基于STM32的无线语音传输系统设计与实现

蔡昌毅

摘要：随着移动通信技术的不断发展和完善，人们相互之间的沟通交流方式有了翻天覆地的变化，从过去的以固定电话作为远距离沟通的主要形式，逐渐转化为以移动设备无线通信作为日常生活的主要沟通方式，代表着无线语音传输技术的不断进步。为了进一步探究基于STM32芯片的无线语音传输系统的构建与实现，文章从STM32芯片的特点和无线语音传输系统的含义入手，详细分析了基于STM32芯片的无线语音传输系统的整体设计思路和大体结构，对该无线语音传输系统的硬件和软件结构进行了分类阐述，展现了基于STM32芯片构建的无线语音传输系统的实现。

关键词：STM32芯片；无线语音传输系统；语音信息采集

中图分类号：TN912文献标志码：A0引言作为当前人们使用频率最高，用途最为广泛的沟通方式，语音交流在人们的生活中扮演着重要的角色，为人们的生活提供了巨大的便利，也让人与人之间的沟通比过去更加具有效率。传统语音交流大部分属于有线语音，依靠固定的设备和账号进行沟通，随着无线语音传输技术的发展，无线语音逐渐代替了传统的有线语音，摆脱了电线的束缚，让沟通变得更加高效和便捷。现代社会从来都没有停止过对无线语音传输技术的发展，为了给人们提供更加舒适的沟通体验，使用STM32芯片构建起来的无线语音传输系统逐渐发展起来，不仅满足了人们的日常沟通需要，也使无线语音传输在其他特定场合实现了广泛应用。

1STM32芯片的特点STM32芯片是STMicroelectronics集团推出的高端芯片家族系列，包含众多型号的芯片，主要分为基本型STM32芯片和增强型STM32芯片，主要是为了应对不同的用途和性能需要。基本型STM32芯片主要包括STM32F101R6、STM32F101C8、STM32F101R8、STM32F101V8等6种芯片，增强型芯片则主要包括STM32F103V8、STM32F103RB、STM32F103VB、STM32F103VE等7種芯片，STM32芯片系列以其优秀的能耗比和工作效率，受到了广大电子生产设备厂家的喜爱。本文中应用于无线语音传输系统构建的STM32系列芯片，主要采用STM32F103RCT6单片机作为主控制器，这种芯片应用于无线语音传输系统具备低功耗、低造价、低噪声、高效率的优势，对于无线语音传输系统的构建起到了重要的作用。

2无线语音传输系统无线语音传输系统是在移动通信技术不断完善基础上出现的，虽然现在通过移动电话进行沟通已经成为绝大部分人在大多数环境中进行沟通的形式，但是在很多情境下，移动电话设备并不能完全满足人们的沟通需求，例如：当网络信号存在阻碍，周围缺少移动信号基站的情况下，还有当人们处于特定场合需要对信号进行屏蔽但又不得不进行非面对面沟通的情况下，移动设备就失去了自身的功能［1］。在此基础上，无线语音传输系统解决了这一问题，无线语音传输系统相对于移动设备来说，沟通的距离有一定的限制。无线语音传输系统的沟通有移动设备无法具备的优势：（1）无线语音传输系统不需要建造信号基站，即便是在环境恶劣，没有信号的条件下，依靠无线通信设备和无线语音传输系统，在一定距离内的人也可以实现实时的沟通和交流。（2）无线语音传输系统不需要付出额外的流量费和网络服务费用，极大地节约了成本。（3）无线语音传输设备具有反应快、效率高、实时性强的优势，能够广泛适用于各种需要迅速做出反应和沟通的场合。在当前的社会场景中，无线语音传输系统在外交翻译、安保沟通、野外探险、科学考察等方面发挥着重要的作用。

