低成本無線WiFi音樂播放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 以STM32F103作為微處理器，設(shè)計(jì)了一個(gè)低成本的無線WiFi音樂播放系統(tǒng)，結(jié)合接收WiFi數(shù)據(jù)的WM-G-MR-08(wm631)模塊和VS1003B音頻解碼器實(shí)現(xiàn)了MP3音樂播放?；贏ndroid系統(tǒng)開發(fā)的客戶端軟件采用手機(jī)控制，完成了手機(jī)端與控制端之間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)遠(yuǎn)程對音樂播放器的控制。結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)備簡單方便、成本較低、系統(tǒng)可靠、易于擴(kuò)展。

本設(shè)計(jì)基于已經(jīng)發(fā)展成熟的WiFi無線網(wǎng)絡(luò)，充分利用WiFi覆蓋范圍廣、傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。Android具有開源性、封裝性、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，基于Android系統(tǒng)開發(fā)的客戶端軟件移植性強(qiáng)，通用性高。采用手機(jī)作為控制終端，便于操作。手機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)(WiFi)對音樂播放系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)方便、快捷、智能化的要求。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用STM32F103作為微控制器有很多優(yōu)勢，STM32F系列屬于中等容量增強(qiáng)型，是32位基于ARM核心的帶64或者128KB閃存的微控制器，在市場上是性價(jià)比很高的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)主要有控制模塊、WiFi無線模塊、音頻解碼模塊VS1003B、SD卡，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

工作流程:點(diǎn)擊智能手機(jī)客戶端軟件上的播放按鈕，通過WiFi模塊接收到命令后，STM32F103讀取SD卡中的MP3音樂文件，然后將讀取的數(shù)據(jù)通過SPI傳輸?shù)揭纛l解碼芯片VS1003B，經(jīng)過解碼轉(zhuǎn)換后發(fā)送到耳機(jī)聽筒，實(shí)現(xiàn)播放音樂功能;點(diǎn)擊暫停按鈕，STM32F103停止讀取SD卡里的MP3音樂文件數(shù)據(jù)，這樣就能實(shí)現(xiàn)停止播放音樂功能;點(diǎn)擊其他按鈕，也能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

本設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)如下:

① 在開放的Android系統(tǒng)控制終端設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，使用支持組件的重用和替換應(yīng)用程序框架。使用交互式圖形界面清晰美觀，操作控制簡單，設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品經(jīng)過用戶體驗(yàn)反映非常好。

② 本設(shè)計(jì)摒除了傳統(tǒng)音樂播放系統(tǒng)對專用控制按鍵的依賴，通過用戶的手機(jī)就能實(shí)現(xiàn)對音樂播放器播放、暫停等的控制，大大方便了用戶的操作。這樣設(shè)計(jì)出來的音樂播放系統(tǒng)不僅具有一般音樂播放器的功能，而且具有將控制端和硬件部分分離的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了對音樂播放系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離控制。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 音頻解碼模塊

VS1003B是一個(gè)單片MP3/WMA/MIDI音頻解碼器和ADPCM 解碼器。它包含一個(gè)高性能、自主產(chǎn)權(quán)的低功耗的DSP處理器核VS_DSP4，工作數(shù)據(jù)存儲器為用戶應(yīng)用提供5KB的指令ROM 和0.5KB的數(shù)據(jù)RAM。其還具有串行的控制和數(shù)據(jù)接口、1個(gè)高品質(zhì)可變采樣率的ADC和立體聲DAC、4 個(gè)常規(guī)用途的I/O 口、1 個(gè)UART，以及1個(gè)地線緩沖器和耳機(jī)放大器。

STM32F103將從SD卡里讀取的MP3音頻數(shù)據(jù)流傳給音頻解碼模塊，音頻解碼模塊將該數(shù)據(jù)流解析并轉(zhuǎn)換成模擬信號后再進(jìn)行輸出。VS1003B與STM32F103的數(shù)據(jù)通信是通過J2排針上的SPI總線方式進(jìn)行的。音頻解碼模塊電路的原理圖如圖2所示。

