【導(dǎo)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(dá)2m。語音信號(hào)經(jīng)放大和帶通濾波后由12位A/D轉(zhuǎn)換器采樣，經(jīng)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(fù) { data = (u16)(((int)data)+2047)。 } else//為正 { data = data + 2048。 } return data。 } 信道編碼與解碼 數(shù)據(jù)發(fā)送可用 STM32F103 硬件上的串口直接發(fā)送數(shù)據(jù)，不用對(duì)其進(jìn)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(shù)據(jù)長度為 9位，包含 8位數(shù)據(jù)位和 1為停止位。語音信號(hào)與溫度信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸采用時(shí)分復(fù)用方湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 式。 如圖 ，以 255Byte 數(shù)據(jù)作為一幀，以數(shù)據(jù) 0作為起始位，緊接后面的數(shù)據(jù)分別是溫度高八位和低 八位，然后是 252Byte 的語音信號(hào)，其中語音信號(hào)編碼后為 0的數(shù)據(jù)進(jìn)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(dǎo)致無法判斷。用該方式傳輸數(shù)據(jù)每一字節(jié)之間 有聯(lián)系，即起始位后接收到的數(shù)據(jù)為溫度 信號(hào) 。 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(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù) 幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 發(fā)送部分發(fā) 送程序用一標(biāo)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(hào)， 發(fā)送部分 具體 編碼程序如下： u8 Flag=0。//全局變量 ,標(biāo)志位 void Code_Send(void) { u16 Ad_data。 //AD采集的數(shù)據(jù) if(Flag=2) //發(fā)送標(biāo)志位和溫度 { if(Flag == 0) Uart2_Send_Data (0)。 //發(fā)送標(biāo)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(hào) { Ad_data = Get_Adc(ADC_Channel_1)。 //讀取 AD數(shù)據(jù) SendBuff = Pcm_Code(Ad_data)。 //編碼 while(SendBuff == 0)。 Uart2_Send_Data (SendBuff)。 //發(fā)送編碼后的數(shù)據(jù) } Flag++。 } 接收部分的信道解碼程序用定時(shí)器控制每隔一段時(shí)間檢測(cè)是否接收到數(shù)據(jù)，若接收到數(shù)據(jù)則判斷是幀頭、溫度信號(hào)還是語音信號(hào)。若接收到語音信號(hào)，則對(duì)其解碼后 DA輸出；若接收到的是幀頭，則標(biāo)記；若接收到溫度信號(hào)，則存儲(chǔ)并標(biāo)記。接收部分具體湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 解碼程序如下： u8 Rend[3]={0}。 //溫度數(shù)據(jù)和接收溫度數(shù)據(jù)標(biāo)志位 void Decode_Rend(void) { if(Rx_Flag == 1)//接收到數(shù)據(jù) { if(Flag == 0 amp。amp。 Rx_Buff != 0) //接收到語音信號(hào)數(shù)據(jù) { 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(biāo)志位 { Flag++。 //標(biāo)志位自增 } else if(Flag == 1) //接收到溫度高八位 { Rend[0] = Rx_Buff。 //存儲(chǔ)溫度高八位數(shù)據(jù) Flag++。 //標(biāo)志位自增 } else //接收到溫度低八位 { if(Flag == 2) { Rend[1] = Rx_Buff。 //存儲(chǔ)溫度第八位數(shù)據(jù) Rend[2] = 1。 //可更新溫度值標(biāo)志位 Flag = 0。 //標(biāo)志位清零 } } Rx_Flag = 0。//接收到數(shù)據(jù)標(biāo)志位清零 } } 人機(jī)接口顯示 本 系統(tǒng)采用 OLED 屏作為人機(jī)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(duì) OLED 顯示屏進(jìn)行寫操作，不能進(jìn)行讀操作。在 4 線 SPI 模式下，每個(gè)數(shù)據(jù)長度均為 8 為位，在 SCLK 的上升沿，數(shù)據(jù)從 SDIN 一如到 SSD1306，高位在前。在4線 SPI 模式下，寫操作時(shí)序如下： 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 圖 SPI時(shí)序圖 OLED 點(diǎn)陣與常規(guī) LCD 點(diǎn)陣的顯示方式相同。從第一列開始向下去 8個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)字節(jié)，然后從第二列開始向下去 8個(gè)點(diǎn)作為第二個(gè)字節(jié)??依次類推 ， 取模順序是從低到高 。 圖 為顯示一行數(shù)據(jù)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(yīng) IO口復(fù) 位 SSD 1306驅(qū) 動(dòng) IC初 始 化 代 碼開 啟 顯 示清 0顯 存結(jié) 束 圖 OLED 屏初始化流程圖 語音信號(hào)輸出 本系統(tǒng)的處理器 STM32F103RCT6 的 DAC模塊是 12 位數(shù)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(gè)輸出湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 通道，每個(gè)通道都有單獨(dú)的轉(zhuǎn)換器。圖中 DAC_OUTx 就是 DAC 的輸出通道，對(duì)應(yīng) PA4 或者 PA5 引腳。 當(dāng) DAC 的參考電壓為 refV 的時(shí)候（對(duì) 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(jì)算公式如下： )4095/(VD A C out D O R xre f ?? (41) 語音信號(hào)經(jīng)解碼后直接從 MCU的 DA 通道輸出 ，本設(shè)計(jì) 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(shí) 鐘停 止設(shè) 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(shí)鐘 RCCAPB1ENR|=129。 //使能 DAC時(shí)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(shè)置 DACCR|=012。 //DAC1 DMA不使能 DACDHR12R1=0。 } 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 第五 章 系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試 硬件 調(diào)試 本系統(tǒng)硬件相對(duì)較復(fù)雜，所以將其按功能分成了 三 個(gè)模塊 —— 發(fā)射部分語音信號(hào)調(diào)理模 塊、 LED 驅(qū)動(dòng)和光電感應(yīng)模塊模塊、接收部分語音信號(hào)輸出模塊 。 在組裝與通電前， 硬件 調(diào)試首先檢查線路 ，對(duì)各模塊明顯的硬件故障進(jìn)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(jìn)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(cè)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(guān)， 程序也必須在聯(lián)機(jī)后才能調(diào)試。在進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，必須借助 Keil 單片機(jī) 開發(fā)工具來開發(fā)應(yīng)用軟件，對(duì)硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試 ，及時(shí)的排除硬件故障。 檢查正常后可對(duì)各個(gè)模塊硬件調(diào)試： 1）發(fā)射部分語音信號(hào)調(diào)理模塊：輸入端輸入 300Hz～ 3400Hz 幅度適宜的正弦波，用示波器測(cè)試輸出，查看器輸出信號(hào)峰峰值和偏置是否正常。 2） LED 驅(qū)動(dòng)和光電感應(yīng)模塊模塊：用頻率為 10KHz 的方波來驅(qū)動(dòng) LED 電路，示波器查看接收端收到的信號(hào)是否正常。 3）接收部分語音信號(hào)輸出模塊：輸入端接 300Hz～ 3400Hz 幅度適宜的正弦波，用示波器測(cè)試功放的輸出波形。 軟 件調(diào)試 本系統(tǒng)程序量較大，因此采用我較熟悉的 STM32F103 進(jìn)行程序 編寫，縮短了程序開發(fā)的時(shí)間，提高 了程序編寫效率。采用自下而上的調(diào)試方法，先調(diào)試各功能程序模塊，再調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)。調(diào)試中 STM32F103 單片機(jī)提供了 JTAG 接口，方便了程序的在線調(diào)試。在調(diào)試過程中與硬件的調(diào)試相結(jié)合，提高了調(diào)試效率。當(dāng)軟件和硬件的基本功能分別調(diào)試好后 ,進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試。及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，對(duì)系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)一步優(yōu)化，使系統(tǒng)的軟件與硬件結(jié)合的更好。 測(cè) 試儀器 測(cè)試儀器： Tektronix TDS1012 數(shù)字示波器、 SU3080 DDS 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、勝利VC890 數(shù)字萬用表、 YB1732B3A 數(shù)字穩(wěn)壓電源。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 測(cè) 試方法與結(jié)果 1） 指標(biāo)測(cè)量 結(jié)果 在弱光下，通過對(duì)準(zhǔn)發(fā)射裝置與接收裝置。在輸入接口加入語音信號(hào)，然后進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表 1 所示。 表 1 基本部分測(cè)試指標(biāo) 序號(hào) 題目要求 測(cè)試指標(biāo) 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(hào)時(shí)，發(fā)光管指示 可以指示 4 語音信號(hào)和數(shù)字信號(hào)同時(shí)傳輸 能夠同時(shí)傳輸 5 接收溫度信息并顯示 可以顯示 6 數(shù)字信號(hào)傳輸延時(shí)≤ 10s ≤ 1s 7 溫度測(cè)試誤差≤ 2℃ ≤ 1℃ 2）測(cè)試結(jié)果 分析 通過對(duì)本系統(tǒng)的測(cè)試，可見光傳輸距離符合指標(biāo)要求，輸入頻率范圍在 300Hz～3400Hz。當(dāng)輸入語音信號(hào)改為 800Hz 單音信號(hào)時(shí)，在 8 歐姆負(fù)載上，接收裝置的輸出電壓有效值可高達(dá) 2V。音頻輸入端口接地時(shí)，測(cè)試接收裝置噪聲有效值小于 70mv，且接收裝置裝有接收信號(hào)指示燈。該系統(tǒng)還增加了一路數(shù)字信道，用于實(shí)時(shí)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)難免存在外界干擾，且數(shù)字信號(hào)與語音信號(hào)同時(shí)傳輸時(shí)。由于數(shù)字信號(hào)的高頻干擾使得接收節(jié)點(diǎn)噪聲增大，這對(duì)系統(tǒng)信號(hào)的調(diào)制方式提出了很高的要求 ， 同時(shí)也增加 了硬件電路的設(shè)計(jì)的難度，因此要想達(dá)到更好的指標(biāo)，還存在 改進(jìn)空間 ，如： 信道編碼采用抗干擾性強(qiáng)的編碼方式、 光電傳感器采用頻率特性好的電路、適當(dāng)增加濾波電路等。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 第 六 章 總結(jié)和展望 本設(shè)計(jì)是利用 LED 發(fā)出的光作為無線傳輸 介質(zhì)，系統(tǒng)發(fā)射端采集到的語音信號(hào)和溫度信號(hào) 可通過可見光 信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)浇邮斩?顯示出和播放出來 。 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)要求的所有功能。 當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)還有很多不足之處需要改正和完善： 傳輸，其傳輸信號(hào)的直流電平不是固定值，需換一種信道編碼； ，導(dǎo)致傳 輸距離很短，可增加發(fā)射端燈的數(shù)量，提高發(fā)射功率。 由于自己能力和時(shí)間問題軟件上用單個(gè) 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(shù)據(jù)；硬件上 LED 發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路需驅(qū)動(dòng)更多的 LED 燈。 總之，我覺得此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的收獲不僅僅是完成了課題的任務(wù)，更重要的是 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 我對(duì)學(xué)過的書本知識(shí) 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(hào)的編碼，我能將老師課堂上教的東西，自己寫程序?qū)崿F(xiàn)語音信號(hào)編碼，能把書本上學(xué)到的理論應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，真正地做到了學(xué)以致用。 同時(shí)也