3基于STM32芯片构建的无线语音传输系统的整体设计思路和结构3.1无线语音传输系统的整体设计思路基于STM32芯片构建起来的无线语音传输系统是当前社会上接受程度较高、应用范围较大的一种系统。利用STM32芯片的优势，这种无线语音传输系统能够极大地降低传统无线语音传输中的噪声，增强音频信号的接收和传递。在基于STM32芯片的无线语音传输系统的构建中，其总体设计方案是通过STM32F103RCT6单片机作为主控制芯片，利用nRF24L01模块作为无线通信的模块，将各种结构的电路设计与基于VS1003B芯片构建的语音处理模块组合。基于STM32芯片构建的无线语音传输系统在硬件结构和软件应用设计以层次化和模块化作为主要的设计理念，通过特定的方法，将不同的模块与无线语音传输进行配合，实现了不同模块的封装函数，达到了点对单点和点对多点等不同形式的无线语音传输目标，共同构建了无线通信链路。

3.2无线语音传输系统的具体结构基于STM32芯片构建的无线语音传输系统在具体结构上主要分为硬件结构和软件应用结构，如图1所示。

硬件结构主要分为语音信息采集系统、语音信息传输系统和语音信号输出系统。软件结构主要分为ADC的采样、DMA传输和DAC转换。若按照不同模块进行相关分类，硬件结构主要分为主控制器模块、复位电路模块、电源模块、无线通信模块、语音编解码模块等，软件结构分为系统开发环境、系统主要软件模块、系统模块初始化、通信链路、无线语音收发、频率切换等［2］。

4基于STM32芯片的无线语音传输系统的硬件设计和软件设计4.1无线语音传输系统的硬件设计4.1.1语音信息采集系统设计语音信息采集系统是基于STM32芯片构建的无线语音传输系统中的第一个系统，承担着有效接收音频信号，降低语音丢包率，确保无线语音传输能够实现的重要责任。当前基于STM32芯片构建的无线语音传输系统一般能够保证有效的语音传输距离达到80m，超过80m则会增加语音的丢包率和失败率。经过相应的测算和试验，该系统能够在50m范围内将语音信号丢包率控制在15%，成功率控制在87%以上。语音信息采集系统是整个无线语音传输系统的基础，是实现无线语音传输的根本保证。本系统语音信息采集电路包括语音采集模块和一个前置放大器模块［3］。语音采集模块使用的是微型的前置束音麦克风，对一定范围内出现的语音信号进行收集和整理，通过前置放大器模块进行放大。本系统中的前置放大器模块使用的是MAX9812L硬件电路。这种硬件电路能够实时对电压信号实行放大，实现完整语音信号的接收和采集。基于STM32芯片构建的无线语音传输系统中语音信息采集模块的具体电路如图2所示。

4.1.2语音信息传输电路的设计语音信息传输电路是基于语音信息采集电路发挥作用而构建的，对语音信息采集电路采集进来的语音信号进行分析、整理、传输的中央系统，是整个无线语音传输系统的重要组成部分。本文基于STM32芯片构建的无线语音传输系统在语音信息传输模块的构建中使用的是NRF24L01芯片。这种芯片的优势在于实效性高、工作效率高、能耗少，能够快速地实现多种形式，如点对点、点对面等不同情况下的语音信号传输，利用这种芯片构建的语音信息传输模块能够用简单的操作实现信号的传递，在工作模式和信号发送形式的转换方面比其他的芯片简单，避免了传统芯片需要更改硬件设置的弊端［4］。经过详细的试验，采用NRF24L01芯片，可以高效率地在两个主控板之间实现语音信息传输。这种语音信息传输的清晰度十分高，在外部噪声的影响下，能够显著降低底噪和环境噪声的影响，这主要归功于不压缩的语音信号传输。

4.1.3语音信号输出播放模块的设计有效地对语音信号进行接收和采集，经由放大器和语音信号传输模块进行输送，通过语音信号输出模块进行播放。虽然语音信号收集模块和传输模块是整个无线语音传输系统的关键，但是直观展现是由语音播放模块进行的。一个无线语音传输系统是否能够在不同场合应用，要看播放的效果。本文基于STM32芯片构建的无线语音传输系统，在语音信号输出模块的构建方面主要依靠中央处理器进行实现。整体来讲，语音输出播放模块是通过CPU中央处理器和模拟语音信号放大器共同组成的。CPU中央处理器由STM32系列芯片担任，在模拟放大器的组件上，主要是基于LM386芯片模块进行构建。这种语音信号模拟放大器能够通过扬声器将声音信号清晰地发出，实现整个无线语音传输系统的完整功能［5］。

