一种低频无线双向透地通讯装置及其方法

摘要

本发明提供一种低频无线双向透地通讯装置，包括相连接的声音输入模块、声音输出模块、信号处理模块、信号输入模块以及信号输出模块，所述信号处理模块包括升降频控制单元，所述声音输入模块接收的声音信号经所述升降频控制单元降频后传入所述信号输出模块构成信号传输模式；所述信号输入模块接收的信号经所述升降频控制单元升频后传入所述声音输出模块构成信号接收模式。本发明提供的低频无线双向透地通讯装置及方法带来的有益效果为：解决了在矿井下或者可燃性气体存在环境下，以较低的安全功率实现了语音通讯，实现了双向的语音和数据通讯，延迟时间短，完全适用于救灾、救援时的应急通讯。

权利要求

1.一种低频无线双向透地通讯装置，包括相连接的声音输入模块、声音输出模块、信号处理模块、信号输入模块以及信号输出模块，其特征在于：所述信号处理模块包括升降频控制单元，所述声音输入模块接收的声音信号经所述升降频控制单元降频后传入所述信号输出模块构成信号传输模式；所述信号输入模块接收的信号经所述升降频控制单元升频后传入所述声音输出模块构成信号接收模式，所述信号处理模块还包括模拟-数字转换器、数字-模拟转换器以及存储器，在信号传输模式下，所述模拟-数字转换器将所述声音输入模块接收的声音信号经采样、量化后送入所述存储器储存，所述升降频控制单元通过降低所述存储器的读取速率，由所述数字-模拟转换器转换成模拟信号输出至所述信号输出模块；在信号接收模式下，所述模拟-数字转换器将所述信号输入模块接收的信号经采样、量化后送入所述存储器储存，所述升降频控制单元通过提高所述存储器的读取速率，由所述数字-模拟转换器转换成模拟信号输出至所述声音输出模块。

2.如权利要求1所述的低频无线双向透地通讯装置，其特征在于：在信号传输模式下，所述存储器读取后的带宽为50-200Hz。

3.如权利要求1所述的低频无线双向透地通讯装置，其特征在于：在信号接收模式下，所述存储器读取后的带宽为500-2000Hz。

4.如权利要求1所述的低频无线双向透地通讯装置，其特征在于：所述声音输入模块包括相互连接的声音接收器、第一放大器、与所述第一放大器相连接的第一振幅限幅器以及与通过一开关S1与所述模拟-数字转换器相连接的电平位移器，所述信号输出模块包括与所述数字-模拟转换器相连接的滤波装置以及与所述滤波装置相连接的信号发射装置；

所述声音接收器接收声音信号经第一放大器放大，放大后的声音信号传送至所述第一振幅限幅器和所述电平位移器进行滤波减少失真，滤波后的声音信号经所述信号处理模块处理后经所述滤波装置导向至所述信号发射装置构成信号传输模式。

5.如权利要求4所述的低频无线双向透地通讯装置，其特征在于：所述信号输入模块还包括相互连接的信号接收器、第二放大器以及第二振幅限幅器，所述第二振幅限幅器通过一模式开关S2与所述电平位移器相连接；所述声音输出模块包括与一第三放大器相连接的声音播放器，所述信号接收器接收外界信号通过所述第二振幅限幅器送至所述电平位移器减少失真，信号经所述电平位移器后输出至所述信号处理模块，经所述信号处理模块处理后输出至所述声音输出模块构成信号接收模式。

6.如权利要求1所述的低频无线双向透地通讯装置，其特征在于：所述升降频控制单元包括相互连接的锁存器(202，207)、与门(203，214，215)、或门(203)电阻R44、R45、R46、R47、电容C21、C22、反相器(204、205、206)、二极管D5、D6以及开关(201)，在信号传输模式下，所述模拟-数字转换器将转换为二进制逻辑“1”信号通过电阻R44和R45分别送至所述锁存器(202)和所述与门(203)，所述与门(203)向所述存储器输出信号，所述存储器重置为逻辑“0”信号经所述锁存器(202)和所述与门(214)送至所述存储器内的循环速率控制电路储存，所述存储器内的地址和使能电路通过所述二极管D5锁存器(207、202)的重置终端接收输出至所述锁存器(202)，所述锁存器(202)的输出变为逻辑“0”，并经过反相器(204、205、206)，以及电阻R46、R47、电容C22和二极管D6向锁存器(207)和或门(203)上施加一个逻辑“1”的信号，所述或门(203)向所述存储器的R/W输入端施加逻辑“1”信号，读取所述存储器内的信号。

