一款基于單片機自動調(diào)音的BDS耳機控制系統(tǒng)設(shè)計

倪婷婷 倪菁 姜云耀 邱勝海

摘 要：根據(jù)近期對行人過馬路戴耳機聽音樂的問卷調(diào)查結(jié)果，因聽音樂過馬路造成的事故呈明顯增多的趨勢，針對該現(xiàn)象致力于研究一款基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）定位的紅綠燈路口控制系統(tǒng)，以STC12LE2052單片機為主控器，通過接收BDS接收機的數(shù)據(jù)，控制通過路口佩戴耳機者的音樂播放器音調(diào)，從而減少事故發(fā)生概率，提高交通安全性。

關(guān)鍵詞：BDS；STC12LE2052；智能家居；調(diào)音

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）08-0-02

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(diào)查結(jié)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(guān)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)明耳機的本意變質(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、無線耳機模塊、外部供電模塊、單片機控制系統(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?zhǔn)皆煨停盘柦邮諜C安裝于耳麥內(nèi)，采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片進行定位，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運用ASIC硬件結(jié)合國產(chǎn)應(yīng)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(dāng)?shù)貢r間、用戶行為速度）。

當(dāng)用戶到達(dá)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(diào)信號后，手機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(diào)的命令[2]。

2 調(diào)音控制系統(tǒng)的設(shè)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(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。航芯一號實現(xiàn)了新產(chǎn)品對導(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

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(fù)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(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(fù)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(fēng)，按鍵控制著手機音樂播放器的開關(guān)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(guān)，其發(fā)射極與控制端相連，集電極與公共地相連，基極與單片機的P1.2接口相聯(lián)，由單片機控制三極管開關(guān)的開啟與關(guān)閉，從而達(dá)到代替手動控制按鍵的目的。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用有源時間測距來定位時，用戶終端通過導(dǎo)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(dāng)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(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(diào)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(shù)中國芯，保障用戶私人信息安全，積極營造健康和諧社會。

參考文獻

[1]山田宰.數(shù)字廣播技術(shù)手冊[Z].北京：科學(xué)出版社，2005.

[2]中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號接口控制文件[J]. 公開服務(wù)信號B3I（1.0版），2018（2）.

[3]上海北伽導(dǎo)航科技有限公司[EB/OL]. [2014-11-27].http：//www.sh-bg.com.

[4]沈紅衛(wèi).單片機通信與組網(wǎng)技術(shù)[D].北京：電子工業(yè)出版社，2014（2）：186-227.

[5]呂高.基于STC12LE2052AD和nRF2401模塊的無線通訊設(shè)計[J].電力學(xué)報，2007，2（4）：488-490.

[6]宏晶公司[Z]. STC12LE2052AD芯片手冊.

[7]王海濱，胡德計. 一種基于單片機的可自動關(guān)閉音樂的耳機裝置[J]. 微型機與應(yīng)用雜志，2014，3（6）.

[8]吳巍，吳渭，駱連合. 物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)通信技術(shù)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2012.