一款基于nRF24E1無線耳麥設計

　　0前言

　　當前，隨著Interne t和個人電腦的普及，人們通常使用有線的耳麥進行語音聊天。由于有線耳麥的局限性，使人們必須坐在電腦前才能語音聊天。

　　如果時間久了，會造成電腦對人體的輻射，從而影響人的健康;在家用電視方面，人們通常使用電視內置喇叭來聽電視傳來的聲音，這樣有時候會給家庭其他成員的工作與休息造成一定的影響。

　　基于這些問題，本文設計并實現了一種基于nRF24E1的無線耳麥。本設計具有抗干擾能力強、保密性好、音質好、成本較低等優點。其室內傳輸距離在30米左右，從而減少電腦對人體的輻射，并且不影響家庭其他成員的休息與工作。

　　該無線耳麥使用當前最先進的無線收發芯片nRF24E1，它可以在世界公用的ISM頻段2. 4G ~2. 5GHZ內實現語音的無線通信。

　　1 nRF24E1介紹

　　nRF24E1芯片是北歐集成電路公司NORD IC推出的一款帶2. 4GHz無線收發器nRF2401和增強型8051內核的無線收發模塊。該芯片的通道運算時間小于200us，數據速率為1Mbps，不需要外接SAW濾波器，是目前世界首推的全球通用的低成本射頻系統級芯片。內部嵌有與8051兼容的微處理器和10位9輸入的模/數轉換器，可以在1. 9V~ 3. 6V之間的電壓下穩定工作;另外還嵌有電壓調整器和VDD電壓監視器。無線收發部分有與nRF2401同樣的功能，該功能由內部并行口和內部SPI啟動，每一個待發信號對于處理器來講都可以作為中斷進行編程，或者通過GPIO端口傳送給微處理器。nRF24E1芯片可以在世界公用的ISM(工業、科學和醫學)頻段2. 4 ~ 2. 5GHz內實現無線通訊。其收發部分包含有分頻器、放大器、調節器和兩個收發單元，輸出能量、頻段和其它射頻參數可通過射頻寄存器方便地編程調節。在發送模式下，電流消耗只有10. 5mA;在接收模式下，電流消耗也只有18mA，所以功耗相當低。

　　2無線耳麥的硬件結構設計

　　無線耳麥主要由插頭部分和耳麥部分組成。插頭部分主要由兩個插頭和nRF24E 1組成。這兩個插頭，分別是麥克風插頭和耳機插頭，它們分別插在電腦的麥克風插孔和耳機插孔或家用電視的耳機插孔;耳麥部分主要由麥克風、耳機和nRF24E1組成。其硬件結構框圖如圖1所示。無線耳麥通過無線語音收發芯片nRF24E1實現語音的雙向通信。

　　無線耳麥可以把人說話的聲音經麥克風送進電腦;也可以把電腦或者電視的聲音送到無線耳麥的耳機里。無論是把語音送到電腦或者電視里，還是把語音送到耳機里，單向語音傳送的工作原理是一致的。

　　圖1無線耳麥的硬件結構框圖

　　nRF24E1芯片內嵌有9通道的10位ADC(Analog to D ig ital Converter，模數轉換器)，它的采樣頻每個RF(R adio Frequency，射頻)數據包含有24個字節或3m s的音頻采樣信號。

　　無線耳麥把人聲送進電腦或者電視的發送和接收過程如圖2所示：

　　發送端的電路圖3如圖所示。在麥克風和nRF2401的ADC模塊之間，需要有前置濾波放大電路。它對麥克風拾到的模擬音頻信號進行濾波放大。放大后的模擬音頻信號被送到ADC中。

　　圖2單向的語音發送及接收過程

　　圖3語音的發送電路圖

　　在接收端，當RF前端nRF2401收到1個有效的數據包，并且微控制器收到1個RF接收中斷的時候，接收到的數據包中的有效數據部分可用RF前端的FIFO分離出來;然后，把分離出的有效數據部分存儲到8051內的接收緩沖區(RxBuf);存在接收緩沖區的語音信號以PWM信號的形式輸出;PWM輸出通過8位PWM引擎來驅動，不需要微控制器分擔處理任務;最后語音信號經PWM信號送出去。

　　接收端的電路圖如4圖所示。nRF24E1芯片提供一個PWM輸出口。nRF24E1的PWM輸出信號，通過一級放大，就可以得到所需的音頻模擬信號。

　　圖4語音的接收電路圖