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基于STM32单片机的无线话筒扩音系统设计.pdf
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2019-09-15
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本文设计了模拟调频信号发射电路,将输入音频信号放大后与STM32 单片机控制的ADF4002 锁相环产生的本振信号输入三极管调频电路直接调频,产生FM 信号输出至高频功放通过SMA 射频接头连接的天线发射。同时由单片机控制FM 接收模块检测所在位置的无线信道占用情况,完成信道占用检测并规避被占用信道,以免发生冲突。
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I
nternet Technology
互联网 + 技术
一、引言
随着现代通信、教育、传媒行业的发展,越来越多的场
合,例如教室、舞台、展览馆等公众场合需要使用便携式的
无线话筒,以实现短距离、一对多通信的功能。无线话筒具
有短距离传声、扩音功能,因此在现代的室内外广播、短距
离无线通信等行业中,有着广泛的应用。随着无线通信技术
和微电子技术的不断发展,无线话筒的设计原理和实现方案
也不断改进。
由于无线话筒主要功能为实现语音信号的传输和放大,
因此无线话筒需要具有较好的信号传输能力和放大能力。本
文介绍了一种基于 STM32 单片机的低功耗、轻材质、高性
能的无线话筒扩音系统的设计。
二、设计要求及技术指标
设计一个短距离无线话筒扩音系统,用于会场、教室等
公共场合实现扩音。
1. 无线话筒调频方式采用模拟调频,调频信号的载波
频率范围是 88MHz~108MHz,音频信号带宽为 300 Hz~10
kHz,天线长度小于 0.3 米。可以使用普通调频广播收音机
接收无线话筒信号,接收端听到的音频信号应无明显失真。
2. 无线话筒载波频率可以在 88MHz~108MHz 间任意设
定,频道频率间隔 100kHz。
3. 无线话筒在开机时,可以自动检测工作频段的无线信
道占用情况,如果发现存在其他电台干扰,可以通过自动选
择载波频率规避干扰信号。响应时间小于 2 秒。
三、基本原理
无线话筒的发射机具有音频信号采集、放大以及无线传
输功能,主要由麦克风传感器、锁相环、压控振荡器、功率
放大器以及射频天线四个部分构成。本设计的无线话筒采用
VCO(压控震荡器)+PLL(锁相环)产生 FM 调频的载频信
号,锁相环采用 ADI 公司的锁相环 ADF4002,将拾音器采
集的语音信号对压控振荡器的变容二极管进行直接调制,产
生 FM 调制信号,再将调频信号送入功率放大器模块进行功
率放大,再将放大后的音频信号送入 SMA 射频天线口输出,
发射无线信号,再由相应的调频接收机进行接收。
基于 STM32 单片机的无线话筒扩音系统设计
□周远 张涵 徐子健 柏宇 南京邮电大学海外教育学院
【摘要】 本文设计了模拟调频信号发射电路,将输入音频信号放大后与 STM32 单片机控制的 ADF4002 锁相环产生的本振信号输
入三极管调频电路直接调频,产生 FM 信号输出至高频功放通过 SMA 射频接头连接的天线发射。同时由单片机控制 FM 接收模块检
测所在位置的无线信道占用情况,完成信道占用检测并规避被占用信道,以免发生冲突。
【关键词】 模拟调频 STM32 单片机 无线信道 锁相环
四、系统设计及功能原理分析
无线话筒发射机部分主要由麦克风传感器、锁相环、
压控振荡器、功率放大器以及射频天线等部分构成,输入音
频信号由麦克风传感器接收,音频信号经过放大后,与锁
相环 ADF4002 模块产生的载频信号通过三极管直接调频电
路,产生模拟调频信号。模拟调频信号经过高频功率放大器
放大后输出至天线,转变成无线调频信号输出。频率范围在
88MHz-108MHz 之间任意设定、频道频率间隔为 100KHz 的
可调本振由单片机控制锁相环模块产生。
此外,单片机还连接了一个 FM 接收模块,该模块具有
检测指定信道信噪比的功能,一旦检测到信噪比大于 5dB,
就表明该信道极有可能被占用,控制本振频率规避干扰。单
片机通过串口向模块发送指令,并接收 FM 接收模块返回的
测量到的该信道的信噪比参数。发射机部分的参数设置与显
示均通过串口屏完成。
无线话筒发射机部分系统结构框图如下图所示:
图 1 发射机部分系统结构框图
五、总结
基于 STM32L4 的无线话筒扩音系统采用嵌入式技术和
移动通信技术,针对无线话筒的实时性、便携性、耐用性,
结合 STM32L 系列单片机的低功耗特性,设计实现了具有低
功耗、高性能、轻质量等优点的无线话筒,较好地满足了课
题要求,同时具有一定的科研价值、经济价值和使用价值。
周远,男,本科生,南京邮电大学海外教育学院 2015 级学生。
参 考 文 献
[1] 侯长波 , 彭艳华 , 陈捷 . 调频发射机实验项目的设计与实践 [J]. 实验科学与技术 ,2018,16(01):86-90.
[2] 王瑾 , 袁战军 . 调频发射接收系统研究 [J]. 自动化与仪器仪表 ,2018(01):9-12.
[3] 张书源 , 许莹 , 张磊晶 . 基于 TEA5767 与 BH1415F 的数字调频收发系统 [J]. 电子技术与软件工程 ,2015(16):128-129.
单片机 串口屏
ADF4002
放大
信号输入
三极管直接
调频
高频功放
FM接收模块
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