Одним из важных интерфейсов на мобильных устройствах и планшетных компьютерах является разъём для наушников/микрофона. Однако не стоит думать, что он предназначен только для колонок-наушников-микрофона – его можно использовать в том числе для передачи данных. Об этом сегодня и поговорим.
Альтернативные способы использования звукового разъёма для подключения сторонних устройств постоянно обновляются. Периферийные устройства, например, глюкометр iHealth Lab (определяющий уровень сахара в крови), Irdroid – ИК-пульт для дистанционного управления телевизором, приставками и звуковыми компонентами и Flojack – устройство чтения NFC (организующее радиосвязь между находящимися рядом мобильными устройствами) – всё это стало возможным благодаря наличию звукового разъёма.
Поскольку рынок мобильных и периферийных устройств имеет большое число потенциальных клиентов, я считаю, что разъём для наушников будет основным портом для передачи информации в скором времени. В этой статье я подробнее расскажу о данной функции.
Интерфейс звукового разъёма имеет два стандарта: OMTP и CTIA. OMTP – это международный стандарт; ATIS – Американский стандарт, используемый в таких устройствах как Apple iPhone и iPad. Они отличаются V-микрофоном, а также расположением заземления; отличия показаны ниже:
OMTP и CTIA
Когда мы отправляем 0x00FF данных, первый шаг – это преобразование цифровых данных в аналоговые. Поэтому нужно модулировать значение данных. Как правило, для этого используется синусоидальный носитель волн для аналогового сигнала.
FSK-модуляция сигнала
Второй шаг в устройствах Android – обращение к audioTrack API – функции, используемой для проигрывания. Следующий код отправляет данные в буфер, используя для этого функцию audioTrack.
В приёмнике необходимо перевести аналоговый сигнал в значение данных, демодулировать сигнал, чтобы удалить входящий сигнал, и декодировать данные в соответствии с протоколом. Протокол может быть в формате общедоступных данных или частных.
Демодуляция сигнала
В системах с ОС Android мы используем функцию audioRecord API записи звука:
Очевидно, что для накопления на цепи питания для периферийных устройств требуется определённая мощность. Например, L-канал передаёт данные. R-канал отправляет устойчивый квадрат или синус сигнала. Эти сигналы могут быть преобразованы MCU (блок контроллеров Micro) и несколькими датчиками.
Androlirc – это проект на базе Github. Его функции можно использовать для отправки в приложение инфракрасного интерфейса звукового разъёма. Можно изучить этот проект для понимания процесса обмена данными через звуковой разъём. Androlirc использует LIRC-библиотеку для создания записи в буфере данных. Данная библиотека является ИК-библиотекой под Linux, которая поддерживает несколько типов интерфейсов, например USB, звуковой разъём и т.д. Androlirc позволяет использовать библиотеку LIRC для накопления данных. На рынке вы можете найти множество инфракрасных кодирующих типов, таких как протоколы RC-5 и RC-6. В приведённом примере мы используем протокол RC-5 для управления телевизором. Во-первых, мы должны модулировать значение данных с использованием 38k синусоидальныого сигнала, чтобы генерировать данные буфера. Затем мы используем Android audio API для воспроизведения звука из буфера данных. В то же время мы используем один из двух каналов для воспроизведения синуса или квадратного сигнала питания на оборудовании периферийных устройств.
Новое решение от NXP Semiconductors, Quick-Jack – устройство на базе прототипа под названием Hijack. Hijack – это проект студентов университета Мичиган. Платформа Hijack позволяет создавать новый класс компактных, дешёвых, ориентированных на телефон датчиков периферийных устройств с поддержкой операций plug-and-play. Можно использовать платы NXP Quick-Jack для создания прототипа.
Ниже показан смартфон, отображающий температуру внутри помещения с помощью температурного датчика на базе аудиоразъёма. Через него же осуществляется управление светодиодным индикатором периферийных устройств с помощью приложения на базе ОС Android.
Значение температуры, полученное с помощью Quick-Jack; через него же осуществляется управление светодиодным индикатором
Носимые устройства с возможностью подключения периферии всё чаще появляются на потребительском рынке. Звуковой разъём как функция для передачи данных используется ODM-производителями всё активнее. Возможно, в будущем функция передачи данных через этот разъём будет поддерживаться мобильными ОС по умолчанию.
Лианг Ли получил степень магистра в области изучения сигналов и обработки данных в технологическом университете Changchun. Он пришел в корпорацию Intel в 2013 г. как Android-инженер в китайском подразделении. Сейчас он занимается созданием функций, которые бы позволили Android получить конкурентные преимущества (например, отображение нескольких окон приложений одновременно и прочее).
Альтернативные способы использования звукового разъёма для подключения сторонних устройств постоянно обновляются. Периферийные устройства, например, глюкометр iHealth Lab (определяющий уровень сахара в крови), Irdroid – ИК-пульт для дистанционного управления телевизором, приставками и звуковыми компонентами и Flojack – устройство чтения NFC (организующее радиосвязь между находящимися рядом мобильными устройствами) – всё это стало возможным благодаря наличию звукового разъёма.
