關(guān)于教學用擴音器的改進

韋曉迪 周棚 周磊 陳世強

【摘要】教學用擴音器存在攜帶不方便、耗電量高和續(xù)航能力弱等缺點，為了解決這一問題，制定了一個教學用擴音器的改進的方案。本項目使用STM32C8T6單片機芯片作為整個裝置的控制主體，輔助芯片NRF24L01控制無線模塊對無線話筒的調(diào)制頻率。改進教學用擴音器更加方便教師教學時使用麥克風和電子教鞭，提高教學質(zhì)量，活躍課堂氣氛，提高學生的學習興趣。

【關(guān)鍵詞】STM32C8T6單片機；NRF24L01芯片；USB教學質(zhì)量

引言

教師上課時使用教室電腦麥克風，它的使用范圍有限，不能很好的和學生互動，不利于提高課堂的學習氛圍和學生的學習興趣，基于以上情況，對教學用擴音器進行改進，使之更加好的與教室音響結(jié)合使用，利用低功耗單片機控制，節(jié)約能源，提高裝置的使用壽命，攜帶更加方便，教學性更加實用，功能性更加強大，能提高課堂氣氛，增強學生學習興趣，便于教師教學。

一、項目結(jié)構(gòu)設計

本裝置由STM32C8T6單片機、NRF24L01芯片無線發(fā)射、電子教鞭、麥克風等模塊組成。

二、系統(tǒng)整體設計

1.整體概要

項目旨在對教室擴音系統(tǒng)與教學用擴音器的改進并將教師的電子教鞭集成，通過電腦USB口將電子教鞭的信息與音頻信號送給電腦CPU進行處理，最終將教師的聲音無線傳送至教室揚聲器，教師通過隨身攜帶的無線話筒采集聲音，聲音通過拾音頭 變成微弱的電信號，該信號通過前置放大電路進行信號的放大，放大信號通過一定頻率的電磁波 進行發(fā)射，，即調(diào)制的過程，信號的接收端即為電腦的USB口，接收端有一個解調(diào)器，即將發(fā)送過來的聲音信號進行解調(diào)，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號 送給USB，配合一定的上位機軟件，最終將聲音信號送至揚聲器，老師的電子教鞭用到的主控芯片為STM32C8T6，該芯片體積小，采用3.3V供電，低功耗，其硬件看門狗可以讓芯片在出現(xiàn)故障時自動重啟，且電源備份區(qū)可以讓系統(tǒng)在斷電之后仍能保存一些重要的數(shù)據(jù)，主控芯片通過控制無線模塊NRF24L01對無線話筒的調(diào)制頻率進行選擇 ，使各個教室間的信號不會受到干擾，同時它控制NRF24L01 向USB接收端發(fā)送放映PPT 一系列的指令，USB將接收的指令送至電腦CPU，進而進行PPT的各種操作，整個系統(tǒng)有教師的手持設備端，電腦USB接收端，揚聲器端。

2.模塊設計

1）NRF24L01是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5GHzISM頻段。工作電壓為1.9～3.6V，有多達125個頻道可供選擇?？赏ㄟ^SPI寫入數(shù)據(jù)，最高可達10Mb/s，數(shù)據(jù)傳輸率最快可達2Mb/s，并且有自動應答和自動再發(fā)射功能。和上一代nRF2401相比，nRF2401數(shù)據(jù)傳輸率更快，數(shù)據(jù)寫入速度更高，內(nèi)嵌的功能更完備。芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融進了增強式ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。芯片能耗非常低，以-6dBm的功率發(fā)射時，工作電流只有9mA，接收時工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設計更方便。

2）顯示器件采用的是OLED，驅(qū)動芯片是SSD1306，其可視角度大，它與傳統(tǒng)的顯示屏的最大的不同就是不需要背光，能夠顯著節(jié)省電能，且其體積小，由于不需要背光，對比度非常高，便于查看顯示信息，這些優(yōu)點都非常適合于本項目的顯示裝置，采用IIC通信方式，只需要5個IO口 ，大大節(jié)省了單片機的IO口資源

3）音頻前置放大采用的是NE5532模塊，它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當高的小信號帶寬，電源電壓范圍大等特點，用作音頻放大時音色溫暖，保真度高，在上世紀九十年代初的音響界被發(fā)燒友們譽為“運放之皇”，且該模塊成本低，有相當高的性價比，非常適合用于教室的擴音系統(tǒng) 。

3.軟件設計

軟件設計包括手持設備與上位機的程序兩部分。手持設備端的軟件主要是完成PPT的指令讀取并發(fā)送和載波頻率的調(diào)整，手持設備不斷地輪詢上位機軟件則負責接收數(shù)據(jù)并且進行數(shù)據(jù)處理，進而送給相應的外設。

三、總結(jié)

根據(jù)本文闡述的方案所改進的教學用擴音器，利用USB編程系統(tǒng)利用范圍更加廣泛，利用單片機控制后功能變得多樣化，該裝置在教學方面的實用性更加強大，該裝置完成性非常高。

參考文獻

[1]正點原子.《原子教你玩STM32》.北京航空航天大學出版社.

[2]周立功等，編著.《PDIUSBD12+USB固件編程與驅(qū)動開發(fā)》.北京航空航天大學出版社.

[3]《SolidWorks2005中文版基礎及應用教程》何煜琛等，編著；；電子工業(yè)出版社.

本文為湖北民族學院2013年大學生科研訓練計劃資助項目《關(guān)于教學用擴音器的改進》的成果（項目編號：2013Z005）。