基于nRF24E1的射频无线会议系统的设计与实现
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基于ｎＲＦ２４Ｅ１的射频无线会议系统的设计与实现ＴｈｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＲＦＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎｎＲＦ２４Ｅ１邵敏＋李国新一高晓芳…唐晓东…＋ＳＨＡＯＭｉｎＬＩＧｕｏ—ｘｉｎＧＡＯＸｉａｏ～缸ｎｇＴＡＮＧＸｉａｏ—ｄｏｎｇＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆａＲＦｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｓｍａｌｌ，ｍｉｄｄｌｅｏｒｔｅｍｐｏｒａｒｙｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅａｂｏｕｔｔｈｅｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓｙｓ—ｔｅｍｉｓｍａｉｎｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｔｒｅｖｅａｌｓｆｒｏｍｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｈｅａｐ，ｇｏｏｄｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｂｅｕｐｇｒａｄｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＷｒｅｌｅｓｓｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍｎＲＦ２４Ｅ１引言随着现代科技的发展及数字化技术的广泛应用，传统的会议模式已不能适应现代会议系统的需求。
先进的数字化、模块化的音频会议系统顺应了会议发展的潮流。
然而，目前由国外的厂家和国内著名厂商生产的会议系统大多功能全而价格高，体积也较大，适用于大型会议模式。
本系统是专门针对中、小型会议、临时会议提出的一种会议系统。
它利用简单的芯片构成，裁减了一些只有大型会议系统才需要的功能，在价格、体积上有很大的优势，尤其采用的无线传输方式使其具有很高的灵活性。
此外，本系统还具有很好的可扩展性，可以方便、快捷地加入新功能。
１ｎＲＦ２４Ｅ１简介ｎＲＦ２４ＥＩ是北欧集成电路公司ＮＯＲＤＩＣ推出的一款带２．４ＧＨｚ无线收发器ｎＲＦ２４Ｅ１和增强型８０５１内核的无线收发模块。
ｎＲＦ２４Ｅ１工作于ＩＳＭ（工业、科学和医学）频段。
该器件有１２５个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信。
ｎＲＦ２４Ｅ１最大传输速率可达１Ｍｂｐｓ，其最大发射功率为０ｄＢｍ，在比较理想的环境中，其室内传输距离可达３０—４０米，室外传输距离可达１００—２００米。
ｎＲＦ２４ＥＩ微处理器的指令系统与工业标准８０５ｌ的指令系统相兼容，但为了控制一些标准８０５１没有的功能，ｎＲＦ２４Ｅ１增加了一些特殊功能寄存器，如ＲＡＤＩＯ（Ｐ２）、ＡＤＣ—ＣＯＮ、ＡＤＣＤＡＴＡＨ、ＡＤＣＤＡＴＡＬ、ＡＤＣＳＴＡＴＩＣ、ＰＷＭＣＯＮ、ＰＷＭＤＵＴＹ等。
同时，ｎＲＦ２４Ｅ１比标准的８０５１增加了ＡＤＣ、ＳＰＩ、ＲＦ接收器１、ＲＦ接收器２、唤醒定时器５个中断源，以。
青岛科技大学信息学院通信教研室青岛２６６０６１＊ｔ滨州职业学院计算机系滨州２５６６２４％￥＊青岛科技大学机电学院青岛２６６０６１￥￥￥￥中国海洋大学信息学院电子系青岛２６６０７１及３个与８０５２一样的定时器。
