WiFi控制的無線音樂播放系統設計

邱文江，黃友文

（江西理工大學 信息工程學院，贛州 341000）

邱文江（碩士研究生），研究方向為嵌入式系統；黃友文（研究生導師），研究方向為視頻壓縮編碼、SoC設計系統、嵌入式系統。

引 言

目前市場上音樂播放器款式多樣，能實現很豐富的功能，外觀設計也更美觀，更能滿足用戶的需要。但是，現有的音樂播放系統大多采用鍵盤、觸摸平板等設備對音樂播放系統進行控制，使用此種控制終端只能進行本地控制，不能實現遠程控制，造成控制方式不夠方便、快捷。現代人對生活品質要求越來越高，要求音樂播放系統的操作越來越簡單化、智能化［1］。

本設計基于已經發展成熟的WiFi無線網絡，充分利用WiFi覆蓋范圍廣、傳輸速度快、抗干擾能力強等優點。Android具有開源性、封裝性、性價比高等優點，基于Android系統開發的客戶端軟件移植性強，通用性高。采用手機作為控制終端，便于操作。手機通過無線網絡（WiFi）對音樂播放系統進行控制，可以實現方便、快捷、智能化的要求。

1 系統設計

采用STM32F103作為微控制器有很多優勢，STM32F系列屬于中等容量增強型，是32位基于ARM核心的帶64或者128KB閃存的微控制器，在市場上是性價比很高的產品。本設計主要有控制模塊、WiFi無線模塊、音頻解碼模塊VS1003B、SD卡，其系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

工作流程：點擊智能手機客戶端軟件上的播放按鈕，通過WiFi模塊接收到命令后，STM32F103讀取SD卡中的MP3音樂文件，然后將讀取的數據通過SPI傳輸到音頻解碼芯片VS1003B，經過解碼轉換后發送到耳機聽筒，實現播放音樂功能；點擊暫停按鈕，STM32F103停止讀取SD卡里的MP3音樂文件數據，這樣就能實現停止播放音樂功能；點擊其他按鈕，也能實現相應的功能。

本設計主要特點如下：

①在開放的Android系統控制終端設計的基礎上，使用支持組件的重用和替換應用程序框架。使用交互式圖形界面清晰美觀，操作控制簡單，設計出來的產品經過用戶體驗反映非常好［2］。

② 本設計摒除了傳統音樂播放系統對專用控制按鍵的依賴，通過用戶的手機就能實現對音樂播放器播放、暫停等的控制，大大方便了用戶的操作。這樣設計出來的音樂播放系統不僅具有一般音樂播放器的功能，而且具有將控制端和硬件部分分離的優勢，實現了對音樂播放系統的遠距離控制。

2 硬件電路設計

2.1 音頻解碼模塊

VS1003B是一個單片MP3／WMA／MIDI音頻解碼器和ADPCM解碼器。它包含一個高性能、自主產權的低功耗的DSP處理器核VS＿DSP4，工作數據存儲器為用戶應用提供5KB的指令ROM和0.5KB的數據RAM。其還具有串行的控制和數據接口、1個高品質可變采樣率的ADC和立體聲DAC、4個常規用途的I／O 口、1個UART，以及1個地線緩沖器和耳機放大器［3］。

STM32F103將從SD卡里讀取的MP3音頻數據流傳給音頻解碼模塊，音頻解碼模塊將該數據流解析并轉換成模擬信號后再進行輸出。VS1003B與STM32F103的數據通信是通過J2排針上的SPI總線方式進行的。音頻解碼模塊電路的原理圖如圖2所示。

圖2 音頻模塊解碼電路圖

2.2 SD卡接口模塊

SD卡是最為通用的數據存儲卡，具有價格低、存儲容量大、使用方便、通用性與安全性強等優點，因此 MP3、MP4、MP5、Pad和數碼相機等設備上的存儲卡均為SD卡。SD卡支持的總線模式為SD模式和SPI模式［4］，本設計中采用SPI模式。圖3為SD卡模塊（J10排針上的SPI模式）的接口電路。

