0前言
當(dāng)前，隨著Internet和個(gè)人電腦的普及，人們通常使用有線的耳麥進(jìn)行語音聊天。由于有線耳麥的局限性，使人們必須坐在電腦前才能語音聊天。
如果時(shí)間久了，會(huì)造成電腦對(duì)人體的輻射，從而影響人的健康；在家用電視方面，人們通常使用電視內(nèi)置喇叭來聽電視傳來的聲音，這樣有時(shí)候會(huì)給家庭其他成員的工作與休息造成一定的影響。
基于這些問題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于nRF24E1的無線耳麥。本設(shè)計(jì)具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、音質(zhì)好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。其室內(nèi)傳輸距離在30米左右，從而減少電腦對(duì)人體的輻射，并且不影響家庭其他成員的休息與工作。
該無線耳麥使用當(dāng)前最先進(jìn)的無線收發(fā)芯片nRF24E1，它可以在世界公用的ISM頻段2.4G~2.5GHZ內(nèi)實(shí)現(xiàn)語音的無線通信。
1nRF24E1介紹
nRF24E1芯片是北歐集成電路公司NORDIC推出的一款帶2.4GHz無線收發(fā)器nRF2401和增強(qiáng)型8051內(nèi)核的無線收發(fā)模塊。該芯片的通道運(yùn)算時(shí)間小于200us，數(shù)據(jù)速率為1Mbps，不需要外接SAW濾波器，是目前世界首推的全球通用的低成本射頻系統(tǒng)級(jí)芯片。內(nèi)部嵌有與8051兼容的微處理器和10位9輸入的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以在1.9V~3.6V之間的電壓下穩(wěn)定工作；另外還嵌有電壓調(diào)整器和VDD電壓監(jiān)視器。無線收發(fā)部分有與nRF2401同樣的功能，該功能由內(nèi)部并行口和內(nèi)部SPI啟動(dòng)，每一個(gè)待發(fā)信號(hào)對(duì)于處理器來講都可以作為中斷進(jìn)行編程，或者通過GPIO端口傳送給微處理器。nRF24E1芯片可以在世界公用的ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻段2.4~2.5GHz內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線通訊。其收發(fā)部分包含有分頻器、放大器、調(diào)節(jié)器和兩個(gè)收發(fā)單元，輸出能量、頻段和其它射頻參數(shù)可通過射頻寄存器方便地編程調(diào)節(jié)。在發(fā)送模式下，電流消耗只有10.5mA；在接收模式下，電流消耗也只有18mA，所以功耗相當(dāng)?shù)汀?/p>
2無線耳麥的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
無線耳麥主要由插頭部分和耳麥部分組成。插頭部分主要由兩個(gè)插頭和nRF24E1組成。這兩個(gè)插頭，分別是麥克風(fēng)插頭和耳機(jī)插頭，它們分別插在電腦的麥克風(fēng)插孔和耳機(jī)插孔或家用電視的耳機(jī)插孔；耳麥部分主要由麥克風(fēng)、耳機(jī)和nRF24E1組成。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。無線耳麥通過無線語音收發(fā)芯片nRF24E1實(shí)現(xiàn)語音的雙向通信。
無線耳麥可以把人說話的聲音經(jīng)麥克風(fēng)送進(jìn)電腦；也可以把電腦或者電視的聲音送到無線耳麥的耳機(jī)里。無論是把語音送到電腦或者電視里，還是把語音送到耳機(jī)里，單向語音傳送的工作原理是一致的。
nRF24E1芯片內(nèi)嵌有9通道的10位ADC（AnalogtoDigitalConverter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器），它的采樣頻每個(gè)RF（RadioFrequency，射頻）數(shù)據(jù)包含有24個(gè)字節(jié)或3ms的音頻采樣信號(hào)。
無線耳麥把人聲送進(jìn)電腦或者電視的發(fā)送和接收過程如圖2所示：
在發(fā)送端，ADC對(duì)麥克風(fēng)送過來的模擬音頻信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；采集到的數(shù)字音頻信號(hào)，在不夠一個(gè)RF數(shù)據(jù)包之前，存儲(chǔ)在微控制器8051內(nèi)開辟的發(fā)送緩沖區(qū)（TxBuf）中；采樣數(shù)據(jù)滿包后，8051一邊存儲(chǔ)下一個(gè)數(shù)據(jù)包，一邊把已滿的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)移到RF前端nRF2401，經(jīng)nRF2401把數(shù)據(jù)包發(fā)射出去。
發(fā)送端的電路圖3如圖所示。在麥克風(fēng)和nRF2401的ADC模塊之間，需要有前置濾波放大電路。它對(duì)麥克風(fēng)拾到的模擬音頻信號(hào)進(jìn)行濾波放大。放大后的模擬音頻信號(hào)被送到ADC中。
在接收端，當(dāng)RF前端nRF2401收到1個(gè)有效的數(shù)據(jù)包，并且微控制器收到1個(gè)RF接收中斷的時(shí)候，接收到的數(shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)部分可用RF前端的FIFO分離出來；然后，把分離出的有效數(shù)據(jù)部分存儲(chǔ)到8051內(nèi)的接收緩沖區(qū)（RxBuf）；存在接收緩沖區(qū)的語音信號(hào)以PWM信號(hào)的形式輸出；PWM輸出通過8位PWM引擎來驅(qū)動(dòng)，不需要微控制器分擔(dān)處理任務(wù)；最后語音信號(hào)經(jīng)PWM信號(hào)送出去。