通信技术毕业论文综合实践论文无线对讲机大学论文.docx
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通信技术毕业论文综合实践论文无线对讲机大学论文
毕业设计综合实践论文
论文题目:
无线对讲机
指导老师:
xx
学生姓名:
xxxx
学号:
xxxxxx
专业:
通信技术
2017年1月2日
摘要
本次设计基于STM32F103RBT6单片机和RDA1846S对讲机RF射频芯片实现无线移动通信。
本系统能够发射和接收相同频率的信号,可以手动切换发射和接收信号。
也可以实现收音功能。
在频率调节方面,我们选择手动调节频率,用按键来控制,同时,用按键控制音量的加减。
除了基本功能以外,附加了录音放音模块,用来对说的话进行录音。
关键词STM32F103RBT6 RDA1846S对讲机无线
Abstract
ThisdesignisbasedonSTM32F103RBT6MCUandRDA1846SradiofrequencychipRFwirelessmobilecommunication.Thesystemcantransmitandreceivethesamefrequencyofthesignal,youcanmanuallyswitchtotransmitandreceivesignals.Itcanrealizetheradiofunction.Inthefrequencyregulation,wechoosetomanuallyadjustthefrequency,withbuttonstocontrol,atthesametime,theuseofbuttonstocontrolthevolumeofadditionandsubtraction.Inadditiontothebasicfunction,additionalrecordingplaybackmoduleisusedforrecordingofwords.
KEYWORDSTM32F103RBT6 RDA1846Stwowayradioantenna
目录
第1章绪言1
1.1毕业设计安排1
1.1.1设计周期1
1.1.2毕业设计课题要求2
1.2无线对讲机通信系统2
1.2.1对讲机概述2
1.2.2专用通信系统的功能特点2
1.2.3对讲机的应用3
第2章方案设计与论证4
2.1方案的比较4
2.1.1模拟对讲机与数字对讲机的选择4
2.1.2方案的比较5
2.2方案的设计与论证7
2.2.1方案整体流程图7
2.2.2设计方案的论证8
第3章硬件电路的设计8
3.1电源的设计8
3.1.1方案的比较8
3.1.2电源方案的选择11
3.2单片机部分电路的设计12
3.2.1单片机的介绍12
3.2.2单片机最小系统电路设计13
3.3单片机外围电路的设计14
3.3.1显示电路的设计14
3.3.2射频电路的设计16
3.3.3射频放大电路的设计18
3.3.4按键电路的设计21
3.3.5录音电路的设计方案22
3.4音频放大电路的设计23
3.4.1方案的比较23
3.4.2方案的选择26
3.5声音采集电路的设计27
第4章软件的设计28
4.1软件流程图28
第5章硬件电路的调试29
5.1电源电路调试29
5.2音频放大电路的调试29
5.3声音采集电路的调试29
结束语30
谢辞31
参考文献32
第1章绪言
1.1毕业设计安排
1.1.1设计周期
本次毕业设计总计用五周时间,分五个周期,每一周为一个周期。
(一)第一周期
本周主要明确成员分工、课题选择、学习以及相关资料的搜集。
方案的比较与确定以及绘制原理图。
周一:
课题的选择及确定,明确成员分工。
周二:
软件的学习,熟悉及流程图的分析和确定。
周三到周五:
对讲机电路的学习,方案比较确定,及关键芯片的选择。
对设计难点进行分析解剖,确定可以实施的方案。
绘制电路原理图。
(二)第二周期
本周主要设计主程序和子程序和测试程序,以及方案的进一步完善。
周一到二:
对讲机单片机的主程序,及各部分子程序的框架搭建。
对硬件电路软件实现进行难度分析。
周三到周五:
电路图的进一步完善、改进。
对个别器件进行修改,更新元器件清单。
单片机的主程序设计、子程序及测试程序的设计。
(三)第三周期
本周主要对软件进行测试、完善,对硬件电路进行焊接和初步调试。
周一到周二:
软件进行行功能性测试。
对软件进行修改、完善。
周三到周五:
硬件电路的焊接,并对硬件电路进行初步调试。
(四)第四周期
