多功能便攜式無線擴音器改進設計

何建威 雷源春

摘要：關于教學用便攜式多功能擴音器體積大、質量重、不方便攜帶、功耗大等缺點，使用戶有良好的體驗，對教學用便攜式多功能擴音器進行優化改進設計。通過軟硬件結合與外觀設計的改進，將現有便攜式擴音器由原來不良的用戶體驗向多元化體驗進行改進，旨在使擴音器由原來呆板木訥的設計轉為具有一定符合現代人大方美觀的時尚設計，給用戶有更好的實用體驗，以更好的提升課堂氛圍。

關鍵詞：擴音器nRF24L01芯片；無線傳輸；數字音頻

現市場上已有的擴音器主要以有線傳輸和模擬無線傳輸占大部分市場份額，由于各種原因使得用戶體現并不理想，如有線線材質量差容易損壞、模擬的干擾大、設計體積大等原因，對現有教學用便攜式擴音器進行改進設計，使用戶有良好的體現。以提高可攜帶性、實用性、時尚性、功能性等優點。以提升課堂教學氛圍。本文基于Atmega8和nRF24L01無線傳輸收發元件進行電路內部的方案設計，可利用nRF24L01芯片的智能尋址技術，以實現對發射機與接收機之間的任意匹配，以實現點對點傳輸。通過Atmega8的D/A轉換為模擬音頻信號進行設計。

1 系統整體設計

系統由Atmega8單片機、nRF24L01無線收發芯片、語音信號音頻放大運放NE5532、集成音頻功率放大TDA2025，電源穩壓模塊、可充鋰電池組成（圖1）。由麥克風進來的音頻信號通過運算放大電路處理后的模擬信號經過Atmega8內部A/D轉換成數字信號，通過SPI接口與nRF24L01芯片進行通信。在接收模塊中，由nRF24L01芯片組成的接收機接收發送機信號，再通過Atmega8轉換為PWM信號，通過低通濾波器轉為音頻信號。最后經過TDA2025集成功率方法電路還原并放大輸入信號。

2 無線收發模塊設計

本設計采用nRF24L01作為無線收發芯片，nRF24L01是一款新型單片射頻收發器件，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。輸出功率頻道選擇和協議的設置可以通過SPI 接口進行設置。幾乎可以連接到各種單片機芯片，并完成無線數據傳送工作。當其工作在發射模式下發射功率為0dBm 時電流消耗為11.3mA ，接收模式時電流消耗為12.3mA，掉電模式和待機模式下電流消耗更低，可以實現低功耗工作。

信號由Atmega8通過SPI接口傳送給nRF24L01芯片（圖2）。本系統采用連續轉換模式，采樣頻率為20KHZ/8bit精度。轉換完成后出發ADC中斷，由于系統為便攜式設計，采用直流可充鋰電池供電，對MCU與RF芯片分別采用獨立的LDO穩壓芯片進行穩壓，以減少電流對芯片的相互影響。

信號接收電路由Atmega8與nRF24L01組成（圖3），無線語音信號通過nRF24L01的SPI接口傳送到Atmega8中，設置TCCR1A寄存器讓其工作在PWM，讓TIMER2工作在PWM比較匹配模式，修改換成緩沖區數據，并把數據送至TIMER1，從而改變PWM占空比，實現PWM音頻信號的轉換。

3 低通濾波電路與功放電路

本設計采用RC低通濾波電路，功放則采用TDA2025集成功率芯片的BTL標準電路，以提高其輸出功率。TDA2025集成功率芯片其具有聲道分離高、電源接通是沖擊噪聲小、外接元件少，最大電壓增益可由外接電阻調節等特點，非常適合于便攜式擴音器做功率放大使用，其電壓驅動要求低，適合使用充電電池供電。

4 喇叭選擇與外觀

市面上大部分便攜式擴音器體積和重量都比較大，這直接影響到用戶的體驗和時尚性。大部分廠家只考慮到其使用性而忽略了其外觀性。因為喇叭功率與體積的選擇直接關系到其重量與外形，要想得到音頻覆蓋面積廣，必須采用大尺寸全屏喇叭，而大功率的喇叭體積就無法做小；反之要想得到設計精美的外形，就得犧牲大尺寸喇叭。固然這是矛盾的，不能全面兼顧，只能選其一。本設計采用1.75寸8W的全頻喇叭，其靈敏度為90db，高度為18MM的全屏喇叭2個，組成陣列式喇叭，以抵消單個喇叭輸出功率不足的缺陷，從而為外觀的設計創造條件。

考慮到本系統在大空間場合使用的情況，在主擴音器預留一個3.5MM音頻輸出接口，為外部擴展功率放大使用，以提高其輸出功率。主擴音器為扁平長方形，基于人體工學與視覺效果，與利于掛在手臂上等綜合考慮，外形外觀設計為90*60*30MM較為合適。擴展音箱可設計成時尚的圓柱形，可參考市面上小型藍牙音頻音響外形做設計。

擴展音箱與主擴音器建模草圖

5 結語

由于本裝置采用數字傳輸，模擬信號轉換為數字信號，經無線傳輸再轉換為模擬信號，信號經過多次的轉換，必然會產生不同程度的失真，并不能完全恢復原來的音頻信號，音質必然會產生影響，無法與現有有的模擬音頻信號放大裝置作對比，這也是模擬音頻放大電路一直沿用到現在的原因，而全數字功放還不能得到較好的廣泛推廣，也是由于其輸出音質達不到理想效果。但本設置并不在追求音質方面考慮，這樣的輸出效果是可以接受的。

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