短距离无线话筒扩音系统

李香宇，张晨亮，毕敬腾

（海军航空大学航空基础学院，山东烟台 264001）

文中设计了一款小功率语音调频广播，其发射载波频率在88～98 MHz 之间步进可调，发射功率不到1 W，在20 m 范围内能清晰地接收发射内容，抗干扰能力强[1-3]。该发射电路可用于教室内语音的辅助教学，还可以结合现有的多媒体教学系统，取得更好的教学效果[4-6]。

1 系统结构和设计方案

该系统主要由单片机、音频发射机、音频接收机、干扰检测机、键盘、显示器等模块组成。系统总体设计如图1 所示。

图1 系统总体设计

系统上电，首先通过RDA5807 模块进行干扰检测，同时将干扰频率存储到单片机中；然后通过键盘设置合适的载波频率，经单片机进行控制，并在LCD1602 显示器上显示，此时语音信号经QN8027 模块和天线发射出去，当天线接收后发送给QN8025 模块，然后，接单个话筒可以实现扩音。SPEC061A 单片机通过I2C 总线实现发射和干扰检测模块之间的通信。

2 主要模块设计

2.1 单片机最小系统SPEC061A

SPCE061A 是凌阳公司生产的一种体积小、易扩展、集成度高、可靠性高、低功耗、中断处理能力强的16位微处理器[4]，内嵌了32 K 字节的FLASH 闪存、2 K字节的SRAM 存储器，并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式及双通道10 位DAC 方式的音频输出功能，具有较高的处理速度[7-8]。

图2 无线话筒的电路图

SPCE061A 通过I2C 协议控制基于RDA5807M 芯片构成的干扰探测接收机。在主控制器的控制下从88～108 MHz 开始向上搜台，把有干扰的电台频率储存在SPEC061A 单片机内。发射机在单片机的控制下，可在88～108 MHz 频率范围内任意设定发射频率，并可以根据单片机内部的存储电脑有效地规避干扰信号。LCD1602 显示器可以显示发射机与接收机的频率，以及关键参数。键盘用于设置发射机与接收机的工作频率，以及电源的参数功能。

2.2 发射模块QN8027

QN8027 是一颗高性能、低功耗、FM 调频发射芯片，使用先进的数字音频信号处理技术和FM 锁相环调制技术，使音质更逼真，性能更稳定，具有掉电时自动记忆断电前的频率和音量大小功能，支持串口AT 命令控制，音频频响范围为50 Hz～18 kHz，发射频率为76.0～108.0 MHz，发射功率为100 mW，标准FM 调频调制模式，单声道音频输入，3.0～5.0 V 工作电压，主要适用于便携式音频和视频播放器、汽车配件、手机及GPS 个人导航设备等[9-12]。其功能框图如图3 所示。发射机接收麦克风传送的声音信号，经天线将信号发送给接收机，同时通过单片机控制信号的传输。

图3 发射机电路图

2.3 接收模块QN8025

QN8025 是一个单芯片、高性能、低功耗的FM 接收芯片，具有较宽的接收频率，可以接收频率62～108 MHz 的FM 信号，接收灵敏度为1.5 μVEMF。其工作原理为：先放大接收的FM信号，再变频、滤波后通过A/D 转换为数字信号，然后采用DSP 处理技术解调、去加重，最后将数字信号D/A 转换为模拟音频信号后再放大输出，其解调输出音质好，失真小[13]。当输出音频信号S/N 达到63 dB 时失真度低至0.03%。外围仅需供电和振荡信号即可，无需调整，简单且性能高。其控制总线是I2C，供电电压为2.7～5 V。

图4 接收机电路图

2.4 干扰探测模块RDA5807

采用RDA Microelectronics 的RDA5807（或RDA 5802NM）作为干扰探测模块，是一款简单易用且具极高性价比的单芯片FM 立体声收音模组。中频选择性好、通用I2C 总线控制，该电路外围元件少、噪声系数极小、使用极其简单，具有体积小、功耗低、应用简单、使用范围广等优点。工作频段在50～115 MHz 内，与全球FM 频段兼容，可以高功率32 Ω负载音频输出，并且内置噪声消除、软静音、低静音增强电路等优化设计[14]。

基于RDA5807 构成的干扰检测模块，可以有效规避储存的电台频率。RDA5807 是以I2C 协议为通信方式的芯片，通过CLK 时钟总线和SDA 数据总线与单片机相连，如图5 所示。

图5 RAD5807与单片机接口

3 软件程序实现

系统上电时，电路开始初始化[15-16]，发射机QN8027、干扰探测模块RDA5807，以及LCD1602 均进行初始化。之后开始频率扫描，从频率88 MHz 开始向上扫描到108 MHz，找出占有频率并存储记忆，然后发射机和接收机开始正常工作。系统总体软件流程如图6 所示。

图6 系统总体软件流程

3.1 发射机的软件实现

电路上电时，首先发射机QN8207 进行初始化，选择晶振频率、时钟输入类型，并根据要求调整芯片的内部参数，初始化流程如图7 所示。之后发射机经天线发射频率。

图7 发射机QN8027初始化流程图

3.2 干扰探测模块的软件实现

系统上电时，干扰探测模块RDA5807 初始化，之后扫描干扰频率，并储存干扰频率，使单片机在扫描到干扰信号或其他电台干扰时，能规避干扰信号。

图8 干扰探测软件流程图

4 测试方案与结果

4.1 检测信道占用情况及规避干扰响应时间

无线话筒开机后自动检测信道中存在的电台以及其他干扰频率[17]。重复多次实验，检测到的干扰信号频率如表1 所示。

表1 干扰信号频率记录表

由表1 可得，该无线话筒系统可以实现对信道中干扰频率的自动扫描。在规避干扰信号时响应时间约为0.5 s，符合要求。

4.2 检测系统功能实现情况

实测话筒与收音机距离15 m，根据下列不同情况检测无线话筒扩音系统，实现如下功能：

1）同时关闭话筒A 和话筒B，收音机没有接收到语音信号。

2）打开话筒A，在频率范围内话筒发射92.0 MHz载波频率，收音机接收到的信号清晰，无明显失真，且接收频率与发射频率一致。

3）打开话筒B，在频率范围内话筒发射100.0 MHz载波频率，收音机接收到的信号清晰，无明显失真，且接收频率与发射频率一致。

4）同时打开话筒A和话筒B，话筒A发射92.0 MHz载波频率,话筒B 发射100.0 MHz 载波频率，收音机接收到的信号清晰，无明显失真，且与2）、3）情况相比明显为两个信号混声。

5）经测试，系统功耗约为0.4 W。

5 结论

该系统以SPEC061A 单片机为核心控制，利用QN8027 和QN8025 模块完成了语音信号的发射和接收，同时通过RDA5807 实现了干扰频率的检测并完成了干扰规避，通过混声电路完成了两个话筒的混声。经测试，满足系统的设计要求。