本周对硬件电路和软件结合进行调试,论文撰写。
周一到周五:
对硬件电路和软件结合进行调试,撰写论文。
(五)第五周期
本周主要为论文撰写与修改,毕业答辩。
周一到周二:
论文的撰写与修改。
周三到周五:
毕业答辩。
1.1.2毕业设计课题要求
(一)课题目的
实现短距离无线通信,更加便捷的管理各个部门。
(二)课题完成要求及技术指标:
1.实现无线语音传输(半双工)。
2.通信距离大于100m。
3.发射功率小于等于2W。
4.接收灵敏度-80dBm。
5.信噪比60dB。
6.在空闲的状态实现收音机的功能。
7.显示发射功率和信号频段450MHZ。
1.2无线对讲机通信系统
1.2.1对讲机概述
通常将工作在超短波频段(VHF30~300MHz、UHF300~3000MHz)的无线电通信设备都统称为无线电对讲机通信系统。
实际上,按国家标准,应当把超短波调频无线电话机称为无线电对讲机。
通常,人们把功率小、体积小的手持式无线电话机叫做“对讲机”,以前曾有人称它为“步谈机”、“步话机”;而将功率大、体积较大的可装在车(船)等交通工具或固定使用的无线电话机又叫做“电台”,如车载台(车载机)、船用台、固定台、基地台、中转台等。
经过几十年的发展,对讲机的应用已十分普遍,已从专业化领域走向普通消费,从军用扩展到民用。
在日常工作中,对讲机几乎无处不在,在飞机场、火车站、汽车站、轮船码头的工作人员手中,处处可以看到对讲机。
它既是移动通信中的一种专业无线通信工具,又是一种能满足人们生活需要的具有消费类产品特点的消费工具。
1.2.2专用通信系统的功能特点
(一)移动性
无线电对讲机本身即为可移动终端,可以实现端到端的脱网应用,非常适合在恶劣环境中使用;同时,与其配套的可以有大型的固定式基站设备,也可以有便携式的移动车载台、背负式移动台等,极大地方便了在各种通信环境下的使用。
(二)小型化
与公众网的设备不同,以无线对讲机为基础的专用网安装方便、设备相对简单,这不仅有利于系统的移动性,同时也可以使系统更好地满足节能的要求,适合在基础设施破坏严重的场合下应用。
(三)节能性
由于应急场合电力供应不健全,完全依靠电池供电对以公众网为依托的系统来说是难以想象的;而我们的无线对讲机系统可以很容易地实现这些要求。
在应急指挥车上增加小型的发电机、太阳能蓄电设备及备用电池等设备,即可以满足无线对讲机系统的要求。
(四)安装方便
以无线对讲机为基础的应急系统设备简单,易操作、易维护,能够快速地建立、部署、组网。
操作界面友好、直观,硬件系统连接端口较少。
同时,所有接口均标准化、模块化,可以方便地与现有的各种通信系统实现互联互通。
1.2.3对讲机的应用
(一)陆陆应用
顾名思义,即移动台和终端设备均在陆路上的系统。
此种系统的应用场景比较广泛,主要包括公安系统、消防系统、各种调度系统等,在应急场合,携带无线对讲机终端的应急小组可以实现无中心端到端应用,更好地保障了通信系统布设的迅速性;同时,以无线对讲机为基础的应急系统留有卫星接口,可以方便地把应急现场的图片、视频等信息传送至远端的指挥控制部门。
(二)陆空应用
即小型基站设备或移动台等终端设备可以布设在空中载体(如直升飞机、热气球等)上面。
此种系统适合应用于破坏性的自然灾害场合,比如说洪灾、地震等不适于车辆等大型设备进入的场景。
(三)空海应用
即为海上应急指挥通信系统,小型基站设备及控制中心的其他设备布设在指挥舰船上,终端设备可以在直升飞机或是营救艇上。
第2章方案设计与论证
2.1方案的比较
2.1.1模拟对讲机与数字对讲机的选择
(一)模拟对讲机
模拟对讲机是采用模拟通信技术设计的模拟对讲机(也称为传统对讲机),它是将储存的信号调制到对讲机传输频率上。
1、发射部分
锁相环和压控振荡器(VCO)产生发射的射频载波信号,经过缓冲放大,激励放大、功放,产生额定的射频功率,经过天线低通滤波器,抑制谐波成分,然后通过天线发射出去。
2、接收部分
接收部分为二次变频超外差方式,从天线输入的信号经过收发转换电路和带通滤波器后进行射频放大,在经过带通滤波器,进入一本振荡信号混频,将来自射频的放大信号与来自锁相环频率合成器电路的第一本振荡信号在第一混频器处混频并生成第一中频信号。
第一中频信号通过晶体滤波器进一步消除邻道的杂波信号。
滤波后的第一中频信号进入中频处理芯片,与第二本振荡信号再次混频生成第二中频信号,第二中频信号通过一个陶瓷滤波器滤除无用杂散信号后,被放大和鉴频,产生音频信号。
音频信号通过放大、带通滤波器、去加重等电路,进入音 量控制电路和功率放大器放大,驱动扬声器,得到人们所需的信息。