圖2 音頻模塊解碼電路圖

2.2 SD卡接口模塊

SD卡是最為通用的數(shù)據(jù)存儲卡，具有價(jià)格低、存儲容量大、使用方便、通用性與安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此MP3、MP4、MP5、Pad和數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備上的存儲卡均為SD卡。SD卡支持的總線模式為SD模式和SPI模式，本設(shè)計(jì)中采用SPI模式。圖3為SD卡模塊(J10排針上的SPI模式)的接口電路。

圖3 SD卡模塊圖

2.3 WiFi無線模塊

WiFi(Wireless Fidelity，無線保真技術(shù))的最大優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度較高，而且能自動調(diào)整帶寬，可以有效地保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。該設(shè)計(jì)采用的WM-G-MR-08模塊不僅具有WiFi的功能，而且能提供小尺寸和高數(shù)據(jù)速率的無線連接，可應(yīng)用于無線PDA、DSC、媒體適配器、微型打印機(jī)、條碼掃描器、VOIP電話等。數(shù)據(jù)存儲裝置是該WM-G-MR-08潛在的應(yīng)用，在嵌入式上的應(yīng)用主要集中在移動裝置方面。在設(shè)計(jì)中，WM-G-MR-08模塊通過開發(fā)板上的J1排針的SPI引腳與主控芯片通信，ANT1SMACON為無線網(wǎng)卡，其原理圖如圖4所示。

圖4 WM-G-MR-08模塊圖

3 嵌入式軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用RealView MDK開發(fā)套件作為軟件開發(fā)平臺，嵌入式軟件采用C語言編寫，操作系統(tǒng)采用μC/OS-II。μC/OS-II是用C語言和匯編語言編寫的，結(jié)構(gòu)簡潔精練，可讀性很強(qiáng)，同時(shí)又具備實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的大部分功能，并且通過適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展之后，可被廣泛用于多種應(yīng)用場合。

系統(tǒng)啟動后，先初始化STM32F103，然后初始化SD卡、音頻解碼模塊、WiFi無線模塊，最后是μC/OS-II系統(tǒng)初始化。當(dāng)WiFi指令判斷為播放指令時(shí)，由微控制器將SD卡的一些基本信息送到FAT 文件系統(tǒng)接口處進(jìn)行讀取，獲取SD卡的容量、FAT 表及根目錄所在的起始扇區(qū)。通過這些信息就可以判斷出SD卡是否存儲有音頻解碼模塊可以解碼并播放的音樂文件。若有該音樂文件，控制器將通過SPI總線方式讀出該文件的音頻信息，并將音頻的數(shù)據(jù)流信息送入到音頻解碼模塊中，由VS1003B芯片解碼后，再通過內(nèi)含的高質(zhì)量的立體DAC和耳機(jī)驅(qū)動電路，就可以實(shí)現(xiàn)音樂的播放。程序流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

4 手機(jī)客戶端軟件設(shè)計(jì)

手機(jī)客戶端軟件開發(fā)用到的開發(fā)工具包括Eclipse、JDK、ADT和Android SDK。開發(fā)環(huán)境搭建過程如下:首先安裝JDK，再分別解壓Eclipse和Android SDK，接著為Eclipse安裝ADT插件，最后配置Android SDK，最終搭建好Android開發(fā)環(huán)境。

針對客戶端軟件，采用ImageView+TestView 進(jìn)行UI設(shè)計(jì)，選擇合適的圖片作為背景并添加ButtonStart、Button-Stop、ButtonOff等功能按鈕，實(shí)現(xiàn)對音樂播放系統(tǒng)的播放、暫停、關(guān)閉等控制。設(shè)計(jì)好UI界面后，通過為各個(gè)按鈕添加setOnClickListener事件響應(yīng)用戶操作。根據(jù)命令按鈕的不同，在響應(yīng)函數(shù)中通過網(wǎng)絡(luò)向子機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同的命令實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。

結(jié)語

本設(shè)計(jì)是在ARM7平臺上構(gòu)建WiFi，成本優(yōu)勢明顯。采用當(dāng)前較新的控制方式———智能手機(jī)軟件控制+無線網(wǎng)絡(luò)，不僅能充分利用WiFi的傳輸速度快、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢，而且基于Android的平臺建設(shè)成本低、使用方便。同時(shí)，這種方式采用的手機(jī)軟件具有通用性，市場應(yīng)用價(jià)值高，易于推廣，能為用戶提供優(yōu)質(zhì)、方便快捷的音樂播放服務(wù)。