關于教學用擴音器的改進

韋曉迪 周棚 周磊 陳世強

【摘要】教學用擴音器存在攜帶不方便、耗電量高和續航能力弱等缺點，為了解決這一問題，制定了一個教學用擴音器的改進的方案。本項目使用STM32C8T6單片機芯片作為整個裝置的控制主體，輔助芯片NRF24L01控制無線模塊對無線話筒的調制頻率。改進教學用擴音器更加方便教師教學時使用麥克風和電子教鞭，提高教學質量，活躍課堂氣氛，提高學生的學習興趣。

【關鍵詞】STM32C8T6單片機；NRF24L01芯片；USB教學質量

引言

教師上課時使用教室電腦麥克風，它的使用范圍有限，不能很好的和學生互動，不利于提高課堂的學習氛圍和學生的學習興趣，基于以上情況，對教學用擴音器進行改進，使之更加好的與教室音響結合使用，利用低功耗單片機控制，節約能源，提高裝置的使用壽命，攜帶更加方便，教學性更加實用，功能性更加強大，能提高課堂氣氛，增強學生學習興趣，便于教師教學。

一、項目結構設計

本裝置由STM32C8T6單片機、NRF24L01芯片無線發射、電子教鞭、麥克風等模塊組成。

二、系統整體設計

1.整體概要

項目旨在對教室擴音系統與教學用擴音器的改進并將教師的電子教鞭集成，通過電腦USB口將電子教鞭的信息與音頻信號送給電腦CPU進行處理，最終將教師的聲音無線傳送至教室揚聲器，教師通過隨身攜帶的無線話筒采集聲音，聲音通過拾音頭 變成微弱的電信號，該信號通過前置放大電路進行信號的放大，放大信號通過一定頻率的電磁波 進行發射，，即調制的過程，信號的接收端即為電腦的USB口，接收端有一個解調器，即將發送過來的聲音信號進行解調，轉化成數字信號 送給USB，配合一定的上位機軟件，最終將聲音信號送至揚聲器，老師的電子教鞭用到的主控芯片為STM32C8T6，該芯片體積小，采用3.3V供電，低功耗，其硬件看門狗可以讓芯片在出現故障時自動重啟，且電源備份區可以讓系統在斷電之后仍能保存一些重要的數據，主控芯片通過控制無線模塊NRF24L01對無線話筒的調制頻率進行選擇 ，使各個教室間的信號不會受到干擾，同時它控制NRF24L01 向USB接收端發送放映PPT 一系列的指令，USB將接收的指令送至電腦CPU，進而進行PPT的各種操作，整個系統有教師的手持設備端，電腦USB接收端，揚聲器端。

2.模塊設計

1）NRF24L01是單片射頻收發芯片，工作于2.4～2.5GHzISM頻段。工作電壓為1.9～3.6V，有多達125個頻道可供選擇。可通過SPI寫入數據，最高可達10Mb/s，數據傳輸率最快可達2Mb/s，并且有自動應答和自動再發射功能。和上一代nRF2401相比，nRF2401數據傳輸率更快，數據寫入速度更高，內嵌的功能更完備。芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，并融進了增強式ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以-6dBm的功率發射時，工作電流只有9mA，接收時工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節能設計更方便。

2）顯示器件采用的是OLED，驅動芯片是SSD1306，其可視角度大，它與傳統的顯示屏的最大的不同就是不需要背光，能夠顯著節省電能，且其體積小，由于不需要背光，對比度非常高，便于查看顯示信息，這些優點都非常適合于本項目的顯示裝置，采用IIC通信方式，只需要5個IO口 ，大大節省了單片機的IO口資源

3）音頻前置放大采用的是NE5532模塊，它具有更好的噪聲性能，優良的輸出驅動能力及相當高的小信號帶寬，電源電壓范圍大等特點，用作音頻放大時音色溫暖，保真度高，在上世紀九十年代初的音響界被發燒友們譽為“運放之皇”，且該模塊成本低，有相當高的性價比，非常適合用于教室的擴音系統 。

3.軟件設計

軟件設計包括手持設備與上位機的程序兩部分。手持設備端的軟件主要是完成PPT的指令讀取并發送和載波頻率的調整，手持設備不斷地輪詢上位機軟件則負責接收數據并且進行數據處理，進而送給相應的外設。

三、總結

根據本文闡述的方案所改進的教學用擴音器，利用USB編程系統利用范圍更加廣泛，利用單片機控制后功能變得多樣化，該裝置在教學方面的實用性更加強大，該裝置完成性非常高。

參考文獻

[1]正點原子.《原子教你玩STM32》.北京航空航天大學出版社.

[2]周立功等，編著.《PDIUSBD12+USB固件編程與驅動開發》.北京航空航天大學出版社.

[3]《SolidWorks2005中文版基礎及應用教程》何煜琛等，編著；；電子工業出版社.

本文為湖北民族學院2013年大學生科研訓練計劃資助項目《關于教學用擴音器的改進》的成果（項目編號：2013Z005）。