基于ZigBee的无线音频传输系统的制作方法

本发明涉及视频传输领域，具体涉及一种基于zigbee的无线音频传输系统。

背景技术：

无线多媒体传感器在当今的用处已经相当广泛了，借助无线多媒体传感器可以大大节省人力资源。无线多媒体传感器利用节点内置的各种传感器测量所在周围环境中的声音、图像、红外、雷达和地震波信号，从而得到我们所需要的数据和信号。在通信方式上，尽管可以采用多种方式进行通信，但通常低功率低功耗的短距离无线通信技术被认为最适宜传感器网络的实现，为明确起见，通常我们称作为无线传感器网络。无线传感器网络相比于传统的无线网络有着截然不同的设计目的，在无线传感器网络范围内，除了少部分节点需要移动外，大多数节点都是静止的。因为他们经常处在人无法接近的极端恶劣的环境中，有的甚至运行在危险的环境中，能源无法及时的更替，因此，延长网络节点的生存周期策略的有效设计成了无线传感器网络的关键问题。用户对无线传感器网络与传统传感器提出截然不同的技术要求，传统的传感器以数据为核心，而无线多媒体传感器则以传输数据为目标。

在有大量网络节点的传感器网络中，两个相互靠近节点之间的距离非常近，采用多跳通信模式很大程度上降低了功耗，同时通信的隐蔽性也有所增加，通常长距离无线通信容易遭受外界噪声的扰乱，采用多跳通信这个问题就可以得到很好地解决。正是由于现实的要求和各种制约因素的存在，也为研究传感器网络的发展和研究提出了新的技术性问题。纵观这么多年来无线传感器的发展情况，越来越多的问题得以解决并且技术也在不断的更新和突破。可事实只能进行简单数据采集和处理监测任务中得到简单的数据的无线传感器网络系统是目前市场上的共性，具有很少的信息数据含量，较差的灵活性，以及不广泛的应用前景，因此，应运而生的无线多媒体传感器将取代以往的单功能的无线传感器，这种传感器具有多种感知媒体类型的传感器节点构成。节点之间互相利用资源分工合作处理任务，针对不一样的媒体有不同的处理办法和感知能力。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种基于zigbee的无线音频传输系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于zigbee的无线音频传输系统，包括

音频采集单元，采用由麦克风、音频采集电路组成的音频传感器，用于采集音频数据；

音频传输单元，采用cc2530芯片，用于通过cc2530自带的8051cpu将音频采集单元所采集到音频数据进行模数转换，将模拟信号转换成机器可以识别的数字信号，由软件部分对采集到的音频数据进行编码压缩后，利用cc2530的无线收发器将数据无线发送给音频播放单元；

音频播放单元，用于接收通过cc2530发射器无线发射过来的数据，并通过滤波电路进行去噪处理后，再通过放大电路放大后连接到扬声器上，实现音频的播放；

电源供给单元，用于向音频采集、传输和播放模块提供电压输出，保证每个模块的有稳定的电压供给。

优选地，所述音频播放单元选用0.8ω功率0.5w的扬声器。

优选地，所述音频采集电路由mic麦克风、电阻、电容、放大器构成，音频从mic麦克风输入，通过10k的r1进行限流，vcc使用外界4-8v直流电源进行供电。c1采用电容104作为耦合电容，通过旁路电容c3将前级电路中的高频和低频信号分开，滤除输入信号中的高频噪声，通过c4电容10uf的控制对电压放大200倍，利用电容220uf的c6作输出耦合使用，隔断直流电压并且耦合音频的直流信号，选用470uf的电容c7供电源滤波使用，去除电源管脚的噪声，稳定ic的供电，电容c8稳定电源输出；选用lm386功率放大器对电路中电压进行信号放大，通过改变c4的大小可以改变放大倍数，选用双电压比较器集成电路，引脚2和引脚3输入模拟信号，引脚1则输出二进制的数字信号，音频信号经过放大和滤波处理后将输出到cc2530的i/o口。