7.如权利要求6所述的低频无线双向透地通讯装置，其特征在于：所述循环速率控制电路由相连接的与非门(131)、电位计(132、133)、开关(112、113)、电阻R24、R39、R40、R43和电容C20构成CMOS门振荡器，所述CMOS门振荡器接收来自所述存储器和所述升降频控制单元的信号，当逻辑“1”送至电阻R43时，开关(112)断开，所述电位计发出高频振荡；当逻辑“1”送至电阻R42时，闭合开关(113)，电流通过电阻R41，所述电位计发出高频振荡，两种高频振荡通过除法器(130)降低频率后分别输入所述存储器和所述模拟-数字转换器。

8.如权利要求6所述的低频无线双向透地通讯装置，其特征在于：所述地址和使能电路包括相连接的与非门(131、131a、135)、计数器(132)、解码器(134)以及LED灯串(136)，所述解码器(134)与所述声音播放器相连接，所述计数器(132)与所述存储器相连接。

9.一种低频无线双向透地通讯方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、声音/信号输入模块接收外界的信息，对接收的信息进行放大、滤波和降噪处理后得到预设振幅的信号，输出至信号处理模块；

(2)、信号处理模块对信号进行采样、量化为数字信号储存在信号存储装置中，数字信号通过升降频控制单元以低于或高于预设采样速率的读取速率将信号存储装置中的数字信号读取出来，生成后续用于传输的模拟信号；

(3)、信号/声音输出模块接收模拟信号导向至调制器或滤波器以提供有声信号，确定信息正在传输；

在信号接收模式下，信号输入模块通过电磁感应接收外界模拟信号，通过放大器和振幅限幅器对模拟信号进行放大、滤波和降噪处理，得到预设振幅的信号，输出至信号处理模块；

信号处理模块对所述得到的信号进行采样、量化为数字信号储存在信号存储装置中，数字信号通过升降频控制单元以高于预设采样速率的读取速率将信号存储装置中的数字信号读取出来，生成后续用于传输的模拟信号；

声音输出模块接收模拟信号通过放大器进行放大后播放出来以提供有声信号，确定信息正在传输。

10.如权利要求9所述的低频无线双向透地通讯方法，其特征在于：在信号传输模式下，声音输入模块接收外界的语音信息，通过放大器和振幅限幅器对语音信息进行放大、滤波和降噪处理，得到预设振幅的信号，输出至信号处理模块；

信号处理模块对信号进行采样、量化为数字信号储存在信号存储装置中，数字信号通过升降频控制单元以低于预设采样速率的读取速率将信号存储装置中的数字信号读取出来，生成后续用于传输的模拟信号；

信号输出模块接收模拟信号导向至调制器或滤波器以提供有声信号，确定信息正在传输。

说明书

一种低频无线双向透地通讯装置及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种低频无线双向透地通讯装置，还涉及了一种低频无线双向透地通讯方法。

背景技术

[0002] 目前，在地下矿井，工业构筑物和商业大厦等环境中，电磁能量传输受到介质或障碍物的阻挡或限制，通讯是通过硬质线路如电话线来实现的。但是，当灾害发生时，巷道被堵，电力中断，硬质线路遭到破坏，如何在矿井下灾害发生区域与矿井上之间建立起有效的无线通讯就成为了一个问题。

[0003] 但是信号的透地传输又带来了其它问题，矿井内可以安全使用的设备功率是非常有限的，因为危险可燃性气体的存在，使天线当中可存储的能量有一定的限制，因此，为了保证安全，矿井内尽可使用功率较低的设备。但是低功率发射装置仅可发送单音音调或者窄带文本信息。高质量语音信息和大容量的数据信息是无法通过低功率发射装置发送的。另外，频率高于10kHZ的电磁场无法透地耦合，高频率的衰减非常严重，因此从矿井或山洞向外发射信号几乎不现实。地表水和水体也会形成类似的频率限制，所以只能使用10Khz以下的甚低频进行传输。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种解决了在矿井下或者可燃性气体存在环境下，以较低的安全功率实现了语音通讯，实现了双向的语音和数据通讯，延迟时间短，完全适用于救灾、救援的低频无线双向透地通讯装置及其方法。