微处理器中有２５６字节的数据ＲＡＭ和５１２字节的ＲＯＭ。
上电复位或软件复位后，处理器自动执行ＲＯＭ中引导区的代码。
用户程序通常是在引导区的引导下，从ＥＥＰ—ＲＯＭ加载到１个４ＫＢ的ＲＡＭ中，这个４ＫＢ的ＲＡＭ也可作存储数据用。
ｎＲＦ２４Ｅ１有两种收发方式：ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ收发方式使低速进入的数据高速发送；ＤｕｏＣｅｉｖｅｒＴＭ收发方式使ｎＲＦ＇２４Ｅ１能够方便地同时接收两个不同频率的频道发送的数据，并且能够使接收速度达到最大值。
２无线会议系统的软、硬件设计２．１会议系统的系统框架本无线会议系统的系统框图如图１所示：＼∥苗崮卤击崮图１会议系统的系统框图在传输过程当中，所需要传输的信号主要有两种：一种是音频信号，另一种是控制信号（即指令）。
音频信号的特点是模拟信号、信息量较大，所以在传输之前要进行处理：将拾音器输入的信号进行预处理，再通过音频模一数转换器转换为数字信号，再进行音频编码，最后通过调制发射出去。
控制信号的特点是数字信号、信息量小，所以直接进行调制再发射出去即可。
２．２主席机设计主席机的主要构成为：话筒、Ａ／Ｄ、编码器、调制器、发射机、扬声器、接收器、解调器、译码器、Ｄ／Ａ、ＬＣＤ显示屏、键盘等设备。
其系统框图如图２所示：图２主席机结构框图主席机主要由单片机作为主控制器，控制音频信号的发送与接收。
当主席发言时，通过键盘输入将状态设置成“主席发言”，并将状态在显示屏上显示出来，主席可以通过话筒主持会议，并根据开关选取将话音通过扬声器放出还是通过发送机发送，让代表用耳机接收。
当大会进行到代表发言阶段，由主席通过按键打开允许发言功能，此时代表机可向主席机发出请求，代表机的编号显示在主席机的显示屏上，由主席决定哪个代表发言，并给相应代表机发送确认信号，收到确认信号的代表就可在代表机上发言，与此同时，主席机给云台发出信号，云台转动将其上的摄像头对准相应代表（每个代表机的位置信息事先设定好并存储在存储器当中），代表发言结束，可由主席机控制将各机复位。
２．２．１主音频信号及控制指令信道载波的选取因采用ｎＦＰ０２４ＥＩ的ＤｕｏＣｅｉｖｅｒＴ”技术可以实现利用一个接收器同时接收两个不同频率的信号（必须满足两个载波频率相差８ＭＨｚ以上），因此选取两个频道分别作为主音频传输信道（２４１６ＭＨｚ）和控制指令传输信道（２４９６ＭＨｚ）。
２．２．２控制指令的设计在控制信道发送的控制指令，控制着整个系统的运行。
对于系统的指令，选取２个字节作为指令长度，前一个字节代表指令的含义，后一个字节为地址，地址在有些指令当中需要加载，有些指令不需要，在不需要地址的指令当中，后一字节的数据并不影响指令的操作。
具体指令含义如表１所示：表１指令码与指令含义指令码指令含义０（）００００００接收状态０００（）０００１进入代表发言状态（同步信号）００００００１０代表申请发言（后加一个字节的代表机序号）００００００１ｌ主席确认信号（后加一个字节的代表机序号）０００００１００代表发言结束信号０００００１０１关闭同声传译功能２．２．３音频数据的编码选择和模拟一数字转换在音频数据的编码上，本系统采用内置的ＡＤＣ直接对音频信号进行采样和量化。
２．２．４主音频信号预处理一般麦克产生的电压信号是毫伏级的，而片内ＡＤＣ的电压输入范围为：０～１．５Ｖ。
另外，由于麦克的增益以及较大的动态范围，输入的偏移量（偏置电流和输入电压偏移量）也应该尽可能的小。
因此，在麦克和芯片输入之间加上放大和滤波电路。
２．２．５主音频信号后处理ｎＲＦ２４Ｅ１芯片未提供ＡＤＣ，可以将ＰＷＭ的输出通过一个低通滤波器作为数模转换，得到所需的音频模拟信号。