优选地，所述音频传输单元包括cc2530芯片、模块接口底座和复位电路，所述cc2530芯片自带8051cpu处理器和射频收发器，模块接口底座的各个接口都相应的连接着cc2530模块各个引脚，从而可以让电源电压、传感器信号和复位信号进入正确的cc2530芯片引脚中，完成给cc2530芯片供电、信号采集和复位操作；复位电路产生的低电平输入到cc2530的一个复位引脚，执行一系列的硬件初始化操作，包括：cc2530芯片把21个i/o引脚全部配置为输入上拉；把0x0000地址赋值给cc2530的cpu程序指针，程序从0x0000地址开始执行；cc2530芯片所有的外设寄存器初始化为复位值，当完成复位后，cc2530芯片重新开始运行。

优选地，cc2530的天线采用2dbsma接口的杆状天线。

优选地，所述电源供给单元采用电池供电或者直流电源供电。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明基于zigbee的无线音频传输系统，能解决传统有线方式进行数据感知带来的高成本、低准备率等问题，具有无线自组网、低成本、安装部署灵活、抗干扰、可扩展性强、可靠性高的优势。

2、本发明基于zigbee的无线音频传输系统可以推广使用到库存管理、产品质量监控、工业控制、地震区监测以及煤矿井下监控、定位及小区安防等多种领域，进一步提升监测监控领域智能化、信息化水平。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为音频采集原理图。

图3为cc2530通信模块结构框图。

图4为cc2530芯片电路图。

图5为模块接口原理图。

图6为复位电路图。

图7为音频播放原理图。

图8为电源模块原理图

图9为电压转换原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于zigbee的无线音频传输系统，包括

音频采集单元，采用由麦克风、音频采集电路组成的音频传感器，用于采集音频数据；

音频传输单元，采用cc2530芯片，用于通过cc2530自带的8051cpu将音频采集单元所采集到音频数据进行模数转换，将模拟信号转换成机器可以识别的数字信号，由软件部分对采集到的音频数据进行编码压缩后，利用cc2530的无线收发器将数据无线发送给音频播放单元；

音频播放单元，用于接收通过cc2530发射器无线发射过来的数据，并通过滤波电路进行去噪处理后，再通过放大电路放大后连接到扬声器上，实现音频的播放；

电源供给单元，用于向音频采集、传输和播放模块提供电压输出，保证每个模块的有稳定的电压供给。

所述音频采集电路由麦克风、电阻、电容、放大器构成，vcc使用外界4-8v直流电源进行供电；音频从mic麦克风输入，通过10k的r1进行限流，通过电容104c1作为耦合电容，通过旁路电容c3滤除噪声，将前级电路中的高频和低频信号分开，滤除输入信号中的高频噪声；通过c4电容10uf的控制对电压放大200倍，通过电容220uf的c6输出耦合，隔断直流电压并且耦合音频的直流信号，通过470uf的电容c7进行电源滤波，去除电源管脚的噪声，稳定ic的供电，电容c8稳定电源输出；选用lm386功率放大器对电路中的电压进行信号放大，lm386是针对音频处理专用的功率放大器，lm386可以进行调整增益并且本身的功耗很低，通过改变c4的大小改变放大倍数；选用了lm393器件即双电压比较器集成电路，可以用作模拟电路和数字电路的接口，引脚2和引脚3输入模拟信号，引脚1则输出二进制的数字信号，可以视为一位的模数转换器。音频信号经过放大和滤波处理后将输出到cc2530的i/o口，音频采集电路图如图2所示。

音频传输电路设计

cc2530自带8051cpu处理器和射频收发器。无线传输硬件主要由无线射频电路和天线组成，图3为cc2530模块的结构图，图4所示为cc2530芯片电路图。

处理电路模块的设计还包括其模块接口底座和复位电路。模块接口原理图如图5所示，其作用是让cc2530模块可以与底板电路连接使用。接口底座的各个接口都相应的连接着cc2530模块各个引脚，从而可以让电源电压、传感器信号和复位信号进入正确的cc2530芯片引脚中，完成给cc2530芯片供电、信号采集和复位操作等功能。

按键复位，按下s3键，复位电路就会产生一个低电平。复位电路产生的低电平输入到cc2530的一个复位引脚，执行一系列的硬件初始化操作。复位操作包括：cc2530芯片把21个i/o引脚全部配置为输入上拉；把0x0000地址赋值给cc2530的cpu程序指针，程序从0x0000地址开始执行；cc2530芯片所有的外设寄存器初始化为复位值。当完成复位后，cc2530芯片重新开始运行。复位电路如图6所示。

