【導讀】裝置兩部分組成。系統(tǒng)通信以白光為載體，從發(fā)送端到接收端的傳輸距離最高可達2m。語音信號經放大和帶通濾波后由12位A/D轉換器采樣，經過PCM編碼壓縮后與

　　

【正文】 ak。 //段落 2 case 3 : data = 64 + para_in * 4。break。 //段落 3 case 4 : data = 128 + para_in * 8。break。 //段落 4 case 5 : data = 256 + para_in * 16。break。 //段落 5 case 6 : data = 512 + para_in * 32。break。 //段落 6 case 7 : data = 1024 + para_in * 64。break。 //段落 7 default : data = 0。 } if(polar == 0)//為負 { data = (u16)(((int)data)+2047)。 } else//為正 { data = data + 2048。 } return data。 } 信道編碼與解碼 數據發(fā)送可用 STM32F103 硬件上的串口直接發(fā)送數據，不用對其進行軟件上的硬件編碼解碼。因其傳輸速率為 8KHz，則其串口采用波特率為 115200 b/s 較 合適 ,數據長度為 9位，包含 8位數據位和 1為停止位。語音信號與溫度信號實時傳輸采用時分復用方湖南理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 19 式。 如圖 ，以 255Byte 數據作為一幀，以數據 0作為起始位，緊接后面的數據分別是溫度高八位和低 八位，然后是 252Byte 的語音信號，其中語音信號編碼后為 0的數據進行軟件處理讓其為 16，其基本無影響，目的是杜絕與起始位相同導致無法判斷。用該方式傳輸數據每一字節(jié)之間 有聯系，即起始位后接收到的數據為溫度 信號 。 起 始 位 溫 度2 5 2 B y t e2 B y t e語 音1 B y t e 圖 時分復用數據 幀結構設計 發(fā)送部分發(fā) 送程序用一標志位 Flag 從 0~255 毎執(zhí)行一次就加 1， Flag=0，發(fā)送幀頭；Flag=1，發(fā)送溫度高八位； Flag=2，發(fā)送溫度第八位； Flag2，發(fā)送語音信號， 發(fā)送部分 具體 編碼程序如下： u8 Flag=0。//全局變量 ,標志位 void Code_Send(void) { u16 Ad_data。 //AD采集的數據 if(Flag=2) //發(fā)送標志位和溫度 { if(Flag == 0) Uart2_Send_Data (0)。 //發(fā)送標志位 else if(Flag == 1) Uart2_Send_Data (temperature/256)。 //發(fā)送溫度高八位 else Uart2_Send_Data (temperature%256)。 //發(fā)送溫度低八位 } else //發(fā)送語音信號 { Ad_data = Get_Adc(ADC_Channel_1)。 //讀取 AD數據 SendBuff = Pcm_Code(Ad_data)。 //編碼 while(SendBuff == 0)。 Uart2_Send_Data (SendBuff)。 //發(fā)送編碼后的數據 } Flag++。 } 接收部分的信道解碼程序用定時器控制每隔一段時間檢測是否接收到數據，若接收到數據則判斷是幀頭、溫度信號還是語音信號。若接收到語音信號，則對其解碼后 DA輸出；若接收到的是幀頭，則標記；若接收到溫度信號，則存儲并標記。接收部分具體湖南理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 20 解碼程序如下： u8 Rend[3]={0}。 //溫度數據和接收溫度數據標志位 void Decode_Rend(void) { if(Rx_Flag == 1)//接收到數據 { if(Flag == 0 amp。amp。 Rx_Buff != 0) //接收到語音信號數據 { Da_Buff = Pcm_Decode(Rx_Buff)。 //解碼 DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,Da_Buff)。 //DA輸出 } else if(Flag == 0 amp。amp。 Rx_Buff == 0) //接收到標志位 { Flag++。 //標志位自增 } else if(Flag == 1) //接收到溫度高八位 { Rend[0] = Rx_Buff。 //存儲溫度高八位數據 Flag++。 //標志位自增 } else //接收到溫度低八位 { if(Flag == 2) { Rend[1] = Rx_Buff。 //存儲溫度第八位數據 Rend[2] = 1。 //可更新溫度值標志位 Flag = 0。 //標志位清零 } } Rx_Flag = 0。//接收到數據標志位清零 } } 人機接口顯示 本 系統(tǒng)采用 OLED 屏作為人機接口顯示，采用 SPI 總線通信方式，該方式為同步串行通信。只能對 OLED 顯示屏進行寫操作，不能進行讀操作。在 4 線 SPI 模式下，每個數據長度均為 8 為位，在 SCLK 的上升沿，數據從 SDIN 一如到 SSD1306，高位在前。在4線 SPI 模式下，寫操作時序如下： 湖南理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 21 圖 SPI時序圖 OLED 點陣與常規(guī) LCD 點陣的顯示方式相同。從第一列開始向下去 8個點作為一個字節(jié)，然后從第二列開始向下去 8個點作為第二個字節(jié)??依次類推 ， 取模順序是從低到高 。 圖 為顯示一行數據的圖解。 圖 顯示方式圖解 OLED 模塊初始化流程圖如圖 。 開 始初 始 化 相 應 IO口復 位 SSD 1306驅 動 IC初 始 化 代 碼開 啟 顯 示清 0顯 存結 束 圖 OLED 屏初始化流程圖 語音信號輸出 本系統(tǒng)的處理器 STM32F103RCT6 的 DAC模塊是 12 位數字輸入，電壓輸出型的 DAC。DAC 可以配置為 8位或 12 位模式，也可以與 DMA 控制器配合使用。 DAC 模塊有 2個輸出湖南理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 22 通道，每個通道都有單獨的轉換器。圖中 DAC_OUTx 就是 DAC 的輸出通道，對應 PA4 或者 PA5 引腳。 當 DAC 的參考電壓為 refV 的時候（對 STM32F103RCT6 來說就是 ）， DAC 的電壓是線性的從 0～ refV ， 12位模式下 DAC輸出電壓與 refV 以及 DORx寄存器的計算公式如下： )4095/(VD A C out D O R xre f ?? (41) 語音信號經解碼后直接從 MCU的 DA 通道輸出 ，本設計 采用 DAC 通道 1（ PA4）輸出模擬電壓，其 DAC 初始化流程圖如圖 。 開 始初 始 化 PA 4使 能 D A C時 鐘停 止設 能 D A C 1初 始 化 D A C通 道 1 圖 DAC 初始化流程圖 DAC 初始化程序如下： //DAC 通道 1輸出初始化 void Dac1_Init(void) { RCCAPB2ENR|=12。 //使能 PORTA時鐘 RCCAPB1ENR|=129。 //使能 DAC時鐘 GPIOACRLamp。=0XFFF0FFFF。 GPIOACRL|=0X00000000。//PA4 模擬輸入 DACCR|=10。 //使能 DAC1 DACCR|=11。 //DAC1輸出緩存不使能 BOFF1=1 DACCR|=02。 //不使用觸發(fā)功能 TEN1=0 DACCR|=03。 //DAC TIM6 TRGO,不過要 TEN1=1才行 DACCR|=06。 //不使用波形發(fā)生 DACCR|=08。 //屏蔽、幅值設置 DACCR|=012。 //DAC1 DMA不使能 DACDHR12R1=0。 } 湖南理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 23 第五 章 系統(tǒng)的調試與測試 硬件 調試 本系統(tǒng)硬件相對較復雜，所以將其按功能分成了 三 個模塊 —— 發(fā)射部分語音信號調理模 塊、 LED 驅動和光電感應模塊模塊、接收部分語音信號輸出模塊 。 在組裝與通電前， 硬件 調試首先檢查線路 ，對各模塊明顯的硬件故障進行排除。 在芯片 未插入電路板之前，用萬用表檢查電路板上線路是否連接正常，檢查是否存在短路。