２．２．６键盘设计主席机键盘主要用于整个系统的功能输入，本系统键盘使用４×４共１６个按键，此按键的功能分别为：数字０～９、确认健、取消健、结束健、主席发言模式健、代表发言模式健等。
在会议系统中，需要有按键选择时，使用该键盘输入。
２．２．７显示设计因本会议系统所使用的字符有限，所以选用一款不带字库的点阵液晶显示模块ＨＳｌ２８６４—１６Ａ，将经常用到的几个汉字和数字字符的液晶显示点阵数据存储在存储区当中，当需要显示时，从存储区中调出再传人液晶的输人口即可。
２．２．８主席机控制器的程序设计主席机程序包括一个主程序和两个中断处理子程序，主程序完成的功能就是将输入的音频信号进行采样、编码和发送；ＩＮＴ０中断处理子程序对键盘的按键进行处理，通过按不同的按键，进行不同的处理；ＴＩＭＥＲｌ中断处理子程序主要完成同步以及超时处理。
其具体流程图如图３、图４、图５所示：图３主程序流程图图４ＴＩＭＥＲｌ中断处理子程序流程图Ｙ厂磊一Ｉ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一图５外部中断ＩＮＴ０（即按键中断）中断处理予程序流程图２．３代表机的设计代表机的主要构成：耳机、Ａ／Ｄ、编码器、调制器、发射机、接收器、解调器、译码器、Ｄ／Ａ、键盘等设备。
代表机的系统框图如图６所示：图６代表机结构框图代表机的功能为：接收音频数据并在耳机当中播放，当大会进入代表发言阶段，想要发言的代表可以通过按接收机上的按键发送请求信号，待收到确认信号后，通过话筒或麦克进行发言，发言结束后由主席机复位。
代表机在收到主席机发回的确认信号才可以将音频信号发送出去。
２．３．１接收状态一般情况下，大会处于主席发言阶段，代表机处于接收信号状态，在将初始化的配置字写入芯片后，就不断调用接收数据包函数。
当大会改变阶段时，由通道２接收的控制指令改变代表机的状态。
２．３．２请求信号发送当大会进入到代表发言阶段时，由主席机通过控制指令通道（载波频率为２４９６ＭＨｚ）发送控制指令到代表机。
如果代表机接收到的控制指令为０００００００１，表明是代表发言阶段，进入发言请求状态，欲发言的代表可通过按面板上的发言请求按键，由触发进入芯片（由Ｐ０．３产生中断，按键编码为１００，由Ｐ０．４～Ｐ０．６输入），进行片内处理。
２．３．３多路存取问题的解决在代表机向主席机发送请求信号时，如果不加任何措施，就会出现多个代表机同时向主席机发出请求信号，即多个通信通路竞争一个通信信道的多路存取问题。
为解决此问题，本系统中使用的是时分复用法。
系统由主席机产生的同步信号作为整个系统同步的基准信号。
大会进入代表发言阶段，由主席机以广播的形式发出指令０００００００１（此时发出是以公共地址０ｘ００，０ｘ００），各个代表机均能接收到此信息，解包后检测指令为０００００００１，此信息不仅说明代表可以发送请求信号，同时还作为一个同步信号，主席机和各代表机计数器同时开始计时，每个代表机的延迟时间为时隙（为了确保数据传输的可靠性，此时隙选为３．５ｍｓ）×ｉ（ｉ为代表机的序号），代表机在自己的时隙中发送请求信号。
为了保证每个代表机的请求信号都能够被发送出去，主席机产生的系统同步信号是周期性的，这个周期为６４个代表机总共的时间片之和（２２４ｍｓ）加一个延时（２６ｍｓ）：２５０ｍｓ。
２．３．４显示设计代表机选用八位数码管进行显示，其功能为在大会进入代表发言阶段，显示代表的发言时间，显示格式为：ＸＸ（时）一ＸＸ（分）一ＸＸ（秒）。
设计时利用ｎＲＦ２４Ｅ１内部的Ｔｉｍｅｒｌ作为定时器，每一秒钟触发一次，进入中断处理子程序，刷新显示屏。
２．３．５代表机控制器的程序设计根据以上各个模块的功能，代表机的控制器的程序设计流程图如图７所示：图７代表机控制器的程序流程３同声传译设计同声传译功能是一个标准会议系统中不可缺少的功能。
它是指在一个多语种的环境下，将发言者的语言翻译成多种其他听众的语言，这就需要在系统中利用多个通道来传输多种不同的语言。