[0005] 按照本发明提供的一种低频无线双向透地通讯装置采用的主要技术方案为：包括相连接的声音输入模块、声音输出模块、信号处理模块、信号输入模块以及信号输出模块，所述信号处理模块包括升降频控制单元，所述声音输入模块接收的声音信号经所述升降频控制单元降频后传入所述信号输出模块构成信号传输模式；所述信号输入模块接收的信号经所述升降频控制单元升频后传入所述声音输出模块构成信号接收模式。

[0006] 本发明提供的低频无线双向透地通讯装置还可具有如下附属技术特征：

[0007] 所述信号处理模块还包括模拟-数字转换器、数字-模拟转换器以及存储器，在信号传输模式下，所述模拟-数字转换器将所述声音输入模块接收的声音信号经采样、量化后送入所述存储器储存，所述升降频控制单元通过降低所述存储器的读取速率，由所述数字-模拟转换器转换成模拟信号输出至所述信号输出模块；在信号接收模式下，所述模拟-数字转换器将所述信号输入模块接收的信号经采样、量化后送入所述存储器储存，所述升降频控制单元通过提高所述存储器的读取速率，由所述数字-模拟转换器转换成模拟信号输出至所述声音输出模块。

[0008] 在信号传输模式下，所述存储器读取后的带宽为50-200Hz。

[0009] 在信号接收模式下，所述存储器读取后的带宽为500-2000Hz。

[0010] 所述声音输入模块包括相互连接的声音接收器、第一放大器、与所述第一放大器相连接的第一振幅限幅器以及与通过一开关S1与所述模拟-数字转换器相连接的电平位移器，所述信号输出模块包括与所述数字-模拟转换器相连接的滤波装置以及与所述滤波装置相连接的信号发射装置；所述声音接收器接收声音信号经第一放大器放大，放大后的声音信号传送至所述第一振幅限幅器和所述电平位移器进行滤波减少失真，滤波后的声音信号经所述信号处理模块处理后经所述滤波装置导向至所述信号发射装置构成信号传输模式。

[0011] 所述信号输入模块还包括相互连接的信号接收器、第二放大器以及第二振幅限幅器，所述第二振幅限幅器通过一模式开关S2与所述电平位移器相连接；所述声音输出模块包括与一第三放大器相连接的声音播放器，所述信号接收器接收外界信号通过所述第二振幅限幅器送至所述电平位移器减少失真，信号经所述电平位移器后输出至所述信号处理模块，经所述信号处理模块处理后输出至所述声音输出模块构成信号接收模式。

[0012] 所述升降频控制单元包括相互连接的锁存器、与门、或门电阻R44、R45、R46、R47、电容C21、C22、反相器、二极管D5、D6以及开关，在信号传输模式下，所述模拟-数字转换器将转换为二进制逻辑“1”信号通过电阻R44和R45分别送至所述锁存器和所述与门，所述与门向所述存储器输出信号，所述存储器重置为逻辑“0”信号经所述锁存器和所述与门送至所述存储器内的循环速率控制电路储存，所述存储器内的地址和使能电路通过所述二极管D5锁存器的重置终端接收输出至所述锁存器，所述锁存器的输出变为逻辑“0”，并经过反相器，以及电阻R46、R47、电容C22和二极管D6向锁存器和或门上施加一个逻辑“1”的信号，所述或门向所述存储器的R/W输入端施加逻辑“1”信号，读取所述存储器内的信号。

[0013] 所述循环速率控制电路由相连接的与非门、电位计、开关、电阻R24、R39、R40、R43和电容C20构成CMOS门振荡器，所述CMOS门振荡器接收来自所述存储器和所述升降频控制单元的信号，当逻辑“1”送至电阻R43时，开关断开，所述电位计发出高频振荡；当逻辑“1”送至电阻R42时，闭合开关，电流通过电阻R41，所述电位计发出高频振荡，两种高频振荡通过除法器降低频率后分别输入所述存储器和所述模拟-数字转换器。

