一款基于單片機(jī)自動(dòng)調(diào)音的BDS耳機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言

追溯耳機(jī)歷史的發(fā)展，最原始的耳機(jī)本是用于通信的，而隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，人們開始在家使用耳機(jī)，隨后涌現(xiàn)了眾多新型耳機(jī)，如 AKG，Koss，Sony Walkman，Beats by Dre 等，耳機(jī)逐漸成為人們生活的必需品。問卷調(diào)查結(jié)果顯示84.7% 的人經(jīng)常使用耳機(jī)，其中 51.85% 的耳機(jī)使用者選擇走在馬路上聽歌。近期，鳳凰網(wǎng)報(bào)道了有關(guān)男子戴耳機(jī)騎車發(fā)生交通事故的新聞，現(xiàn)代人對(duì)耳機(jī)的依賴已經(jīng)使得發(fā)明耳機(jī)本意變質(zhì)，導(dǎo)致近幾年的交通事故發(fā)生率顯著上升，耳機(jī)涉及的交通安全問題日趨嚴(yán)重。

1 調(diào)音系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

調(diào)音系統(tǒng)由北斗導(dǎo)航定位模塊、無線耳機(jī)模塊、外部供電模塊、單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊構(gòu)成。其中，北斗導(dǎo)航定位模塊是通過信號(hào)接收機(jī)捕獲并跟蹤衛(wèi)星的信號(hào)，根據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)按一定的方式進(jìn)行定位計(jì)算，最終得到用戶的經(jīng)緯度、高度、速度和時(shí)間等信息。無線耳機(jī)采用耳麥?zhǔn)皆煨?，信?hào)接收機(jī)安裝于耳麥內(nèi)，采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片進(jìn)行定位，區(qū)別于現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航裝置，其在語音提示部分由引導(dǎo)路線變更為僅在紅綠燈路口處語音提示。BDS 運(yùn)用 ASIC 硬件結(jié)合國產(chǎn)應(yīng)用處理器 [1]，通過 BDS 接收機(jī)與單片機(jī)串口連接，讀取用戶定位信息數(shù)據(jù)（包括用戶所在的經(jīng)緯度、當(dāng)?shù)貢r(shí)間、用戶行為速度）。

當(dāng)用戶到達(dá)紅綠燈及路口處，單片機(jī)通過讀取的用戶速度判斷用戶所處運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是否發(fā)出降低音頻命令。若用戶速度不為 0 m/s，單片機(jī)會(huì)發(fā)出降低音頻的命令，手機(jī)內(nèi)的耳機(jī)檢測(cè)電路檢測(cè)到來自耳機(jī)控制電路模塊的降低音調(diào)信號(hào)后，手機(jī)音樂播放器則降低播放音調(diào) ；若用戶速度為 0 m/s，單片機(jī)會(huì)發(fā)出反饋 BDS 警報(bào)的信息。通過紅綠燈路口，單片機(jī)通過讀取 BDS 數(shù)據(jù)發(fā)出反饋降低播放器音調(diào)的命令 [2]。

2 調(diào)音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 航芯一號(hào) HX103簡介

航芯一號(hào) HX103 [3] 是 40 nm CMOS BDS/GPS 射頻基帶一體化 SoC 北斗導(dǎo)航芯片，具有高系統(tǒng)整合度（SoC）、低外部組件成本（BOM cost）、超小布局面積（芯片尺寸：5 mm×5 mm BGA）等特點(diǎn)。航芯一號(hào)實(shí)現(xiàn)了新產(chǎn)品對(duì)導(dǎo)航芯片體積小，功耗低的要求，可廣泛應(yīng)用于智能手持設(shè)備、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等大眾應(yīng)用領(lǐng)域，北斗接收機(jī)系統(tǒng)框架如圖 2 所示，包括捕捉模塊、跟蹤模塊、外設(shè)模塊等 [4]。

2.2 基于 STC12LE2052 的主控電路設(shè)計(jì)

STC12LE2052 單片機(jī)是高速、低功耗的新一代兼容 8051內(nèi)核單片機(jī)。其共有 20 個(gè)引腳，15 個(gè)通用 I/O 接口；內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 ；具有 2 路 PWM/PCA（可編程計(jì)數(shù)陣列）；用戶可用程序空間為 2 kB ；片上集成 256 B RAM ；支持 ISP（在系統(tǒng)可編程）/IPA（在應(yīng)用可編程）；工作電壓范圍在 2.4 ～ 3.8 V 之間 [5] ；具有 DIP/SOP/TSSOP（超小封裝6.4 mm×6.4 mm）3 種封裝形式 [6]。

以 STC12LE2052 單片機(jī)為系統(tǒng)主控芯片，系統(tǒng)主控電路如圖 2 所示。單片機(jī)的 P1.0 接口和 P1.1 接口分別與 BDS接收機(jī)相連，通過軟件模擬 I2C 總線進(jìn)行兩芯片間的通信 ；XTAL1 接口和 XTAL2 接口外接晶振電路 ；RST 口外接復(fù)位電路；P1.2 接口做命令輸出接口，連接到耳機(jī)控制電路模塊 [7]。

2.3 耳機(jī)內(nèi)部電路設(shè)計(jì)

耳機(jī)控制電路模塊電路如圖 2 所示。在該電路中采用國際標(biāo)準(zhǔn)的 3.5 mm 四段式手機(jī)耳機(jī)插頭，其共有四條引線，依次是 ：L 左聲道、R 右聲道、控制端和公共地。其中，控制端和公共地回路間并接有按鍵和麥克風(fēng)，按鍵控制著手機(jī)音樂播放器的開關(guān)和來電的接聽與掛斷。同時(shí)增加了一個(gè)與按鍵并聯(lián)的三極管開關(guān)，其發(fā)射極與控制端相連，集電極與公共地相連，基極與單片機(jī)的 P1.2 接口相聯(lián)，由單片機(jī)控制三極管開關(guān)的開啟與關(guān)閉，從而達(dá)到代替手動(dòng)控制按鍵的目的。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用有源時(shí)間測(cè)距來定位時(shí)，用戶終端通過導(dǎo)航衛(wèi)星向地面控制中心發(fā)出一個(gè)申請(qǐng)定位的信號(hào)，之后地面控制中心發(fā)出測(cè)距信號(hào)，根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間和三球交匯的原理得到用戶與兩顆衛(wèi)星的距離并計(jì)算用戶空間位置 [8]，當(dāng)單片機(jī)接收到紅綠燈路口處的數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)信息的內(nèi)容進(jìn)行判斷，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)音調(diào)的功能。工作流程如圖 3 所示，由于篇幅所限，控制代碼在此不再贅述。

4 結(jié) 語

21 世紀(jì)時(shí)代，人們的生活特點(diǎn)更快、更廣、更便捷。耳機(jī)可以為現(xiàn)代人營造一個(gè)私密輕松的氛圍通過研究一款基于單片機(jī)自動(dòng)調(diào)音的北斗耳機(jī)，運(yùn)用單片機(jī)讀取 BDS 接收機(jī)數(shù)據(jù)，并發(fā)出警報(bào)或反饋信息，實(shí)現(xiàn)提醒用戶注意紅綠燈路口，減少交通事故的發(fā)生；同時(shí)，吸收我國現(xiàn)階段新進(jìn)技術(shù)中國芯，保障用戶私人信息安全，積極營造健康和諧社會(huì)。