一種數(shù)字無線對講機(jī)的設(shè)計(jì)

陳宏宇 趙娟

摘? 要：隨著人們對生活水平的提高，要求工作效率越來越高，利用無線對講機(jī)對無疑可滿足工作需求，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)互通信息、命令傳達(dá)、任務(wù)完成等功能。無線對講機(jī)是一種專業(yè)的無線通信工具，能夠有效地利用頻譜資源，提升頻譜利用率，解決通信擁堵問題，提升通話質(zhì)量。該文設(shè)計(jì)的無線對講機(jī)主要是利用Lora無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低功耗和遠(yuǎn)距離傳輸，在同功耗下比傳統(tǒng)無線射頻通信距離擴(kuò)大3～5倍，成本低，適合現(xiàn)代生活的需求。

關(guān)鍵詞：無線對講? Lora無線通信技術(shù)? 數(shù)傳模塊

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信技術(shù)已經(jīng)在通信中占據(jù)主導(dǎo)地位。作為將人們交流通信便利化的工具，對講機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于諸多國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，已經(jīng)成為促進(jìn)各個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要通信工具。無線電對講機(jī)作為一種方便快捷的無線通信工具，既能滿足人們生活需要成本又低廉，能夠即時(shí)通信，無需通信費(fèi)用，還具有系統(tǒng)呼叫、組呼通播和機(jī)密呼叫等功能，能夠非常靈活地應(yīng)對突發(fā)事件，有調(diào)動(dòng)或指揮工作。目前數(shù)字無線對講機(jī)采用特定的數(shù)字編碼將語音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并利用基帶傳輸實(shí)現(xiàn)通信，從而提高語音質(zhì)量。

1? 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要包括數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、濾波模塊、放大模塊、控制模塊、語音模塊、顯示模塊、遠(yuǎn)距離無線傳輸模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊幾部分組成。系統(tǒng)整體框圖設(shè)計(jì)如圖1所示。

（1）發(fā)送部分。聲音信號(hào)經(jīng)過前級(jí)放大，不失真的放大音頻信號(hào)的電壓，通過帶通濾波器處理后，濾除了部分噪聲，在再經(jīng)過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給STM32單片機(jī)，音頻相關(guān)的信息可以由OLED顯示屏顯示出來。

（2）接收部分。通過Lora模塊接受信號(hào)，將接受到的信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)處理器，信號(hào)處理后經(jīng)過DAC將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再經(jīng)帶通濾波器濾除噪聲，經(jīng)功率放大器輸出到喇叭。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、功率放大電路、前級(jí)運(yùn)放電路、STM32控制電路、語音電路、遠(yuǎn)距離無線LORA傳輸電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、語音電路和顯示電路等的設(shè)計(jì)。

為簡化電路設(shè)計(jì)，采用集成運(yùn)算放大器，選擇NE5532，雖然其功耗較大，但是其轉(zhuǎn)換速率和單位增益帶寬增益比較優(yōu)秀;模數(shù)轉(zhuǎn)換電路要求將獲得的語音信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，再將其輸入到STM32單片機(jī)，故被該設(shè)計(jì)采用ADC0809，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs，小于接收數(shù)據(jù)的周期125μs;數(shù)模轉(zhuǎn)換電路對于數(shù)據(jù)的接收采用并行接收，要求較高的速率，由于DAC0832采樣量化時(shí)間僅1μs，故被本設(shè)計(jì)采用;功率放大電路是在大信號(hào)激勵(lì)下輸出足夠大的信號(hào)電壓U和信號(hào)電流I，使功率P=UI接近極限的裝置，考慮到該次設(shè)計(jì)的對講機(jī)為方便攜帶必須采用電池供電，而輸出功率不高，僅為0.5W，所以采用OTL電路（推挽式無輸出變壓器功率放大電路）;帶通濾波電路要求濾除頻率為20Hz～20kHz之外的信號(hào)，目的是保證人耳聽覺頻率范圍。通過將低通濾波器和高通濾波器進(jìn)行串聯(lián)，并且讓低通濾波器的通帶截止頻率fp2大于高通濾波器的通帶截止頻率fp1，控制頻帶在fp1

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括流程圖設(shè)計(jì)、軟件程序編寫和Lora模塊配置。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

配置前先針對Lora的收發(fā)測試：選取兩個(gè)Lora模塊組件，通過串口往模塊A發(fā)送一個(gè)5字節(jié)的數(shù)據(jù)包，模塊將數(shù)據(jù)包發(fā)送到接收模塊B上;模塊B收到這個(gè)5字節(jié)的數(shù)據(jù)包，再將此數(shù)據(jù)包發(fā)送到測試板上;當(dāng)檢測到串口接收到5字節(jié)的數(shù)據(jù)包后，測試板上的LED D2閃爍一次。之后進(jìn)行軟件程序配置。

針對Lora模塊的模式切換：用戶可以將M0、M1進(jìn)行高低電平組合，確定模塊工作模式。通過使用MCU的兩個(gè)GPIO來控制模式切換。當(dāng)改變M0、M1后，模塊空閑，1ms后，即可按照新的模式開始工作。如果模塊具有未通過無線傳輸來傳輸?shù)拇卸丝跀?shù)據(jù)，則可以在啟動(dòng)完成后進(jìn)入新的工作模式;如果模塊接收無線數(shù)據(jù)并通過串行端口發(fā)送數(shù)據(jù)，則需要發(fā)送完之后才能進(jìn)入新的工作模式。所以模式切換只能在AUX輸出1的時(shí)候有效，否則會(huì)延遲切換。

對于OLED模塊的軟件設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行OLED初始化，片選信號(hào)初始化，初始化SPI，設(shè)置時(shí)鐘模式為高速模式，之后對OLED寫數(shù)據(jù)，通過硬件SPI發(fā)送數(shù)據(jù)，寫入數(shù)據(jù)，寫入命令。期間需要對SSD1306進(jìn)行初始化，保證OLED能夠被SSD1306有效驅(qū)動(dòng)。對單片機(jī)外部中斷初始化，開啟GPIO時(shí)鐘，設(shè)置外部中斷的模式，設(shè)置NVIC參數(shù)。

4? 結(jié)語

該文主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3個(gè)部分對數(shù)字無線對講機(jī)展開設(shè)計(jì)，為了保證無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃裕捎昧诉h(yuǎn)距離無線傳輸技術(shù)Lora，是的該對講機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。

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