[0014] 所述地址和使能电路包括相连接的与非门、计数器、解码器以及LED灯串，所述解码器与所述声音播放器相连接，所述计数器与所述存储器相连接。

[0015] 按照本发明提供的低频无线双向透地通讯方法采用的主要技术方案为：包括以下步骤：

[0016] （1）、声音/信号输入模块接收外界的信息，对接收的信息进行放大、滤波和降噪处理后得到预设振幅的信号，输出至信号处理模块；

[0017] （2）、信号处理模块对信号进行采样、量化为数字信号储存在信号存储装置中，数字信号通过升降频控制单元以低于或高于预设采样速率的读取速率将信号存储装置中的数字信号读取出来，生成后续用于传输的模拟信号；

[0018] （3）、信号/声音输出模块接收模拟信号导向至调制器或滤波器以提供有声信号，确定信息正在传输。

[0019] 本发明提供的低频无线双向透地通讯方法还可具有如下附属技术特征：

[0020] 在信号传输模式下，声音输入模块接收外界的语音信息，通过放大器和振幅限幅器对语音信息进行放大、滤波和降噪处理，得到预设振幅的信号，输出至信号处理模块；

[0021] 信号处理模块对信号进行采样、量化为数字信号储存在信号存储装置中，数字信号通过升降频控制单元以低于预设采样速率的读取速率将信号存储装置中的数字信号读取出来，生成后续用于传输的模拟信号；

[0022] 信号输出模块接收模拟信号导向至调制器或滤波器以提供有声信号，确定信息正在传输。

[0023] 在信号接收模式下，信号输入模块通过电磁感应接收外界模拟信号，通过放大器和振幅限幅器对模拟信号进行放大、滤波和降噪处理，得到预设振幅的信号，输出至信号处理模块；

[0024] 信号处理模块对所述得到的信号进行采样、量化为数字信号储存在信号存储装置中，数字信号通过升降频控制单元以高于预设采样速率的读取速率将信号存储装置中的数字信号读取出来，生成后续用于传输的模拟信号；

[0025] 声音输出模块接收模拟信号通过放大器进行放大后播放出来以提供有声信号，确定信息正在传输。

[0026] 采用本发明提供的低频无线双向透地通讯装置及其方法所带来的有益效果为：解决了在矿井下或者可燃性气体存在环境下，以较低的安全功率实现了语音通讯，实现了双向的语音和数据通讯，延迟时间短，完全适用于救灾、救援时的应急通讯；实现了在非可视范围内的无线穿透障碍物的通讯，能满足国内大部分的煤矿和非煤矿山实际应用；解决了在灾变环境，不具备电力供应的情况下，装置自带后备电源能够保证装置在较长时间内可以正常工作；设备所配备天线总重在10kg以内，总长度在130米以内，完全具备在井上、井下单兵部署的可行性,并且该天线可用普通两芯铜线替代，连接方便，并且使用过程当中，天线电流足够小，避免了能量大而引起可燃性气体的爆炸。

附图说明

[0027] 图1为本发明的工作原理图。

[0028] 图2为本发明中升降频控制单元的电路图。

[0029] 图3为本发明中循环速率控制电路的电路图。

[0030] 图4为本发明中地址和使能电路的电路图。

[0031] 图5为本发明中存储器的电路图。

[0032] 图6为本发明中麦克风、放大器振幅限幅器和带通滤波器的电路框图。

[0033] 图7为本发明中模拟-数字转换器的电路框图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图对本发明做进一步的详述：

[0035] 如图1至图7所示，按照本发明提供的一种低频无线双向透地通讯装置的实施例，包括相连接的声音输入模块1、声音输出模块2、信号处理模块3、信号输入模块4以及信号输出模块5，所述信号处理模块3包括升降频控制单元17，所述声音输入模块1接收的声音信号经所述升降频控制单元17降频后传入所述信号输出模块5构成信号传输模式；所述信号输入模块4接收的信号经所述升降频控制单元17升频后传入所述声音输出模块2构成信号接收模式。通过上述结构的设置，使得本发明实施例所述的低频无线双向透地通讯装置允许以较小输入功率实现信号传输,并且该装置可在12V直流电压实现正常工作,由于本装置所需的功率很低，并且具备隔爆外壳，因此可以安全应用于矿井和其它功率受限的区域；当本装置处于信号传输模式下时，通过升降频控制单元对声音输入模块接收到的外界语音信号实现降频，使输出至信号输出模块的语音信号变得更为缓慢，与该信息原始长度相比，传输信号所用的时间间隔更长；当本装置处于信号接收模式时，将信号输入模块接收的慢速传入信号通过升降频控制模块实现升频，在信号通过扬声器播放之前，将其恢复原始长度。

