数字式语音无线通信系统

【摘 要】本文使用nRF24L01无线收发模块，设计了一套基于STC12LE5A60S2单片机的数字式语音无线通信系统。该系统分为发射系统和接收系统。系统电路共包括4部分：麦克放大电路部分、音频放大电路部分、MCU控制部分和nRF24L01无线通信部分。本文介绍了基于STC12LE5A60S2的数字式语音无线通信系统的设计方案，详细介绍了方案中所涉及的模数转换方法和PWM数模转换方法。最终，该系统成功地实现了语音信号在数字通信系统中进行半双工通信。

【关键词】无线通信 数字通信 半双工 语音信号

1 无线语音发射子系统

1.1 子系统方案设计

无线语音发射系统的原理图如图1所示。语音信号经拾音器采集经放大、滤波送入AD，AD采集信号使用STC12LE5A60S2内部集成AD模块，MCU对AD和无线发射模块进行配置，最后，无线发射模块将语音信号发射到无线信道。

1.2 硬件部分设计

拾音器使用压控麦克，信号经麦克采集后再经9014三极管放大电路放大。为了获得较为清晰的语音，保证高频谐波或者低频杂波能够被滤除掉。带通滤波器通频带设定为人类语音信号带宽300Hz―3.4kHz。带通信号经9014放大电路放大后传给单片机内部AD模块。

MIC放大电路见图2所示，MCU控制部分如图3所示，nRF24L01模块电路如图4所示。

1.3 软件部分设计

MCU对内部AD进行配置，并控制nRF24L01模块进行数据发送。

部分程序参看如下：

#include

#include

#include "ad.h"

#include "nrf24l01p.h"

#include "pwm.h"

main（）

{

init_nrf24l01_io（）；//初始化nRF14L01

transmit_mode_init（）；//配置发送模式

Init_ADC（）；//初始化ADC

while（1）

{

if（send_flag==1）

{

send_data（txData）；//发送ADC采集到的数据

send_flag=0；//清除标志位

}

}

}

MCU首先对nRF24L01进行初始化设置，写发送端与接收端地址，设置通信通道，设置自动重发时间和次数，设置数据长度等，配置nRF24L01为发送模式；初始化MCU片内ADC，设置采样频率为8KHz。全部初始化完成之后，进入循环发送模式，等待ADC采集数据，采集完成之后将数据传给nRF24L01发送出去。

2 无线语音接收子系统

2.1 子系统设计方案

无线语音接收子系统框图如图5所示。无线接收模块接收到信号后，将信号送入单片机，单片机将数字语音信号输出PWM波，PWM波经过低通滤波器滤波后转换成模拟语音信号，模拟语音信号经过LM386音频放大模块放大后输入到扬声器，扬声器将电信号转换成声音信号。

2.2 硬件部分设计

单片机输出为PWM波，PWM波滤波输出实现D/A转换，音频放大器用LM386芯片，最后输出给扬声器，将电信号转换为声音信号。电路图如图6所示。

2.3 软件部分设计

MCU将数字信号以PWM波的形式发出给后续电路处理。

部分程序参看如下：

#include

#include

#include "ad.h"

#include "nrf24l01p.h"

#include "pwm.h"

main（）

{

init_nrf24l01_io（）；//初始化nRF14L01

receive_mode_init（）；//配置接收模式

PWM_Init（）；//初始化PWM波发生器

while（1）

{

if（recieve_flag==1）

{

recieve_data（rxData）；//接收数据给PWM波发生器

recieve_flag=0；//清除标志位

}

}

}

//pwm.h中PWM_Init（）部分

void PWM_Init（void）

{

P1M1 &=0xF7；

P1M0 |=0x08；

CMOD=0x02；

AUXR |=0x80；

TMOD &=0xF0；

TMOD |=0x02；

TL0=0xf5；

TH0=0xf5；

TR0=1；

CL=0x00；

CH=0x00；

PCA_PWM0=0x00；

PCA_PWM1=0x00；

CCAP0L=0xFE；

CCAP0H=0xFE；

CCAPM0=0x42；

CR=1；

}

程序首先对nRF24L01进行初始化，初始化的各项参数同发送部分，配置接收端的nRF24L01为接收模式，使两个nRF24L01可以配对使用。之后对MCU片内的PWM产生模块进行初始化，使其可以根据输入的数据输出频率和占空比可变的PWM波。最后进入循环等待接收模式，当检测到数据到来时，接收数据并将数据传送给PWM波产生模块，输出PWM波。

3 结语

本文使用nRF24L01无线收发模块完成了半双工模式的数字式语音无线通信系统，并成功实现了数字对讲功能，通话清晰，传达语音信息可成功辨别且低噪声，通信距离空旷条件下可达到100m。该设计最终可用外部电池供电方便携带，可手持通信。

参考文献

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