超声波通信技术探究：源码解析与实战应用

随着科技的不断发展，无线通信技术日新月异，超声波通信作为一种短距离通信方式，逐渐引起了人们的关注。本文将深入探讨超声波通信技术，分析其源码实现，并介绍实际应用场景。

一、超声波通信原理

超声波通信，顾名思义，是利用超声波进行信息传输的一种通信方式。超声波属于声波范畴，其频率高于人耳可听范围的20kHz，具有方向性好、传输速度快、抗干扰能力强等优点。在通信过程中，发送方将信息转换为超声波信号，接收方再将超声波信号转换为原始信息。

二、超声波通信源码解析

1. 发送端源码实现

发送端主要完成信息编码、调制和解调等功能。以Python为例，发送端源码如下：

import time
import serial

def encode_data(data):
    # 编码信息，例如：使用UTF-8编码
    encoded_data = data.encode('utf-8')
    return encoded_data

def modulate(encoded_data, freq, sample_rate):
    # 调制，这里采用FSK调制
    modulated_data = []
    for i in range(len(encoded_data)):
        if encoded_data[i] & 1:
            modulated_data.append(freq + sample_rate / 2)
        else:
            modulated_data.append(freq - sample_rate / 2)
    return modulated_data

def send(modulated_data, serial_port):
    # 发送数据，通过串口发送给超声波发射器
    ser = serial.Serial(serial_port, 9600, timeout=1)
    for data in modulated_data:
        ser.write(bytes([data]))
        time.sleep(0.1)
    ser.close()

if __name__ == '__main__':
    data = '超声波通信源码'
    freq = 40kHz
    sample_rate = 8kHz
    serial_port = 'COM3'

    encoded_data = encode_data(data)
    modulated_data = modulate(encoded_data, freq, sample_rate)
    send(modulated_data, serial_port)

2. 接收端源码实现

接收端主要完成解调、信息解码和滤波等功能。以Python为例，接收端源码如下：

import time
import serial
import numpy as np

def demodulate(modulated_data, freq, sample_rate):
    # 解调，这里采用FSK调制
    demodulated_data = []
    for i in range(len(modulated_data)):
        if abs(modulated_data[i] - freq) <= sample_rate / 2:
            demodulated_data.append(1)
        else:
            demodulated_data.append(0)
    return demodulated_data

def decode(demodulated_data):
    # 解码，这里采用UTF-8解码
    decoded_data = demodulated_data.tobytes()
    return decoded_data.decode('utf-8')

def filter(decoded_data):
    # 滤波，去除连续重复的数据
    filtered_data = []
    for i in range(1, len(decoded_data)):
        if decoded_data[i] != decoded_data[i - 1]:
            filtered_data.append(decoded_data[i])
    return ''.join(filtered_data)

def receive(serial_port):
    # 接收数据，通过串口接收来自超声波接收器的数据
    ser = serial.Serial(serial_port, 9600, timeout=1)
    data = ser.readline().decode('utf-8').strip()
    ser.close()

    modulated_data = np.array(data, dtype=np.float32)
    demodulated_data = demodulate(modulated_data, 40e3, 8e3)
    decoded_data = decode(demodulated_data)