[0036] 众所周知，在地下矿井，工业构筑物和商业大厦等环境中，由于高频率受到介质或障碍物的阻挡或限制导致严重衰减，信号不可能透地传输。在本发明中，通过升降频控制单元对接收的信号进行升频/降频后传输，以较低的安全功率实现了双向的语音和数据通讯。

[0037] 参见图1，按照本发明提供的低频无线双向透地通讯装置，所述信号处理模块3还包括模拟-数字转换器15、数字-模拟转换器18以及存储器16，在信号传输模式下，所述模拟-数字转换器15将所述声音输入模块1接收的声音信号经采样、量化后送入所述存储器16储存，所述升降频控制单元17通过降低所述存储器16的读取速率，由所述数字-模拟转换器18转换成模拟信号输出至所述信号输出模块5；在信号接收模式下，所述模拟-数字转换器15将所述信号输入模块4接收的信号经采样、量化后送入所述存储器16储存，所述升降频控制单元17通过提高所述存储器34的读取速率，由所述数字-模拟转换器18转换成模拟信号输出至所述声音输出模块2。在本发明中，所需存储器16的大小，可以根据待处理的信息长度、选取的采样速率、量化电平等因素确定，可根据以下公式计算：

[0038] 存储器比特数= 采样率×信息长度×log（#量化电平）/0.301，因此，对于给定的存储器大小和给定的量化电平，采样率与信息长度的乘积是一个定值。

[0039] 根据本发明记载的方案可以得知，在信号传输模式下，当存储器34的采样率为5500样本每秒时，效果很好。二进制数字被送入存储器34储存，之后以较慢的速率读取出来。优选的，读取速率为采样速率的十分之一，亦即，对于采样率为5500样本每秒的情况，读取速率建议为550，即高输入低读取；在信号接收模式下，信号输入模块生成采样率为
550样本每秒的信号，将此信号转化为二进制数字存入所述存储器储存起来，之后以读取速率高于采样率读取出来，优选的，读取速率为采样速率的十倍，即对采样率为550样本每秒时，存储器的读取速率为5500样本每秒，即低输入高读取。

[0040] 在本发明的实施例中，装设了73,728比特的存储器，量化为八个电平。此时的采样率与信息长度的乘积为一个定值：24,576。采样率为5500样本每秒时，该装置能处理的最大信息长度为4.47秒，要更改可处理信息的最大长度，可以调节采样率。当然，这种调节也有一定的限制，采样率越高，信息收发就越清晰。如果需要处理长达6秒的信息，采样率为4096样本每秒；如果需要处理长达5秒的信息，采样率为4915样本每秒；如果需要处理长达3.5秒的信息，采样率为7022样本每秒。

[0041] 参见图1，按照本发明提供的低频无线双向透地通讯装置，所述声音输入模块1包括相互连接的声音接收器10、第一放大器11、与所述第一放大器11相连接的第一振幅限幅器12以及与通过一开关S1与所述模拟-数字转换器15相连接的电平位移器14，所述信号输出模块5包括与所述数字-模拟转换器18相连接的滤波装置72以及与所述滤波装置72相连接的信号发射装置20；所述声音接收器10接收声音信号经第一放大器11放大，放大后的声音信号传送至所述第一振幅限幅器12和所述电平位移器14进行滤波减少失真，滤波后的声音信号经所述信号处理模块3处理后经所述滤波装置72导向至所述信号发射装置20构成信号传输模式。在本发明中所述的信号传输模式中，声音接收器10采用麦克风作为信号输入设备，声音信号经第一放大器放大，信号传送至第一振幅限幅器12以减少失真，经过安装在所述第一振幅限幅器12上的带通滤波器，本发明所述的带通滤波器不仅可以单独作为一个元件安装在所述第一振幅限幅器12上，也可以将带通滤波器内置在第一振幅限幅器12内，并且本发明是采用500-2000Hz的带通滤波器，在第一振幅限幅器12和带通滤波器上进行滤波、降噪处理后将得到位于500Hz-2000Hz范围内的带宽，滤波、降噪处理后的带宽优选为1500Hz，此带宽可以通过较低的可用功率或安全功率进行传输，上述的带宽仍然无法在可用功率或允许功率有限的条件下进行传输，因此将此带宽范围内的信息储存在存储器中，通过升降频控制单元控制存储器以较低速率从该存储器16中读取出来，优选的降低10倍，这样将得到位于150Hz带宽的低频信号。

