一种数字无线对讲机的设计
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作者:陈宏宇 赵娟
摘 要：随着人们对生活水平的提高，要求工作效率越来越高，利用无线对讲机對无疑可满足工作需求，能够实现实时互通信息、命令传达、任务完成等功能。无线对讲机是一种专业的无线通信工具，能够有效地利用频谱资源，提升频谱利用率，解决通信拥堵问题，提升通话质量。该文设计的无线对讲机主要是利用Lora无线通信技术实现超低功耗和远距离传输，在同功耗下比传统无线射频通信距离扩大3～5倍，成本低，适合现代生活的需求。
关键词：无线对讲 Lora无线通信技术 数传模块
随着通信技术的发展，无线通信技术已经在通信中占据主导地位。作为将人们交流通信便利化的工具，对讲机已经应用于诸多国民经济领域，已经成为促进各个产业发展的重要通信工具。无线电对讲机作为一种方便快捷的无线通信工具，既能满足人们生活需要成本又低廉，能够即时通信，无需通信费用，还具有系统呼叫、组呼通播和机密呼叫等功能，能够非常灵活地应对突发事件，有调动或指挥工作。目前数字无线对讲机采用特定的数字编码将语音信号转换为数字信号，并利用基带传输实现通信，从而提高语音质量。
1 系统总体框图设计
该系统主要包括数模转换模块、滤波模块、放大模块、控制模块、语音模块、显示模块、远距离无线传输模块、模数转换模块几部分组成。系统整体框图设计如图1所示。
（1）发送部分。声音信号经过前级放大，不失真的放大音频信号的电压，通过带通滤波器处理后，滤除了部分噪声，在再经过AD模数转换将模拟信号转换为数字信号传给STM32单片机，音频相关的信息可以由OLED显示屏显示出来。
（2）接收部分。通过Lora模块接受信号，将接受到的信号传输到单片机处理器，信号处理后经过DAC将数字信号转换为模拟信号，再经带通滤波器滤除噪声，经功率放大器输出到喇叭。
2 系统硬件设计
系统硬件设计包括数模转换电路、滤波电路、功率放大电路、前级运放电路、STM32控制电路、语音电路、远距离无线LORA传输电路、模数转换电路、语音电路和显示电路等的设计。
为简化电路设计，采用集成运算放大器，选择NE5532，虽然其功耗较大，但是其转换速率和单位增益带宽增益比较优秀;模数转换电路要求将获得的语音信号进行转化，再将其输入到STM32单片机，故被该设计采用ADC0809，其转换时间为100μs，小于接收数据的周期125μs;数模转换电路对于数据的接收采用并行接收，要求较高的速率，由于DAC0832采样量化时间仅1μs，故被本设计采用;功率放大电路是在大信号激励下输出足够大的信号电压U和信号电流I，使功率P=UI接近极限的装置，考虑到该次设计的对讲机为方便携带必须采用电池供电，而输出功率不高，仅为0.5W，所以采用OTL电路（推挽式无输出变压器功率放大电路）;带通滤波电路要求滤除频率为20Hz～20kHz之外的信号，目的是保证人耳听觉频率范围。通过将低通滤波器和高通滤波器进行串联，并且让低通滤波器的通带截止频率fp2大于高通滤波器的通带截止频率fp1，控制频带在fp1<f<fp2范围内信号的采集，滤除无用的干扰信号，保障音频信号的传输。远距离无线传输电路采用E32无线模块作为Lora模块，结合了扩频、信号处理和前向纠错编码等多种技术实现远距离无线传的目的;控制电路采用STM32芯片作为主控电路;显示电路采用OLED显示模块，使用SPI通信方式控制OLED模块，与单片机连接。
3 系统软件设计
系统软件设计包括流程图设计、软件程序编写和Lora模块配置。系统流程图如图2所示。
配置前先针对Lora的收发测试：选取两个Lora模块组件，通过串口往模块A发送一个5字节的数据包，模块将数据包发送到接收模块B上;模块B收到这个5字节的数据包，再将此数据包发送到测试板上;当检测到串口接收到5字节的数据包后，测试板上的LED D2闪烁一次。之后进行软件程序配置。
针对Lora模块的模式切换：用户可以将M0、M1进行高低电平组合，确定模块工作模式。通过使用MCU的两个GPIO来控制模式切换。当改变M0、M1后，模块空闲，1ms后，即可按照新的模式开始工作。如果模块具有未通过无线传输来传输的串行端口数据，则可以在启动完成后进入新的工作模式;如果模块接收无线数据并通过串行端口发送数据，则需要发送完之后才能进入新的工作模式。所以模式切换只能在AUX输出1的时候有效，否则会延迟切换。
对于OLED模块的软件设计，首先进行OLED初始化，片选信号初始化，初始化SPI，设置时钟模式为高速模式，之后对OLED写数据，通过硬件SPI发送数据，写入数据，写入命令。期间需要对SSD1306进行初始化，保证OLED能够被SSD1306有效驱动。对单片机外部中断初始化，开启GPIO时钟，设置外部中断的模式，设置NVIC参数。
4 结语
该文主要从系统设计方案、系统硬件电路设计、系统软件设计3个部分对数字无线对讲机展开设计，为了保证无线数据传输的有效性和可靠性，采用了远距离无线传输技术Lora，是的该对讲机能够实现远距离通信。
参考文献
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