信令处理人的话音通过麦克风转换成音频的电信号,音频信号通过放大电路、预加重电路及带通滤波器进入压控振荡器直接进行调制。
CPU产生CTCSS/DTCSS信号经过放大调整,进入压控振荡器进行调制。
接收鉴频后得到的低频信号,一部分经过放大和亚音频的带通滤波器进行滤波整形,进入CPU,与预设值进行比较,将其结果控制音频功放和扬声器的输出。
即如果与预设的值相同,则打开扬声器,若不同,则关闭扬声器。
3、电源控制
CPU控制在不同状态时,送出不同的电源。
接收电源:
正常处于间歇工作方式,以保证省电。
发射电源:
发射时才有电。
CPU电源:
稳定的电源。
(二)数字对讲机
数字对讲机是采用数字技术进行设计的数字对讲机。
数字对讲机则是将语音信号数字化,要以数字编码形式传播,也就是说,对讲机传输频率上的全部调制均为数字。
2、在数字对讲机中,模拟语音信号首先经过A/D变换和语音编码变换成数字信号。
由于数字对讲机的带宽比较窄,一般为12.5kHz或者6.25kHz,(模拟的为12.5kHz或者25kHz)因此数字对讲机中的语音编码一般采用参量编码方法,即不是把语音信号的波形进行编码,而是提取产生语音信号的特征参数并对特征参数进行编码传输,传输速率一般在1.2~4.8kb/s,可以满足数字对讲机的带宽要求。
1、信道编译码的主要目的是提高数字传输系统的可靠性,通过在语音编码输出的序列中按某种规则加入一些多余码元作为差错控制用的监督码,接收端可以根据这种规则可以发现错误或自动纠正错误来实现。
(三)对讲机的区别
模拟对讲机一般采用倒频率等方法进行信息加密,加密简单、易于破解。
数字对讲机则采用数字加密的方式对用户的信息进行保护,在一些特殊行业如民航、铁路等对信息安全要求比较高的行业,更具有竞争性。
加密的方法很多,如可以把数字信号和一个周期很长的m序列进行模2加,完成加密,接收端用同样的m序列和接收到的加密信号再一次进行模2加,即完成了解密。
与模拟对讲机相比,数字对讲机具有抗干扰能力强、通话质量好、频率利用率高、保密性能好、支持数据业务、便于进行无差错中继、便于合用1套数字中继系统等特点,符合通信发展的规律,无疑数字对讲机是对讲机技术发展的方向,必然会逐步取代模拟对讲机。
(四)对讲机设计的选择
根据对难点及一系列外部因素的考虑,最终选择模拟对讲机作为这次毕业设计最终选择。
2.1.2方案的比较
(一)方案一
51单片机控制RDA5820制作的无线对讲机。
应用材料:
万用板、89C52单片机、LCD1206、RDA5820、小喇叭、拉杆天线、话筒、触动开关、自锁开关、LED、LM386、电阻(可调)、电容(可调)、三极管(9018、8050、8550、3355、2053)、耳机插孔等。
RDA5820是FM收发一体芯片,由芯片引出IIC总线作为控制端与51单片机相接,通过IIC写RDA5820寄存器来控制:
FM接收/发射切换、音量大小、重音提升、静音、软静噪、频点设定、发射功率调节、灵敏度调节等功能。
利用5个按键对整个系统进行控制:
上、下、左、右、发射键。
FM收音功能:
RDA5820可在65-115Mhz的频段内进行立体声FM接收,通过IIC设置40H寄存器的即可定义当前工作模式为FM接收模式。
选用常用频段87-108Mhz并打开重音提升进行测试。
利用5个独立按键进行频率和音量的控制,并将频率、音量、信号强度、是否立体声等信息通过IIC读取显示在LCD1602屏上,(邯郸地区中国之声88.7Mhz)由于RDA5820可以直接驱动耳机,接上50cm的拉杆天线,接上耳机就可以享受立体声广播了。
FM发射功能:
同样,RDA5820也可在65-115Mhz进行立体声发射,设置40H寄存器,即可定义当前工作模式为FM发射模式。
通过5个按键进行频率、发射功率的控制,并将频率、发射功率等信息显示在LCD屏上。
对讲机功能:
将上述两种功能结合在一起就能实现对讲机功能,采用130-135MHz作为对讲频段,进入对讲机模式模块自动切换到静音状态,通过读取0BH寄存器来判断是否去噪,当模块接收到发射信号时0BH寄存器FM_TRUE[8]=1(有台),此时关掉音量进入接收状态,否则继续静音。
当按键5按下时,模块切换到FM发射模式,并可通过上下按键调整功率大小。
在天线端接上功放,就可以做成数字对讲机。
(二)方案二
基于STM32F103RBT6单片机和RDA1846S对讲机RF射频芯片制作的对讲机。
应用材料:
PCB板、STM32F103RBT6单片机、LCD1206、RDA1846S、小喇叭、拉杆天线、话筒、天线开关、自锁开关、LED、LM386、贴片电阻、贴片电容、RF5110G、耳机插孔等。
RDA1846S不需要再设置频段,RDA1846S会根据设置的频点自动选择工作频段。
一种基于RDA1846S为射频电路的对讲机,包括相连的MCU控制模块和基带处理器,所述MCU控制模块还分别与射频芯片及本振芯片相连;所述射频芯片经两个功放器后与转换模块相连,所述基带处理器是通过压控振荡器分别均与射频芯片、本振芯片相连,所述转换模块还通过带通滤波器和天线相连,所述基带处理器依次相连有转换模块、带通滤波器、第一放大器、混频器、中频滤波器、中频放大器及鉴频器;所述射频芯片和本振芯片均采用RDA1846S芯片。
可以实现FM收音、FM接收、对讲功能,原理和方案1基本相同。
(三)方案的最终确定
最终确定采用方案二作为这次设计的主要方案。
RDA5820芯片工作的频率范围是65-115MHZ,与收音机的频率范围重复,而RDA1846S芯片频率范围是400MHZ以上,还会根据设置的频点自动选择工作频段,不会产生频段干扰。
2.2方案的设计与论证
2.2.1方案整体流程图
(一)设计的硬件流程框图如图1。
图1硬件流程框图
(二)设计的软件流程框图如图2:
图2软件流程框图
2.2.2设计方案的论证
(一)本次设计是基于STM32F103R6T6单片机和RDA1846S对讲机RF射频芯片制作的对讲机。
以单片机为核心,控制液晶、RDA1846S等器件工作。
RDA1846S语音芯片集成度高、功能强大、频率范围是400MHZ以上,还会根据设置的频点自动选择工作频段,不会产生频段干扰。
根据方案比较的结果,方案理论上是可以实现的。
第3章硬件电路的设计
3.1电源的设计
3.1.1方案的比较
本次设计电源部分所需的电压为3.3V。
分别需要供给RDA1846S、STM32F103R6T6、RF5110G。
(一)方案一
基于AMS1117-3.3三端可调或固定电压3.3V输出电流为1A的电源。
电路图如图3:
图3电源电路图
绝对最大额定值:
工作结温范围:
-40~125°C。
输入电压:
15V。
焊接温度(25秒):
265°C
存储温度:
-65~150°C。
电气特性如下:
输出电压:
3.267~3.333V(0<=IOUT<=1A,4.75V<=VIN<=12V)线路调整(最大):
10mV(4.75V<=VIN<=12V)负载调节(最大):
15mV(VIN=5V,0<=IOUT<=1A)电压差(最大):
1.3V电流限制:
900~1500mA静态电流(最大):
10mA纹波抑制(最小):
60dB
C1、C2是对电源进行滤波,D1为电源指示灯。
(二)方案二
采用M5237L外接晶体管构成的输出1A/3.3V的稳压电源电路。
电路图如图4:
图4M5237L外接电路图
M52361L/M5237L是日本三菱公司生产的输出电压可变型稳压器驱动模块,通过与外接PNP型三级管的结合,可以构成输入输出压差小的三端稳压电路,其输出电压可通过外接电阻在1.5V~36V之间任意调节,输出电流可通过选择不同的外接三极管来实现。
采用M5237L外接晶体管VT1构成的输出1A/3.3V的稳压电源电路。
(三)方案三
基于LDO低压差线性电源芯片制作的电源。
其具有使用简单,但效率偏低。
1、MIC39101-3.3V典型电路设计如图5。
图5MIC39101-3.3V典型电路图
电容选取如表1:
表1电容选取表
电容类型
容值/耐压
等效串联电阻
型号
C1
瓷片电容
10uf10v
10mΩ
GRM21BR61A106KE19L
C2
钽电容
47uf16v
800mΩ
TAJD476K016RNJ
此电路输入电压为5v,输出电压为3v,最大允许输出电流为200mA。
2、MIC37302-WU 典型电路设计如图6。
图6MIC37302典型电路图
电容的选取如表2:
表2电容选取表
电容类型
容值/耐压
等效串联电阻
型号
C1
瓷片电容
10uf10v
10mΩ
GRM21BR61A106KE19L
C2
钽电容
47uf10v
3mΩ
GRM31CR61A476ME15#
此电路输入电压为5v,输出电压为3v,电阻的选择为R1=16.9k、R2=10k,最大允许输出电流为300mA。
3、TPS73033 典型电路设计如图7。
图7TPS3033典型电路图
电容的选择如表3。
表3电容选取表
电容类型
容值/耐压
等效串联电阻
型号
C1
瓷片电容
10uf10v
10mΩ
GRM21BR61A106KE19L