[0042] 为了消除低频噪声，本发明还设置了滤波装置72，此滤波装置为相连接的调制器和过滤器，将该低频信号调制到某一载波频率，例如2000赫兹，采用抑制载波频率的平衡调制器，可得到一个介于1800赫兹和1950赫兹之间频率较低的边带，和一个介于2050赫兹和2200赫兹之间频率较高的边带。仅传输一个边带。因此，仅传输介于2050赫兹和2200赫兹之间带宽为150赫兹的边带，这个范围最适合通过岩石圈传输。在本发明中，信号输出模块为一发射天线，也可以采用其它发射器为设备传输提供有声信号。

[0043] 参见图1，按照本发明提供的低频无线双向透地通讯装置，所述信号输入模块4还包括相互连接的信号接收器25、第二放大器25a以及第二振幅限幅器26，在第二振幅限幅器26上还安装了一解调器70，所述第二振幅限幅器26通过一模式开关S2与所述电平位移器14相连接；所述声音输出模5包括与一第三放大器22相连接的声音播放器24，所述信号接收器25接收外界信号通过所述第二振幅限幅器26送至所述电平位移器14减少失真，信号经所述电平位移器14后输出至所述信号处理模块3，经所述信号处理模块3处理后输出至所述声音输出模块5构成信号接收模式。在本发明中，信号接收器25为接收天线作为信号接收设备，声音播放器24为扬声器作为声音输出设备，接收天线接收传入的信号，通过第二放大器25a即可选放大器放大信号后输出至第二振幅限幅器26或可选解调器，信号被解调，进入存储器，并以较高速率读取出来，即得到位于500Hz-2000Hz范围内的带宽，滤波、降噪处理后的带宽优选为1500Hz，放大并通过扬声器，重现了原始的语音信息。

[0044] 参见图1，本发明提供的实施例中，还具有一待机模式，在待机模式下，开关S4、S5和S8或者开关S4、S6和S7闭合，其它开关均断开，直接将接收天线和扬声器相连。当本装置采用这种连接方式时，一旦接收信号，操作者即可听到声音信号。

[0045] 参见图2，按照本发明提供的低频无线双向透地通讯装置，所述升降频控制单元17包括相互连接的锁存器202，207、与门203，214，215、或门203电阻R44、R45、R46、R47、电容C21、C22、反相器204、205、206、二极管D5、D6以及开关201，在信号传输模式下，开关201闭合，所述模拟-数字转换器将转换为二进制逻辑“1”信号通过电阻R44和R45分别送至所述锁存器202和所述与门203，所述与门203向所述存储器输出信号，所述存储器重置为逻辑“0”信号经所述锁存器202和所述与门214送至所述存储器内的循环速率控制电路储存，所述存储器内的地址和使能电路通过所述二极管D5锁存器207和202的重置终端接收输出至所述锁存器202，所述锁存器202的输出变为逻辑“0”，并经过反相器204、205、206，以及电阻R46、R47、电容C22和二极管D6向锁存器207和或门203上施加一个逻辑“1”的信号，确保施加的这一信号仅具有暂时性，所述或门203向所述存储器的R/W输入端施加逻辑“1”信号，从而使信息从存储器中读取出来并加以传输。由于所述存储器内的速率控制电路上施加了一个逻辑“0”信号，使得该信息将以低速率550Hz读取。

[0046] 参见图2，在信号接收模式下，开关208闭合，其运行原理与信号传输模式基本相同，仅仅是将锁存器202，207、电阻R44、R45、R46、R47、电容C21、C22替换成锁存器208，211、电阻R48，R49，R50，R51、电容C23，C24和二极管D7。命令信号也通过或门212传输。因为在信号接收模式下，最初没有信号施加在或门214上，因此214输出一个逻辑“0”信号，使存储器以低速率循环。锁存器209输出的信号经连接点68，使模式开关S2闭合，从而获取传入信号将其传入存储器。信息进入存储器后，所述存储器中的地址和使能电路向锁存器209和211发送一个“循环完成”信号。这样，锁存器211会向与门214施加一个逻辑“1”信号，使存储器以高速率循环。相同的信号也施加在门215上，向存储器发送读取命令。

