一種數字無線對講機的設計

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，利用無線對講機對無疑可滿足工作需求，能夠實現實時互通信息、命令傳達、任務完成等功能。無線對講機是一種專業的無線通信工具，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，提升通話質量。該文設計的無線對講機主要是利用Lora無線通信技術實現超低功耗和遠距離傳輸，在同功耗下比傳統無線射頻通信距離擴大3～5倍，成本低，適合現代生活的需求。

關鍵詞：無線對講? Lora無線通信技術? 數傳模塊

隨著通信技術的發展，無線通信技術已經在通信中占據主導地位。作為將人們交流通信便利化的工具，對講機已經應用于諸多國民經濟領域，已經成為促進各個產業發展的重要通信工具。無線電對講機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，能夠即時通信，無需通信費用，還具有系統呼叫、組呼通播和機密呼叫等功能，能夠非常靈活地應對突發事件，有調動或指揮工作。目前數字無線對講機采用特定的數字編碼將語音信號轉換為數字信號，并利用基帶傳輸實現通信，從而提高語音質量。

1? 系統總體框圖設計

該系統主要包括數模轉換模塊、濾波模塊、放大模塊、控制模塊、語音模塊、顯示模塊、遠距離無線傳輸模塊、模數轉換模塊幾部分組成。系統整體框圖設計如圖1所示。

（1）發送部分。聲音信號經過前級放大，不失真的放大音頻信號的電壓，通過帶通濾波器處理后，濾除了部分噪聲，在再經過AD模數轉換將模擬信號轉換為數字信號傳給STM32單片機，音頻相關的信息可以由OLED顯示屏顯示出來。

（2）接收部分。通過Lora模塊接受信號，將接受到的信號傳輸到單片機處理器，信號處理后經過DAC將數字信號轉換為模擬信號，再經帶通濾波器濾除噪聲，經功率放大器輸出到喇叭。

2? 系統硬件設計

系統硬件設計包括數模轉換電路、濾波電路、功率放大電路、前級運放電路、STM32控制電路、語音電路、遠距離無線LORA傳輸電路、模數轉換電路、語音電路和顯示電路等的設計。

為簡化電路設計，采用集成運算放大器，選擇NE5532，雖然其功耗較大，但是其轉換速率和單位增益帶寬增益比較優秀;模數轉換電路要求將獲得的語音信號進行轉化，再將其輸入到STM32單片機，故被該設計采用ADC0809，其轉換時間為100μs，小于接收數據的周期125μs;數模轉換電路對于數據的接收采用并行接收，要求較高的速率，由于DAC0832采樣量化時間僅1μs，故被本設計采用;功率放大電路是在大信號激勵下輸出足夠大的信號電壓U和信號電流I，使功率P=UI接近極限的裝置，考慮到該次設計的對講機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，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行串聯，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? 系統軟件設計

系統軟件設計包括流程圖設計、軟件程序編寫和Lora模塊配置。系統流程圖如圖2所示。

配置前先針對Lora的收發測試：選取兩個Lora模塊組件，通過串口往模塊A發送一個5字節的數據包，模塊將數據包發送到接收模塊B上;模塊B收到這個5字節的數據包，再將此數據包發送到測試板上;當檢測到串口接收到5字節的數據包后，測試板上的LED D2閃爍一次。之后進行軟件程序配置。

針對Lora模塊的模式切換：用戶可以將M0、M1進行高低電平組合，確定模塊工作模式。通過使用MCU的兩個GPIO來控制模式切換。當改變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的串行端口數據，則可以在啟動完成后進入新的工作模式;如果模塊接收無線數據并通過串行端口發送數據，則需要發送完之后才能進入新的工作模式。所以模式切換只能在AUX輸出1的時候有效，否則會延遲切換。

對于OLED模塊的軟件設計，首先進行OLED初始化，片選信號初始化，初始化SPI，設置時鐘模式為高速模式，之后對OLED寫數據，通過硬件SPI發送數據，寫入數據，寫入命令。期間需要對SSD1306進行初始化，保證OLED能夠被SSD1306有效驅動。對單片機外部中斷初始化，開啟GPIO時鐘，設置外部中斷的模式，設置NVIC參數。

4? 結語

該文主要從系統設計方案、系統硬件電路設計、系統軟件設計3個部分對數字無線對講機展開設計，為了保證無線數據傳輸的有效性和可靠性，采用了遠距離無線傳輸技術Lora，是的該對講機能夠實現遠距離通信。

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