关于教学用扩音器的改进

韦晓迪 周棚 周磊 陈世强

【摘要】教学用扩音器存在携带不方便、耗电量高和续航能力弱等缺点，为了解决这一问题，制定了一个教学用扩音器的改进的方案。本项目使用STM32C8T6单片机芯片作为整个装置的控制主体，辅助芯片NRF24L01控制无线模块对无线话筒的调制频率。改进教学用扩音器更加方便教师教学时使用麦克风和电子教鞭，提高教学质量，活跃课堂气氛，提高学生的学习兴趣。

【关键词】STM32C8T6单片机；NRF24L01芯片；USB教学质量

引言

教师上课时使用教室电脑麦克风，它的使用范围有限，不能很好的和学生互动，不利于提高课堂的学习氛围和学生的学习兴趣，基于以上情况，对教学用扩音器进行改进，使之更加好的与教室音响结合使用，利用低功耗单片机控制，节约能源，提高装置的使用寿命，携带更加方便，教学性更加实用，功能性更加强大，能提高课堂气氛，增强学生学习兴趣，便于教师教学。

一、项目结构设计

本装置由STM32C8T6单片机、NRF24L01芯片无线发射、电子教鞭、麦克风等模块组成。

二、系统整体设计

1.整体概要

项目旨在对教室扩音系统与教学用扩音器的改进并将教师的电子教鞭集成，通过电脑USB口将电子教鞭的信息与音频信号送给电脑CPU进行处理，最终将教师的声音无线传送至教室扬声器，教师通过随身携带的无线话筒采集声音，声音通过拾音头 变成微弱的电信号，该信号通过前置放大电路进行信号的放大，放大信号通过一定频率的电磁波 进行发射，，即调制的过程，信号的接收端即為电脑的USB口，接收端有一个解调器，即将发送过来的声音信号进行解调，转化成数字信号 送给USB，配合一定的上位机软件，最终将声音信号送至扬声器，老师的电子教鞭用到的主控芯片为STM32C8T6，该芯片体积小，采用3.3V供电，低功耗，其硬件看门狗可以让芯片在出现故障时自动重启，且电源备份区可以让系统在断电之后仍能保存一些重要的数据，主控芯片通过控制无线模块NRF24L01对无线话筒的调制频率进行选择 ，使各个教室间的信号不会受到干扰，同时它控制NRF24L01 向USB接收端发送放映PPT 一系列的指令，USB将接收的指令送至电脑CPU，进而进行PPT的各种操作，整个系统有教师的手持设备端，电脑USB接收端，扬声器端。

2.模块设计

1）NRF24L01是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHzISM频段。工作电压为1.9～3.6V，有多达125个频道可供选择。可通过SPI写入数据，最高可达10Mb/s，数据传输率最快可达2Mb/s，并且有自动应答和自动再发射功能。和上一代nRF2401相比，nRF2401数据传输率更快，数据写入速度更高，内嵌的功能更完备。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融进了增强式ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-6dBm的功率发射时，工作电流只有9mA，接收时工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。

2）显示器件采用的是OLED，驱动芯片是SSD1306，其可视角度大，它与传统的显示屏的最大的不同就是不需要背光，能够显著节省电能，且其体积小，由于不需要背光，对比度非常高，便于查看显示信息，这些优点都非常适合于本项目的显示装置，采用IIC通信方式，只需要5个IO口 ，大大节省了单片机的IO口资源

3）音频前置放大采用的是NE5532模块，它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点，用作音频放大时音色温暖，保真度高，在上世纪九十年代初的音响界被发烧友们誉为“运放之皇”，且该模块成本低，有相当高的性价比，非常适合用于教室的扩音系统 。

3.软件设计

软件设计包括手持设备与上位机的程序两部分。手持设备端的软件主要是完成PPT的指令读取并发送和载波频率的调整，手持设备不断地轮询上位机软件则负责接收数据并且进行数据处理，进而送给相应的外设。

三、总结

根据本文阐述的方案所改进的教学用扩音器，利用USB编程系统利用范围更加广泛，利用单片机控制后功能变得多样化，该装置在教学方面的实用性更加强大，该装置完成性非常高。

参考文献

[1]正点原子.《原子教你玩STM32》.北京航空航天大学出版社.

[2]周立功等，编著.《PDIUSBD12+USB固件编程与驱动开发》.北京航空航天大学出版社.

[3]《SolidWorks2005中文版基础及应用教程》何煜琛等，编著；；电子工业出版社.

本文为湖北民族学院2013年大学生科研训练计划资助项目《关于教学用扩音器的改进》的成果（项目编号：2013Z005）。