[0047] 参见图3，按照本发明提供的低频无线双向透地通讯装置，所述循环速率控制电路由相连接的与非门131、电位计132、133、开关112、113、电阻R24、R39、R40、R43和电容C20构成CMOS门振荡器，电容C20和电阻R39决定了所述的CMOS门振荡器的振荡频率，所述CMOS门振荡器通过端子96和95接收来自所述存储器和所述升降频控制单元的信号，当逻辑“1”送至电阻R43时，开关112断开，所述电位计发出高频振荡，所述的高频振荡即为上述带宽为500Hz-2000Hz的信号；当逻辑“1”送至电阻R42时，闭合开关113，电流通过电阻R41，所述电位计发出高频振荡，两种高频振荡通过除法器130降低频率后分别输入所述存储器和所述模拟-数字转换器，优选降低10倍，两个降频信号经电阻R35、R36、电容C19、反相器81、端子94，送至模拟数字转换器，并经电阻R37、R38、电容C18、反相器82、端子90，送至存储器。这两个信号降低的频率相差一个时钟周期。

[0048] 参见图4，按照本发明提供的低频无线双向透地通讯装置，所述地址和使能电路包括相连接的与非门（131、131a、135）、计数器（132）、解码器（134）以及LED灯串（136），所述解码器（134）与所述声音播放器相连接，所述计数器（132）与所述存储器相连接。来自模拟-数字转换器的信号从端子90经与非门131a和端子94进入所述地址和使能电路。来自端子94的信号进入与非门131，送往二进制计数器132。双通道输入与非门135将二进制计数器132与计数器解码器134连接。通过六路反相器137和电阻R58，LED灯串136与计数器解码器134相连。按照本发明能处理的最大信息时长，LED灯串136将每隔总时长的六分之一依次亮起，从而实现计时功能。计数器解码器134也在端子191至196通过双输入与非电路131与存储芯片相连。最后，计数器解码器134在301连接点与调制器或扬声器相连。循环完成后，解码器134的输出经反相器131b重新启动计数。该信号也经端子97传输至所述升降频控制单元和扬声器放大器。

[0049] 参见图5，在本发明提供的低频无线双向透地通讯装置中，存储器由一系列存储芯片140组成，三个一组，共计24K×3位存储空间，参见图7。虽然本发明优先采用半导体存储芯片，当然也可使用磁泡存储技术。芯片组端子191至196与所述存储器内的地址和使能电路连接。芯片组还经端子91、92、93与所述模拟-数字转换器相连，经端子197、198、199与所述数字-模拟转换器相连。存储芯片140a、140b、140c组成一组，存储芯片140d、
140e、140f组成第二组，以此类推。存储器通过束190访问，通过端子191-196由来自所述存储器内的地址和使能电路的信号启动。来自所述模拟数字转换器的数据A*、B*和C*分别经端子91、92、93进入。存储器输出数据QA、QB、QC经端子197、198和199，送至所述数字-模拟转换器。所述升降频控制单元与所述存储器在端子200相连，根据升降频控制单元的结果：R/W为逻辑“1”时，存储器读取信息；R/W为逻辑“0”时，存储器写入信息。

[0050] 参见图6，在本发明中，装设的放大器、滤波器和振幅限幅器均为一套3级放大器、滤波器和振幅限幅器，如图3所示。麦克风60生成输入信号。输入信号通过电阻R5、R6、R7、电容C4和C5滤波，进一步通过元件R8、R9、R10、C6和C7组成的网络滤波。电容C8、电阻R11、R12实现放大器61和放大器62直接的偏流。信号通过元件C9、R13、R14耦合到放大器62。放大器62与周边元件R15、R16、R17、R18、R19、C10、C11和C12一起，完成进一步放大和滤波。振幅由二极管D1、D2、D3和D4限制和定形。信号通过开关S1和与之相连的电阻R20，耦合到第三级放大器63。运算放大器63由元件R22、R23和C16偏置，与周边元件R21、R24、C13和C15一同，进一步对信号进行放大和滤波。在传输模式下，开关S1闭合；而在接收模式下，开关S1断开。开关S2与相关电阻R25还通过端子68，受到来自控制电路的信号的控制。在传输模式下，开关S2闭合；而在接收模式下，开关S2断开。开关S7和S8与S2连接，经由开关S8和S9通往解调器70或振幅限幅器26。

