一款基于單片機自動調音的BDS耳機控制系統設計

倪婷婷 倪菁 姜云耀 邱勝海

摘 要：根據近期對行人過馬路戴耳機聽音樂的問卷調查結果，因聽音樂過馬路造成的事故呈明顯增多的趨勢，針對該現象致力于研究一款基于北斗導航系統（BDS）定位的紅綠燈路口控制系統，以STC12LE2052單片機為主控器，通過接收BDS接收機的數據，控制通過路口佩戴耳機者的音樂播放器音調，從而減少事故發生概率，提高交通安全性。

關鍵詞：BDS；STC12LE2052；智能家居；調音

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）08-0-02

0 引 言

追溯耳機歷史的發展，最原始的耳機本是用于通信的，而隨著科技的發展與進步，人們開始在家使用耳機，隨后涌現了眾多新型耳機，如AKG，Koss，Sony Walkman，Beats by Dre等，耳機逐漸成為人們生活的必需品。問卷調查結果顯示84.7%的人經常使用耳機，其中51.85%的耳機使用者選擇走在馬路上聽歌。近期，鳳凰網報道了有關男子戴耳機騎車發生交通事故的新聞，現代人對耳機的依賴已經使得發明耳機的本意變質，導致近幾年的交通事故發生率顯著上升，耳機涉及的交通安全問題日趨嚴重。

1 調音系統構成及工作原理

調音系統由北斗導航定位模塊、無線耳機模塊、外部供電模塊、單片機控制系統模塊構成。其中，北斗導航定位模塊是通過信號接收機捕獲并跟蹤衛星的信號，根據數據信號按一定的方式進行定位計算，最終得到用戶的經緯度、高度、速度和時間等信息。無線耳機采用耳麥式造型，信號接收機安裝于耳麥內，采用北斗衛星導航接收芯片進行定位，區別于現有的衛星導航裝置，其在語音提示部分由引導路線變更為僅在紅綠燈路口處語音提示。BDS運用ASIC硬件結合國產應用處理器[1]，通過BDS接收機與單片機串口連接，讀取用戶定位信息數據（包括用戶所在的經緯度、當地時間、用戶行為速度）。

當用戶到達紅綠燈及路口處，單片機通過讀取的用戶速度判斷用戶所處運動狀態，是否發出降低音頻命令。若用戶速度不為0 m/s，單片機會發出降低音頻的命令，手機內的耳機檢測電路檢測到來自耳機控制電路模塊的降低音調信號后，手機音樂播放器則降低播放音調；若用戶速度為0 m/s，單片機會發出反饋BDS警報的信息。通過紅綠燈路口，單片機通過讀取BDS數據發出反饋降低播放器音調的命令[2]。

2 調音控制系統的設計

2.1 航芯一號HX103簡介

航芯一號HX103 [3]是40 nm CMOS BDS/GPS射頻基帶一體化SoC北斗導航芯片，具有高系統整合度（SoC）、低外部組件成本（BOM cost）、超小布局面積（芯片尺寸：

5 mm×5 mm BGA）等特點。航芯一號實現了新產品對導航芯片體積小，功耗低的要求，可廣泛應用于智能手持設備、可穿戴設備、物聯網等大眾應用領域，北斗接收機系統框架如圖2所示，包括捕捉模塊、跟蹤模塊、外設模塊等[4]。

2.2 基于STC12LE2052的主控電路設計

STC12LE2052單片機是高速、低功耗的新一代兼容8051內核單片機。其共有20個引腳，15個通用I/O接口；內部集成MAX810專用復位電路；具有2路PWM/PCA（可編程計數陣列）；用戶可用程序空間為2 kB；片上集成256 B RAM；支持ISP（在系統可編程）/IPA（在應用可編程）；工作電壓范圍在2.4～3.8 V之間[5]；具有DIP/SOP/TSSOP（超小封裝

6.4 mm×6.4 mm）3種封裝形式[6]。

以STC12LE2052單片機為系統主控芯片，系統主控電路如圖2所示。單片機的P1.0接口和P1.1接口分別與BDS接收機相連，通過軟件模擬I2C總線進行兩芯片間的通信；XTAL1接口和XTAL2接口外接晶振電路；RST口外接復位電路；P1.2接口做命令輸出接口，連接到耳機控制電路模塊[7]。

2.3 耳機內部電路設計

耳機控制電路模塊電路如圖2所示。在該電路中采用國際標準的3.5 mm四段式手機耳機插頭，其共有四條引線，依次是：L左聲道、R右聲道、控制端和公共地。其中，控制端和公共地回路間并接有按鍵和麥克風，按鍵控制著手機音樂播放器的開關和來電的接聽與掛斷。同時增加了一個與按鍵并聯的三極管開關，其發射極與控制端相連，集電極與公共地相連，基極與單片機的P1.2接口相聯，由單片機控制三極管開關的開啟與關閉，從而達到代替手動控制按鍵的目的。

3 控制系統軟件設計

當衛星導航系統使用有源時間測距來定位時，用戶終端通過導航衛星向地面控制中心發出一個申請定位的信號，之后地面控制中心發出測距信號，根據信號傳輸的時間和三球交匯的原理得到用戶與兩顆衛星的距離并計算用戶空間位置[8]，當單片機接收到紅綠燈路口處的數據時，對信息的內容進行判斷，并實現自動調節音調的功能。工作流程如圖3所示，由于篇幅所限，控制代碼在此不再贅述。

4 結 語

21世紀時代，人們的生活特點更快、更廣、更便捷。耳機可以為現代人營造一個私密輕松的氛圍通過研究一款基于單片機自動調音的北斗耳機，運用單片機讀取BDS接收機數據，并發出警報或反饋信息，實現提醒用戶注意紅綠燈路口，減少交通事故的發生；同時，吸收我國現階段新進技術中國芯，保障用戶私人信息安全，積極營造健康和諧社會。

參考文獻

[1]山田宰.數字廣播技術手冊[Z].北京：科學出版社，2005.

[2]中國衛星導航系統管理辦公室.北斗衛星導航系統空間信號接口控制文件[J]. 公開服務信號B3I（1.0版），2018（2）.

[3]上海北伽導航科技有限公司[EB/OL]. [2014-11-27].http：//www.sh-bg.com.

[4]沈紅衛.單片機通信與組網技術[D].北京：電子工業出版社，2014（2）：186-227.

[5]呂高.基于STC12LE2052AD和nRF2401模塊的無線通訊設計[J].電力學報，2007，2（4）：488-490.

[6]宏晶公司[Z]. STC12LE2052AD芯片手冊.

[7]王海濱，胡德計. 一種基于單片機的可自動關閉音樂的耳機裝置[J]. 微型機與應用雜志，2014，3（6）.

[8]吳巍，吳渭，駱連合. 物聯網與泛在網通信技術[M]. 北京：電子工業出版社，2012.