и система для установки беспроводной связи (рис. 1.6). Подача заявки: 31.10.2008; публикация патента: 27.08.2010.
Изобретения относятся к системам переключения сигналов при передаче данных, в частности к способу установления линии связи между беспроводными устройствами. Способ установления беспроводной линии связи заключается в том, что инициируют на вспомогательном устройстве процесс установления линии связи между базовым и вспомогательным устройствами; формируют на вспомогательном устройстве акустический сигнал связи; передают этот сигнал посредством дополнительной акустической линии связи; принимают акустический сигнал связи во включенном базовом устройстве; выделяют из полученной информации в базовом устройстве сигнал связи; при совпадении полученного сигнала с ожидаемым формируют сигнал подтверждения в базовом устройстве и передают через приемопередающие устройство, предназначенное для обеспечения основной беспроводной линии связи на вспомогательное устройство. При совпадении принятого сигнала подтверждения с ожидаемым устанавливают линию связи в соответствии с основным типом передачи данных. Система для установления беспроводной связи включает машиночитаемый носитель данных, содержащий информацию для установки в базовое устройство, и вспомогательное устройство, предназначенные для осуществления способа, описанного выше. При этом сигнал связи может содержать псевдослучайный ключ, идентифицирующую информацию, уровень громкости сигнала связи может увеличиваться.
Рис. 1.6. Устройство, патент РФ 2398356
Предлагаемые изобретения относятся к системам переключения сигналов при передаче данных при установлении беспроводного соединения устройств, в частности к способу установления линии связи между беспроводными устройствами.
7. Патент РФ 2460240. Способ пользования мобильной связью (рис. 1.7). Подача заявки: 15.03.2012; публикация патента: 27.08. 2015.
Способ пользования мобильной связью относится к области телефонной сотовой мобильной связи и предназначен для пользования мобильным сотовым телефоном с помощью гарнитуры на удалении пользователя от аппарата, например при нахождении в коттедже или на садовом участке. Технический результат заключается в обеспечении уменьшения воздействия радиоволн на организм человека, использующего мобильную связь и находящегося на отдалении от телефона мобильной сотовой связи, например в условиях коттеджа или в удаленных комнатах. Для этого используют беспроводной головной телефон блютус с наушником для приемопередачи сигналов от телефона сетевого мобильного. При этом в приемопредаче сигнала от телефона мобильной сотовой связи головным телефоном используют ультразвуковой диапазон акустических волн, причем на переходах от прямого видения телефона мобильного сетевого к теневой области осуществляют переизлучение принятого акустического излучения от телефона мобильной сотовой связи в теневую область с помощью установленных на граничных переходах переизлучателей акустических сигналов. Новый способ пользования мобильной связью относится к области телефонной сотовой мобильной связи и предназначен для пользования мобильным сотовым телефоном с помощью гарнитуры на удалении пользователя от аппарата, например при нахождении в коттедже или на садовом участке.
Рис. 1.7. Устройство, патент РФ 2460240
8. Патент РФ 2442281. Беспроводная поддержка для портативных устройств мультимедийного проигрывателя (рис. 1.8). Подача заявки: 06.08.2007; публикация патента: 10.02.2012.
Изобретение относится к области беспроводных сетей, таких как сети из беспроводных устройств, которые находятся рядом друг с другом, например портативных устройств мультимедийного проигрывателя. Технический результат заключается в том, что беспроводное портативное устройство мультимедийного проигрывателя может самонастраиваться и синхронизироваться со специализированной сетью при низком энергопотреблении. Соседние портативные устройства мультимедийных проигрывателей в специализированной сети могут быть обнаружены посредством беспроводного портативного устройства мультимедийного проигрывателя. Портативное устройство мультимедийного проигрывателя может устанавливать и завершать подключения к соседним портативным устройствам мультимедийных проигрывателей. Портативное устройство мультимедийного проигрывателя может передавать данные в режиме высокоскоростной передачи данных или в режиме передачи данных с пониженным энергопотреблением, при этом параллельно разрешая обнаружение посредством других устройств. Портативное устройство мультимедийного проигрывателя функционирует в режиме пониженного энергопотребления в течение неактивной части интервала периодического обнаружения.
Изобретение предоставляет способы, устройства и машиночитаемые носители для поддержки беспроводной работы портативного устройства мультимедийного проигрывателя в специализированной сети. Беспроводное портативное устройство мультимедийного проигрывателя может самонастраиваться и синхронизироваться со специализированной сетью при низком энергопотреблении.
Рис. 1.8. Устройство, патент РФ 2442281
9. Патент РФ 2409897. Кодер, передающее устройство, система передачи и способ кодирования информационных объектов (рис. 1.9). Подача заявки: 18.05.2009; публикация патента: 20.01.2011.
Предлагаемые технические решения относятся к устройствам кодирования и передачи информации для систем беспроводной связи. Достигаемый технический результат - увеличение скорости передачи информационных объектов. Передающее устройство и система передачи информационных объектов содержат кодер, включающий блок предварительного кодирования (БПК), модулятор, блок добавления синхропоследовательности (БДС), мультиплексор, буфер выборки (БВ), блок формирования пакета (БФП), формирователь контрольных данных (ФКД), кодер контрольных данных (ККД), генератор номера выборки (ГНВ), генератор адреса кодера (ГАК).
Предлагаемые технические решения относятся к способам и устройствам кодирования и передачи информации для систем беспроводной связи, в частности к технике систем короткодистанционной связи между стационарными либо мобильными устройствами и мобильными (в том числе носимыми) устройствами, используя при этом акустический канал связи для передачи информации на небольшом расстоянии.
Целью предлагаемых технических решений является создание кодера, передающего устройства, системы передачи, а также способа кодирования информационных объектов, позволяющих значительно увеличить скорость передачи информационных объектов по сравнению с существующими устройствами и системами, используя оптимальный объем передаваемой информации и оптимальную избыточность помехоустойчивого кода в выбранном канале связи. Создание таких устройств и системы позволит передавать информационные объекты любого объема, что значительно расширит сферу их применения.
Рис. 1.9. Устройство, патент РФ 2442281
10. Патент РФ 2494530. Электронное устройство со смещением усилителя мощности, зависимым от скорости данных (рис. 1.10). Подача заявки: 30.04.2010; публикация патента: 27.09.2013.
Настоящее изобретение относится к схеме беспроводной связи. Беспроводная схема в электронном устройстве содержит схему выходного усилителя мощности для усиления передаваемых сигналов радиочастоты. Схема усилителя мощности запитана с использованием напряжения смещения. Амплитуда напряжения смещения избирательно понижена для экономии потребления. Схема управления содержит таблицу заданных значений напряжений смещения, используемую в различных условиях. Эти условия содержат требуемые выходные мощности, определяемые качеством канала связи, статус режима передачи, и требуемые скорости передачи данных. Когда качество канала является низким или когда требуются высокие скорости передачи данных, напряжение смещения поддерживается на сравнительно высоком уровне для обеспечения того, что усилитель мощности работает линейно и не проявляет излишних шумов. Технический результат заключается в экономии потребляемой мощности при понижении напряжения смещения, когда качество канала является высоким или скорости передачи данных являются низкими.
Рис. 1.10. Устройство, патент РФ 2494530
В целом можно сделать вывод, что проектируемые устройства не имеют принципиальной новизны и не могут быть запатентованы.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 298; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!