圖3 SD卡模塊圖

2.3 WiFi無線模塊

WiFi（Wireless Fidelity，無線保真技術）的最大優點是傳輸速度較高，而且能自動調整帶寬，可以有效地保障網絡的穩定性和可靠性。該設計采用的 WM－G－MR－08模塊不僅具有WiFi的功能，而且能提供小尺寸和高數據速率的無線連接，可應用于無線PDA、DSC、媒體適配器、微型打印機、條碼掃描器、VOIP電話等。數據存儲裝置是該 WM－G－MR－08潛在的應用，在嵌入式上的應用主要集中在移動裝置方面。在設計中，WM－G－MR－08模塊通過開發板上的J1排針的SPI引腳與主控芯片通信，ANT1SMACON為無線網卡，其原理圖如圖4所示。

圖4 WM－G－MR－08模塊圖

3 嵌入式軟件設計

設計采用RealView MDK開發套件作為軟件開發平臺，嵌入式軟件采用C語言編寫，操作系統采用μC／OS－II。μC／OS－II是用C語言和匯編語言編寫的，結構簡潔精練，可讀性很強，同時又具備實時操作系統的大部分功能，并且通過適當的擴展之后，可被廣泛用于多種應用場合［5］。

系統啟動后，先初始化STM32F103，然后初始化SD卡、音頻解碼模塊、WiFi無線模塊，最后是μC／OS－II系統初始化。當WiFi指令判斷為播放指令時，由微控制器將SD卡的一些基本信息送到FAT文件系統接口處進行讀取，獲取SD卡的容量、FAT表及根目錄所在的起始扇區。通過這些信息就可以判斷出SD卡是否存儲有音頻解碼模塊可以解碼并播放的音樂文件。若有該音樂文件，控制器將通過SPI總線方式讀出該文件的音頻信息，并將音頻的數據流信息送入到音頻解碼模塊中，由VS1003B芯片解碼后，再通過內含的高質量的立體DAC和耳機驅動電路，就可以實現音樂的播放。程序流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

4 手機客戶端軟件設計

手機客戶端軟件開發用到的開發工具包括Eclipse、JDK、ADT和Android SDK。開發環境搭建過程如下：首先安裝JDK，再分別解壓Eclipse和Android SDK，接著為Eclipse安裝ADT插件，最后配置Android SDK，最終搭建好 Android開發環境［6］。

針對客戶端軟件，采用ImageView＋TestView進行UI設計，選擇合適的圖片作為背景并添加ButtonStart、Button－Stop、ButtonOff等功能按鈕，實現對音樂播放系統的播放、暫停、關閉等控制。設計好UI界面后，通過為各個按鈕添加setOnClickListener事件響應用戶操作。根據命令按鈕的不同，在響應函數中通過網絡向子機節點發送不同的命令實現相應的控制功能。

結 語

本設計是在ARM7平臺上構建WiFi，成本優勢明顯。采用當前較新的控制方式——智能手機軟件控制＋無線網絡，不僅能充分利用WiFi的傳輸速度快、覆蓋范圍廣等優勢，而且基于Android的平臺建設成本低、使用方便。同時，這種方式采用的手機軟件具有通用性，市場應用價值高，易于推廣，能為用戶提供優質、方便快捷的音樂播放服務。

［1］楊心懷，周潔.便攜式 MP3播放器的設計［J］.電子技術應用，2003（2）：21－25.

［2］王朝華，童懷，陳德艷，等.基于Android的智能家居系統的研究與實現［J］.計算機技術與發展，2012（6）：225－228.

［3］洪家平.基于VS1003解碼器的MP3播放器設計［J］.單片機與嵌入式系統應用，2010（11）.

［4］高美珍.基于嵌入式系統的 MP3播放器設計［J］.湖北師范學院學報：自然科學版，2010（12）.

［5］任哲.嵌入式實時操作系統μC／OS－II原理及應用［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2005：227－240.

［6］耿東久，索岳，陳渝，等.基于Android手機遠程訪問和控制系統［J］.計算機應用，2011（2）：3－559.