C2
瓷片电容
10uf10v
10mΩ
GRM21BR61A106KE19L
C3
瓷片电容
10uf10v
2Ω
GRM033R61E103KA12D
此电路输入电压为5v,输出电压为3v,最大允许输出电流为90mA。
3.1.2电源方案的选择
经过比较之后,我们最后决定选择方案1作为本次电源设计的最终方案,输出电压比较稳定,而且从价格和电路设计多方面考虑,方案一比较适合。
3.2单片机部分电路的设计
3.2.1单片机的介绍
(一)选用的单片机型号为STM32F103RBT6,其基本信息如下,其引脚图如图8:
图8STM32F103RBT6引脚图
核心处理器:
ARM®Cortex™-M3。
核心尺寸:
32-位。
速度:
72MHz。
连接性:
CAN,I2C,IrDA,LIN,SPI,UART/USART,USB。
外设:
DMA,电机控制PWM,PDR,POR,PVD,PWM,温度传感器,WDT I/O数:
51。
程序存储容量:
128KB(128Kx8)。
程序存储器类型:
闪存。
RAM容量:
20Kx8。
电压-电源(Vcc/Vdd):
2V~3.6V。
数据转换器:
A/D16x12b。
振荡器类型:
内部。
工作温度:
-40°C~85°C。
封装:
64-LQFP。
(二)设计所用的单片机功能介绍。
STM32F系列属于中等容量增强型,32位基于ARM核心的带64或者128K字节闪存的微控制器。
USB,CAN,7个定时器,2个ADC,9个通信接口。
1、内核
a)ARM32位的Cortex-M3CPU。
b)72MHZ工作频率,在存储器的0的等待周期访问时可达1.25DMisp、MHZ(DhrystONe2.1)。
c)单周期乘法和硬件除法。
2、存储器
a)从32K到512K字节的闪存程序存储器(STM32F103XXXX中的第二个X表示FLASH容量,其中,“6”=32K,“8”=64K,B=128K,C=256K,D=384K,E=512K)。
b)高达20K字节的SRAM。
3、电源管理。
a)2.0-3.6V供电和I/O引脚。
b)上电/断电复位(POR/PDR)、可编程电压监测器(PVD)。
c)4-16MHZ晶振振荡器。
d)内嵌入经出厂调教的8MHZ的RC振荡器.
e)内嵌入带校准的40KMZ的RC振荡器。
f)产生CPU时钟的PLL。
g)带校准的32KMZ的RC振荡器。
4、多达9个通信接口
a)多达2个I2C接口(支持SMBus/PMBus)。
b)多达3个USART接口(支持ISO7816接口,LIN,IrDA接口和调制解调控制)。
c)多达2个SPI接口(18M位/秒)。
d)CAN接口(2.0B主动)。
e)USB2.0全速接口。
5、多达7个定时器。
3个16位定时器,每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入。
1个16位带死区控制和紧急刹车,用于电机控制的PWM高级控制定时器。
2个看门狗定时器(独立的和窗口型的)。
系统时间定时器:
24位自减型计数器。
3.2.2单片机最小系统电路设计
(一)单片机系统电路的设计如图9:
图9单片机最小系统图
按键K3和电容C5构成单片机的复位电路,五脚和六脚的外围电路构成8MHZ的振荡电路,三脚和四脚的外围电路构成了32.768KHZ的振荡电路。
3.3单片机外围电路的设计
3.3.1显示电路的设计
(一)LCD1602介绍
1602液晶也叫1602字符型液晶,它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符,每位之间有一个点距的间隔,每行之间也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用,正因为如此所以它不能很好地显示图形(用自定义CGRAM,显示效果也不好)。
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。
市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的,控制原理是完全相同的因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。
(三)LCD1602引脚图如图10,引脚介绍如下。
图10LCD引脚图
第1脚:
GND为电源地
第
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