音频播放电路设计

音频播放电路将从cc2530模块获得的音频数据，进而对数据进行一系列的处理后将得到清晰的音频进行播放。本部分电路对输入的音频进行放大，并且电路中还存在器件引起的噪声，如果不对噪声进行处理的话，输入麦克风发出的声音将会被噪声掩盖，所以要对信号进行必要的滤波处理。音频播放电路原理图如图7所示。

音频播放电路设计，选用lm386对信号进行功率放大，lm386工作的电压比较低，4v直接电源就可以满足其工作，所以可以和音频采集电路与音频播放电路工作一个电源模块，不需要重新设计新的电源模块。lm386内置电压增益为20，但是还打不到放大的倍数要求，需要在1脚和8脚之间外接一个10uf的电容使电压增益达到200，电容c4的大小决定电路的放大倍数。选用10k的滑动变阻器调节电路中的电流输出，通过调节滑动变阻器的阻值，可以调节音量的大小。与7脚连接的电容c1用作旁路电容，由于输入的信号中混有高频和低频成份，c1的作用就是滤除高频成份，保证低频信号输出，去除高频噪声。c2电容大小选用250uf，用于隔直和耦合，因为lm386是单电源为其供电，其输出端5脚会存在直流电压，如果直流电压长时间存在将扬声器损坏，因为选用250uf的c2阻止直流电压的通过，c2还可以耦合电路中的交流信号，电容c2与扬声器负载构成一阶高通滤波器，对输入信号进行滤波，可以减小噪声。

音频采集和播放电路中都用到了lm386功率放大器，lm386的功放作用对处理音频放大效果非常好，是一种专门用于音频功放的集成电路。该放大器内部具有三级放大电路，所以放大的效果很明显。该放大器共有八个引脚，引脚2和3分别为反相和同相输入端，用引脚5对信号进行输出，八脚和一脚之间接一个控制放大倍数的电容，如果不外接一个电容的话，电路的电压增益只有20，四脚用于接地，六脚用于与5v的电源相连为其供电，引脚7接地之前必须外加一个0.1uf的旁路电容，能够有效地抑制噪声。lm386也可用电池供电，功耗比较低。

音频采集电路中用到了lm393器件，lm393是专业的双电压比较器集成电路。lm393内置两个比较器用于两端输入电压的比较，每个比较器的两端输入模拟信号，对这两段的电压进行比较，同相端的电压高的情况下输出为高电平，如果是反相端电压高时则输出为低电平，lm393可用作模拟电路和数字电路的接口。lm393的引脚1、引脚2和引脚3分别为一个比较器的输出端、反相输入端和正相输入端。引脚4和引脚8分别用于接地和接电，其余三个引脚作为另以个比较器的输入和输出端。lm393能够利用滞回去除或者减少电路中的震荡，这些震荡通常是因为输出端到输入端有寄生电容，这些寄生电容引起震荡，并且这种震荡即在电源周围使用滤波电容也是没办法消除的。

电源供给单元设计

所述电源供给单元采用电池供电或者直流电源供电，如图8所示。6v的电压通过4节1.5v的电池经过电池组来实现，但是cc2530需要3.3v的电压，所以本设计采用的是ams1117来进行电压值6到3.3v的转换。另外还有直流供电方式，直流电源供电直接输出5v电压，然后通过ams1117芯片将5v电压直接转换为3.3v电压。通过开关可以选择电源选择的方式。当在户外测试时必须使用电池供电才能保障节点的正常运行。

如图9所示，ams1117转换电路模块的功能是为了实现将电池组提供的6v电压通过ams1117的固定电压输出功能来得到3.3v的电压，用这3.3v的电压来给cc2530芯片供电。

cc2530模块的底座上有专门的usb接口和dc接口用于供电，同时底座也可以为采集电路和播放电路供电，底座左下方的从左到右三个按键分别是s1和s2可手动组网，s3用于电路复位。按键的上方是一排指示灯，前三个是组网指示灯，rx和tx是串口收发指示灯，pwr为电源指示灯。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。