Поскольку рынок мобильных и периферийных устройств имеет большое число потенциальных клиентов, я считаю, что разъём для наушников будет основным портом для передачи информации в скором времени. В этой статье я подробнее расскажу о данной функции.
Введение
Интерфейс звукового разъёма имеет два стандарта: OMTP и CTIA. OMTP – это международный стандарт; ATIS – Американский стандарт, используемый в таких устройствах как Apple iPhone и iPad. Они отличаются V-микрофоном, а также расположением заземления; отличия показаны ниже:
OMTP и CTIA
Как передаются данные
Когда мы отправляем 0x00FF данных, первый шаг – это преобразование цифровых данных в аналоговые. Поэтому нужно модулировать значение данных. Как правило, для этого используется синусоидальный носитель волн для аналогового сигнала.
FSK-модуляция сигнала
Второй шаг в устройствах Android – обращение к audioTrack API – функции, используемой для проигрывания. Следующий код отправляет данные в буфер, используя для этого функцию audioTrack.
public void send(byte[] bytes_pkg) {
int bufsize = AudioTrack.getMinBufferSize(8000,
AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO,
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);
AudioTrack trackplayer = new AudioTrack(AudioManager.STREAM_MUSIC,
8000, AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO,
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, bufsize,
AudioTrack.MODE_STREAM);
trackplayer.play();
trackplayer.write(bytes_pkg, 0, bytes_pkg.length);
}Получение данных
В приёмнике необходимо перевести аналоговый сигнал в значение данных, демодулировать сигнал, чтобы удалить входящий сигнал, и декодировать данные в соответствии с протоколом. Протокол может быть в формате общедоступных данных или частных.
Демодуляция сигнала
В системах с ОС Android мы используем функцию audioRecord API записи звука:
public void receive(){
int minBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(AUDIO_SAMPLE_FREQ, 2,
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);
AudioRecord ar = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC,
AUDIO_SAMPLE_FREQ, AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO,
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, minBufferSize);
ar.startRecording();
}Как извлечь энергию звуковых сигналов
Очевидно, что для накопления на цепи питания для периферийных устройств требуется определённая мощность. Например, L-канал передаёт данные. R-канал отправляет устойчивый квадрат или синус сигнала. Эти сигналы могут быть преобразованы MCU (блок контроллеров Micro) и несколькими датчиками.
История успеха: ИК периферийные устройства
Androlirc – это проект на базе Github. Его функции можно использовать для отправки в приложение инфракрасного интерфейса звукового разъёма. Можно изучить этот проект для понимания процесса обмена данными через звуковой разъём. Androlirc использует LIRC-библиотеку для создания записи в буфере данных. Данная библиотека является ИК-библиотекой под Linux, которая поддерживает несколько типов интерфейсов, например USB, звуковой разъём и т.д. Androlirc позволяет использовать библиотеку LIRC для накопления данных. На рынке вы можете найти множество инфракрасных кодирующих типов, таких как протоколы RC-5 и RC-6. В приведённом примере мы используем протокол RC-5 для управления телевизором. Во-первых, мы должны модулировать значение данных с использованием 38k синусоидальныого сигнала, чтобы генерировать данные буфера. Затем мы используем Android audio API для воспроизведения звука из буфера данных. В то же время мы используем один из двух каналов для воспроизведения синуса или квадратного сигнала питания на оборудовании периферийных устройств.
История успеха: звуковой разъём для разработчиков
Новое решение от NXP Semiconductors, Quick-Jack – устройство на базе прототипа под названием Hijack. Hijack – это проект студентов университета Мичиган. Платформа Hijack позволяет создавать новый класс компактных, дешёвых, ориентированных на телефон датчиков периферийных устройств с поддержкой операций plug-and-play. Можно использовать платы NXP Quick-Jack для создания прототипа.
Ниже показан смартфон, отображающий температуру внутри помещения с помощью температурного датчика на базе аудиоразъёма. Через него же осуществляется управление светодиодным индикатором периферийных устройств с помощью приложения на базе ОС Android.
Значение температуры, полученное с помощью Quick-Jack; через него же осуществляется управление светодиодным индикатором
Сводная информация
Носимые устройства с возможностью подключения периферии всё чаще появляются на потребительском рынке. Звуковой разъём как функция для передачи данных используется ODM-производителями всё активнее. Возможно, в будущем функция передачи данных через этот разъём будет поддерживаться мобильными ОС по умолчанию.
Об авторе
Лианг Ли получил степень магистра в области изучения сигналов и обработки данных в технологическом университете Changchun. Он пришел в корпорацию Intel в 2013 г. как Android-инженер в китайском подразделении. Сейчас он занимается созданием функций, которые бы позволили Android получить конкурентные преимущества (например, отображение нескольких окон приложений одновременно и прочее).
