一款基于单片机自动调音的BDS耳机控制系统设计

倪婷婷 倪菁 姜云耀 邱胜海

摘 要：根据近期对行人过马路戴耳机听音乐的问卷调查结果，因听音乐过马路造成的事故呈明显增多的趋势，针对该现象致力于研究一款基于北斗导航系统（BDS）定位的红绿灯路口控制系统，以STC12LE2052单片机为主控器，通过接收BDS接收机的数据，控制通过路口佩戴耳机者的音乐播放器音调，从而减少事故发生概率，提高交通安全性。

关键词：BDS；STC12LE2052；智能家居；調音

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）08-0-02

0 引 言

追溯耳机历史的发展，最原始的耳机本是用于通信的，而随着科技的发展与进步，人们开始在家使用耳机，随后涌现了众多新型耳机，如AKG，Koss，Sony Walkman，Beats by Dre等，耳机逐渐成为人们生活的必需品。问卷调查结果显示84.7%的人经常使用耳机，其中51.85%的耳机使用者选择走在马路上听歌。近期，凤凰网报道了有关男子戴耳机骑车发生交通事故的新闻，现代人对耳机的依赖已经使得发明耳机的本意变质，导致近几年的交通事故发生率显著上升，耳机涉及的交通安全问题日趋严重。

1 调音系统构成及工作原理

调音系统由北斗导航定位模块、无线耳机模块、外部供电模块、单片机控制系统模块构成。其中，北斗导航定位模块是通过信号接收机捕获并跟踪卫星的信号，根据数据信号按一定的方式进行定位计算，最终得到用户的经纬度、高度、速度和时间等信息。无线耳机采用耳麦式造型，信号接收机安装于耳麦内，采用北斗卫星导航接收芯片进行定位，区别于现有的卫星导航装置，其在语音提示部分由引导路线变更为仅在红绿灯路口处语音提示。BDS运用ASIC硬件结合国产应用处理器[1]，通过BDS接收机与单片机串口连接，读取用户定位信息数据（包括用户所在的经纬度、当地时间、用户行为速度）。

当用户到达红绿灯及路口处，单片机通过读取的用户速度判断用户所处运动状态，是否发出降低音频命令。若用户速度不为0 m/s，单片机会发出降低音频的命令，手机内的耳机检测电路检测到来自耳机控制电路模块的降低音调信号后，手机音乐播放器则降低播放音调；若用户速度为0 m/s，单片机会发出反馈BDS警报的信息。通过红绿灯路口，单片机通过读取BDS数据发出反馈降低播放器音调的命令[2]。

2 调音控制系统的设计

2.1 航芯一号HX103简介

航芯一号HX103 [3]是40 nm CMOS BDS/GPS射频基带一体化SoC北斗导航芯片，具有高系统整合度（SoC）、低外部组件成本（BOM cost）、超小布局面积（芯片尺寸：

5 mm×5 mm BGA）等特点。航芯一号实现了新产品对导航芯片体积小，功耗低的要求，可广泛应用于智能手持设备、可穿戴设备、物联网等大众应用领域，北斗接收机系统框架如图2所示，包括捕捉模块、跟踪模块、外设模块等[4]。

2.2 基于STC12LE2052的主控电路设计

STC12LE2052单片机是高速、低功耗的新一代兼容8051内核单片机。其共有20个引脚，15个通用I/O接口；内部集成MAX810专用复位电路；具有2路PWM/PCA（可编程计数阵列）；用户可用程序空间为2 kB；片上集成256 B RAM；支持ISP（在系统可编程）/IPA（在应用可编程）；工作电压范围在2.4～3.8 V之间[5]；具有DIP/SOP/TSSOP（超小封装

6.4 mm×6.4 mm）3种封装形式[6]。

以STC12LE2052单片机为系统主控芯片，系统主控电路如图2所示。单片机的P1.0接口和P1.1接口分别与BDS接收机相连，通过软件模拟I2C总线进行两芯片间的通信；XTAL1接口和XTAL2接口外接晶振电路；RST口外接复位电路；P1.2接口做命令输出接口，连接到耳机控制电路模块[7]。

2.3 耳机内部电路设计

耳机控制电路模块电路如图2所示。在该电路中采用国际标准的3.5 mm四段式手机耳机插头，其共有四条引线，依次是：L左声道、R右声道、控制端和公共地。其中，控制端和公共地回路间并接有按键和麦克风，按键控制着手机音乐播放器的开关和来电的接听与挂断。同时增加了一个与按键并联的三极管开关，其发射极与控制端相连，集电极与公共地相连，基极与单片机的P1.2接口相联，由单片机控制三极管开关的开启与关闭，从而达到代替手动控制按键的目的。

3 控制系统软件设计

当卫星导航系统使用有源时间测距来定位时，用户终端通过导航卫星向地面控制中心发出一个申请定位的信号，之后地面控制中心发出测距信号，根据信号传输的时间和三球交汇的原理得到用户与两颗卫星的距离并计算用户空间位置[8]，当单片机接收到红绿灯路口处的数据时，对信息的内容进行判断，并实现自动调节音调的功能。工作流程如图3所示，由于篇幅所限，控制代码在此不再赘述。

4 结 语

21世纪时代，人们的生活特点更快、更广、更便捷。耳机可以为现代人营造一个私密轻松的氛围通过研究一款基于单片机自动调音的北斗耳机，运用单片机读取BDS接收机数据，并发出警报或反馈信息，实现提醒用户注意红绿灯路口，减少交通事故的发生；同时，吸收我国现阶段新进技术中国芯，保障用户私人信息安全，积极营造健康和谐社会。

参考文献

[1]山田宰.数字广播技术手册[Z].北京：科学出版社，2005.

[2]中国卫星导航系统管理办公室.北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件[J]. 公开服务信号B3I（1.0版），2018（2）.

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

[4]沈红卫.单片机通信与组网技术[D].北京：电子工业出版社，2014（2）：186-227.

[5]吕高.基于STC12LE2052AD和nRF2401模块的无线通讯设计[J].电力学报，2007，2（4）：488-490.

[6]宏晶公司[Z]. STC12LE2052AD芯片手册.

[7]王海滨，胡德计. 一种基于单片机的可自动关闭音乐的耳机装置[J]. 微型机与应用杂志，2014，3（6）.

[8]吴巍，吴渭，骆连合. 物联网与泛在网通信技术[M]. 北京：电子工业出版社，2012.