4.2无线语音传输系统的软件设计基于STM32芯片构建的无线语音传输系统在软件结构的设计上主要分为ADC的采样、DMA传输和DAC转换。

4.2.1ADC的采样设计ADC的采样设计主要是语音信息的采集循环，在ADC模块进行采样工作时，需要整个无线语音传输系统的硬件系统和软件系统共同配合完成，要配置无线语音传输系统的管脚，从而在一定频率上设定语音信号的采集频道，完成DMA的时钟初始化，在这一系列准备工作结束之后，才能够盘点ADC采样系统是否能够正常进行采样工作。在采样工作进行时，DMA模块会将采集到的语音信息进行发送，再进入准备工作，由此完成语音信息采集工作的完整循環。

4.2.2DMA传输模块的设计DMA模块主要是用来对ADC系统采集到的语音信号进行接收、放大和传送的软件模块，基于STM32芯片构建的无线语音传输系统在进行DMA信号传输的过程中可以不占用CPU中央处理器的资源，降低了CPU的工作负担，还能够在一定程度上提升无线语音传输系统的工作效率。利用DMA传输模块进行工作，能够快速对采集到的语音信号进行数据的寄存，防止由于各种原因出现的语音信号丢包导致的语音传输不完整，这种形式大大提高了无线语音传输系统的容错率。

4.2.3DAC转换模块的设计DAC转换模块本质上属于一种数字模拟转换器，将DMA模块传输回来的信号进行数字化编程放大，实现电压的转换，最终完成整个无线语音传输的循环。本系统采用的DAC转换模块是12位的数字输入模块，整体上采用了两个同样的转换器，对应不同的通道，能够实现数据的实时交换和播放，从数据寄存器上传送语音信号，最终形成语音信号的转换和播放［6］。

5结语基于STM32芯片构建的无线语音传输系统具有成本低、便捷度高、高效率的优势，在会议记录、消防、探险等领域已经得到了广泛的应用。随着科学技术的不断进步和发展，无线语音传输系统在未来必将会发挥越来越大的作用，其工作领域也会伴随着技术的发展不断扩展。

参考文献

［1］陈萧，程赛葛，刘松涛.基于STM32的无线语音传输系统设计［J］.电工材料，2019（2）：43-45.

［2］张海鹏.基于无线语音通信技术的架空人车监控系统设计［J］.机械管理开发，2021（7）：278-280.

［3］刘钧火，赵威海，罗来俊.基于Cortex-M3的无线语音智能相框的设计与实现［J］.湖北农机化，2020（1）：145.

［4］刘斌，杨延宁，李小敏.无线语音放大系统的设计［J］.电子世界，2017（20）：137-138.

［5］姚金龙，刘玉怀，史远航.基于无线语音识别的电动车充电控制系统研究［J］.信息技术，2016（11）：169-171，174.

［6］陈成明，虞丽娟，曹守启.短距离多点无线语音传输系统的设计与实现［J］.华侨大学学报（自然科学版），2016（3）：312-315.

（编辑 王永超）

Design and implementation of wireless voice transmission system based on STM32Cai  Changyi

（Unit 91917， Beijing 102401， China）Abstract： With the continuous development and improvement of mobile communication technology， the way of communication between people has been earth-shaking changes， from the past to the fixed telephone as the main form of long-distance communication， gradually transformed to the mobile device wireless communication as the main way of communication in daily life， representing the continuous progress of wireless voice transmission technology. In order to further explore the construction and implementation of wireless voice transmission system based on STM32 chip， this paper starts with the characteristics of STM32 chip and the meaning of wireless voice transmission system， and analyzes the overall design idea and general structure of wireless voice transmission system based on STM32 chip in detail. The hardware and software structure of the wireless voice transmission system are classified and described， and the realization of the wireless voice transmission system based on STM32 chip is presented.

Key words： STM32 chip; wireless voice transmission system; voice information collection