檢查完線路正常后，進行試觸性上電，看起電流是否正常，正常后接上電源，用萬用測各電源輸出電壓是否正常。 上電正常只是排除了一些明顯的問題。系統(tǒng)的軟件和硬件密切相關， 程序也必須在聯機后才能調試。在進行在線調試時，必須借助 Keil 單片機 開發(fā)工具來開發(fā)應用軟件，對硬件電路進行診斷、調試 ，及時的排除硬件故障。 檢查正常后可對各個模塊硬件調試： 1）發(fā)射部分語音信號調理模塊：輸入端輸入 300Hz～ 3400Hz 幅度適宜的正弦波，用示波器測試輸出，查看器輸出信號峰峰值和偏置是否正常。 2） LED 驅動和光電感應模塊模塊：用頻率為 10KHz 的方波來驅動 LED 電路，示波器查看接收端收到的信號是否正常。 3）接收部分語音信號輸出模塊：輸入端接 300Hz～ 3400Hz 幅度適宜的正弦波，用示波器測試功放的輸出波形。 軟 件調試 本系統(tǒng)程序量較大，因此采用我較熟悉的 STM32F103 進行程序 編寫，縮短了程序開發(fā)的時間，提高 了程序編寫效率。采用自下而上的調試方法，先調試各功能程序模塊，再調試整個系統(tǒng)。調試中 STM32F103 單片機提供了 JTAG 接口，方便了程序的在線調試。在調試過程中與硬件的調試相結合，提高了調試效率。當軟件和硬件的基本功能分別調試好后 ,進行軟硬件聯合調試。及時的發(fā)現問題和解決問題，對系統(tǒng)的軟件和硬件進一步優(yōu)化，使系統(tǒng)的軟件與硬件結合的更好。 測 試儀器 測試儀器： Tektronix TDS1012 數字示波器、 SU3080 DDS 函數信號發(fā)生器、勝利VC890 數字萬用表、 YB1732B3A 數字穩(wěn)壓電源。 湖南理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 24 測 試方法與結果 1） 指標測量 結果 在弱光下，通過對準發(fā)射裝置與接收裝置。在輸入接口加入語音信號，然后進行測試。測試結果如表 1 所示。 表 1 基本部分測試指標 序號 題目要求 測試指標 1 可見光 傳輸距離 2m ≥ 2m 2 輸入 頻率范圍 3003400Hz 300 ～ 3400Hz 3 不能接受信號時，發(fā)光管指示 可以指示 4 語音信號和數字信號同時傳輸 能夠同時傳輸 5 接收溫度信息并顯示 可以顯示 6 數字信號傳輸延時≤ 10s ≤ 1s 7 溫度測試誤差≤ 2℃ ≤ 1℃ 2）測試結果 分析 通過對本系統(tǒng)的測試，可見光傳輸距離符合指標要求，輸入頻率范圍在 300Hz～3400Hz。當輸入語音信號改為 800Hz 單音信號時，在 8 歐姆負載上，接收裝置的輸出電壓有效值可高達 2V。音頻輸入端口接地時，測試接收裝置噪聲有效值小于 70mv，且接收裝置裝有接收信號指示燈。該系統(tǒng)還增加了一路數字信道，用于實時顯示環(huán)境中的溫度。 因可見光受環(huán)境和其他因素的影響，實測數據難免存在外界干擾，且數字信號與語音信號同時傳輸時。由于數字信號的高頻干擾使得接收節(jié)點噪聲增大，這對系統(tǒng)信號的調制方式提出了很高的要求 ， 同時也增加 了硬件電路的設計的難度，因此要想達到更好的指標，還存在 改進空間 ，如： 信道編碼采用抗干擾性強的編碼方式、 光電傳感器采用頻率特性好的電路、適當增加濾波電路等。 湖南理工學院畢業(yè)設計 (論文 ) 25 第 六 章 總結和展望 本設計是利用 LED 發(fā)出的光作為無線傳輸 介質，系統(tǒng)發(fā)射端采集到的語音信號和溫度信號 可通過可見光 信號實時傳輸到接收端 顯示出和播放出來 。 本系統(tǒng)實現了系統(tǒng)要求的所有功能。 當然，本次設計還有很多不足之處需要改正和完善： 傳輸，其傳輸信號的直流電平不是固定值，需換一種信道編碼； ，導致傳 輸距離很短，可增加發(fā)射端燈的數量，提高發(fā)射功率。 由于自己能力和時間問題軟件上用單個 STM32 還不能完成信道編碼程序，只能利用 STM32 自帶硬件資源串口直接發(fā)送數據；硬件上 LED 發(fā)射驅動電路需驅動更多的 LED 燈。 總之，我覺得此次畢業(yè)設計的收獲不僅僅是完成了課題的任務，更重要的是 通過這次畢業(yè)設計， 我對學過的書本知識 有了更深的理解， 比如通信原理課上老師跟我們講的語音信號的編碼，我能將老師課堂上教的東西，自己寫程序實現語音信號編碼，能把書本上學到的理論應用到實踐當中，真正地做到了學以致用。 同時也