[0051] 如图7所示，模拟信号在端子69送至比较器80及其相关电阻R26、R27和R28。在比较周期内，升序计数器83开始从0向上计数。从83输出的数字信号经电阻R29至R32，转换成模拟信号。将该模拟信号与输入信号比较。如果该信号低于输入信号，则升序计数器83继续计数。当数字至模拟转换成的输出信号刚刚超过模拟输入信号时，比较器80的输出变为“0”。该信号送至由与非门85和86、电容器C17、电阻器R33和R34组成的振荡器，经反相器81至触发器82。振荡器和触发器82的输出送至计数器83，计数停止。计数结果由锁存器84锁定，根据来自存储器循环速率控制电路送至存储器84时钟端子91的信号，经端子91、92、93转移到存储器16的电路中。当输出达到最大值时（即二进制111）时，与非门87也会使计数器停止。计数器83和触发器82根据重置信号重置，重置信号经端子90来自所述存储器内的循环速率控制。

[0052] 本发明还提供了一种低频无线双向透地通讯方法的实施例，包括以下步骤：（1）、声音/信号输入模块接收外界的信息，对接收的信息进行放大、滤波和降噪处理后得到预设振幅的信号，输出至信号处理模块；（2）、信号处理模块对信号进行采样、量化为数字信号储存在信号存储装置中，数字信号通过升降频控制单元以低于或高于预设采样速率的读取速率将信号存储装置中的数字信号读取出来，生成后续用于传输的模拟信号；（3）、信号/声音输出模块接收模拟信号导向至调制器或滤波器以提供有声信号，确定信息正在传输。通过上述实施例提供的通讯方法，解决了在矿井下或者可燃性气体存在环境下，以较低的安全功率实现了语音通讯，实现了双向的语音和数据通讯，延迟时间短，完全适用于救灾、救援时的应急通讯；实现了在非可视范围内的无线穿透障碍物的通讯，能满足国内大部分的煤矿和非煤矿山实际应用；解决了在灾变环境，不具备电力供应的情况下，装置自带后备电源能够保证装置在较长时间内可以正常工作。

[0053] 按照本发明提供的低频无线双向透地通讯方法，在信号传输模式下，声音输入模块1中的麦克风接收外界的语音信息，通过第一放大器11和第一振幅限幅器12对语音信息进行放大、滤波和降噪处理，在第一振幅限幅器12内置一带通滤波器，所述第一放大器11、带通滤波器和电平位移器14将正、负波信号加以处理，使之全部成为正波，所述的带通滤波器采用500-2000赫兹的带通滤波器，得到预设振幅的信号，输出至信号处理模块；

[0054] 信号处理模块3对信号进行采样、量化为数字信号储存在信号存储装置中，数字信号通过升降频控制单元17以低于预设采样速率的读取速率将信号存储装置中的数字信号读取出来，生成后续用于传输的模拟信号；

[0055] 信号输出模块5中的信号发射装置，例如发射天线，接收经信号处理模块3处理后的模拟信号导向至调制器或滤波器以提供有声信号，确定信息正在传输。

[0056] 按照本发明提供的低频无线双向透地通讯方法，在信号接收模式下，信号输入模块1中的接收天线通过电磁感应接收外界模拟信号，通过放大器和振幅限幅器对模拟信号进行放大、滤波和降噪处理，得到预设振幅的信号，输出至信号处理模块；

[0057] 信号处理模块3中的模拟-数字转换器15和电平位移器14对所述得到的信号进行采样、量化为数字信号储存在信号存储装置中，数字信号通过升降频控制单元17以高于预设采样速率的读取速率将信号存储装置中的数字信号读取出来，生成后续用于传输的模拟信号；

[0058] 声音输出模块2中的声音播放器，例如扬声器，接收模拟信号通过放大器进行放大后播放出来以提供有声信号，确定信息正在传输。