一款基于單片機自動調音的BDS耳機控制系統(tǒng)設計

0 引 言

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

1 調音系統(tǒng)構成及工作原理

調音系統(tǒng)由北斗導航定位模塊、無線耳機模塊、外部供電模塊、單片機控制系統(tǒng)模塊構成。其中，北斗導航定位模塊是通過信號接收機捕獲并跟蹤衛(wèi)星的信號，根據(jù)數(shù)據(jù)信號按一定的方式進行定位計算，最終得到用戶的經(jīng)緯度、高度、速度和時間等信息。無線耳機采用耳麥式造型，信號接收機安裝于耳麥內(nèi)，采用北斗衛(wèi)星導航接收芯片進行定位，區(qū)別于現(xiàn)有的衛(wèi)星導航裝置，其在語音提示部分由引導路線變更為僅在紅綠燈路口處語音提示。BDS 運用 ASIC 硬件結合國產(chǎn)應用處理器 [1]，通過 BDS 接收機與單片機串口連接，讀取用戶定位信息數(shù)據(jù)（包括用戶所在的經(jīng)緯度、當?shù)貢r間、用戶行為速度）。

當用戶到達紅綠燈及路口處，單片機通過讀取的用戶速度判斷用戶所處運動狀態(tài)，是否發(fā)出降低音頻命令。若用戶速度不為 0 m/s，單片機會發(fā)出降低音頻的命令，手機內(nèi)的耳機檢測電路檢測到來自耳機控制電路模塊的降低音調信號后，手機音樂播放器則降低播放音調 ；若用戶速度為 0 m/s，單片機會發(fā)出反饋 BDS 警報的信息。通過紅綠燈路口，單片機通過讀取 BDS 數(shù)據(jù)發(fā)出反饋降低播放器音調的命令 [2]。

2 調音控制系統(tǒng)的設計

2.1 航芯一號 HX103簡介

航芯一號 HX103 [3] 是 40 nm CMOS BDS/GPS 射頻基帶一體化 SoC 北斗導航芯片，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。航芯一號實現(xiàn)了新產(chǎn)品對導航芯片體積小，功耗低的要求，可廣泛應用于智能手持設備、可穿戴設備、物聯(lián)網(wǎng)等大眾應用領域，北斗接收機系統(tǒng)框架如圖 2 所示，包括捕捉模塊、跟蹤模塊、外設模塊等 [4]。

2.2 基于 STC12LE2052 的主控電路設計

STC12LE2052 單片機是高速、低功耗的新一代兼容 8051內(nèi)核單片機。其共有 20 個引腳，15 個通用 I/O 接口；內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路 ；具有 2 路 PWM/PCA（可編程計數(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 單片機為系統(tǒng)主控芯片，系統(tǒng)主控電路如圖 2 所示。單片機的 P1.0 接口和 P1.1 接口分別與 BDS接收機相連，通過軟件模擬 I2C 總線進行兩芯片間的通信 ；XTAL1 接口和 XTAL2 接口外接晶振電路 ；RST 口外接復位電路；P1.2 接口做命令輸出接口，連接到耳機控制電路模塊 [7]。

2.3 耳機內(nèi)部電路設計

耳機控制電路模塊電路如圖 2 所示。在該電路中采用國際標準的 3.5 mm 四段式手機耳機插頭，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，按鍵控制著手機音樂播放器的開關和來電的接聽與掛斷。同時增加了一個與按鍵并聯(lián)的三極管開關，其發(fā)射極與控制端相連，集電極與公共地相連，基極與單片機的 P1.2 接口相聯(lián)，由單片機控制三極管開關的開啟與關閉，從而達到代替手動控制按鍵的目的。

3 控制系統(tǒng)軟件設計

當衛(wèi)星導航系統(tǒng)使用有源時間測距來定位時，用戶終端通過導航衛(wèi)星向地面控制中心發(fā)出一個申請定位的信號，之后地面控制中心發(fā)出測距信號，根據(jù)信號傳輸?shù)臅r間和三球交匯的原理得到用戶與兩顆衛(wèi)星的距離并計算用戶空間位置 [8]，當單片機接收到紅綠燈路口處的數(shù)據(jù)時，對信息的內(nèi)容進行判斷，并實現(xiàn)自動調節(jié)音調的功能。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 語

21 世紀時代，人們的生活特點更快、更廣、更便捷。耳機可以為現(xiàn)代人營造一個私密輕松的氛圍通過研究一款基于單片機自動調音的北斗耳機，運用單片機讀取 BDS 接收機數(shù)據(jù)，并發(fā)出警報或反饋信息，實現(xiàn)提醒用戶注意紅綠燈路口，減少交通事故的發(fā)生；同時，吸收我國現(xiàn)階段新進技術中國芯，保障用戶私人信息安全，積極營造健康和諧社會。