基于2.4G无线传输模块的语音数据采集系统设计

N
检测NRF24L01 是否存在？ Y 置CE为1进入工作状态
N
N Flag_Tx=1? Y 产生CE脉冲启动发送 发送应答信号 Flag_Rx=1?
N
无 线 传 输 软 件 流 程
发送数据 N
传输数据
收到应答信号？ Y Flag Tx=0 Y
Flag_Rx=0 超过重发 次数？ N
5.系统调试与验证
该芯片通过SPI1与语音识别芯片LD3320进行串行连接，并与 LD3320共用一个时钟输入。具体连接如下图：
PC4 ADC_IN14 33 45 RDB
PC5 ADC_IN15
34
47
RSTB
STM32f103VE
PE8 FSMC_D5
39
48
INTB
LD3320
PE9 FSMC_D6
40
46
MD
0
LD_TEST29
LD_TEST30
LD_SPON
LD_SPOP
LD_MBS
LD_MICN
LD_MICP
0.1uF
C28
C26
0.1uF
C27
1
0.1uF
C24
0.1uF
C29
0
u
F
0.1uF
C22
4
L
7 1
LD3320接口电路图
u H 2 C25 2 R41 0 p F 3 3 K VCC3.3 1 C30 u F VCC3.3 LD_SPON LD_SPOP D D 3 2 LED0 LED0 Header 2X2 3 2 1 3 J 3 R46 R45 4 3 3 3 3 AIN_N 0 0 LD_TEST30 LD_TEST29
2.设计简介及系统框图
本文要实现基于2.4G无线传输模块的语音数 据采集系统，整个系统主要由五个模块组成，即 ARM最小系统，语音识别模块，无线传输模块， 存储器模块，电源模块。即本系统要实现将语音 信号通过语音芯片采集起来进行准确的识别，再 将识别出的语音信息通过无线传输芯片正确传输 出去，最后通过最终得到的信息验证该系统是否 能够实现设计的功能。
LD_TEST3
LD_TEST2
LD_MD
LD_RST
LD_INT
LD_SCS
LD_SPIS
LD_SDCK
LD_SDO
LD_SDI
LD_RDB
LD_A0
LD_P7
LD_P6
LD_P5
LD_P4
LD_P3
R39
1
0
0
VCC3.3
LD_CLK
LD_TEST5
LD_TEST4
LD_TEST3
LD_TEST2
R40
1
C23
0
u
F
1
5
K
LD_MICN
LD_MICP
1
C32
1
C31
u
u
F
F
LD_MBS
R44
R43
2
2
P
K
K
2
1
LD_MBS
2 AIN_P
AIN_N
AIN_P
3
2
1
J
2
语音输入
语音处理
特征提取
模式识别
识别输出
训练
参考模板
语音识别流程图
无线传输模块
内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能
NR_MISO
NR_SCK
NR_CE
7
5
3
1
NR24L01
P
5
MISO
SCK
C
G
E
N
D
MOSI
3.3V
CSN
IRQ
NRF24L01接口电路
8 NR_IRQ
6
4
2
NR_MOSI
NR_NSS
VCC3.3
STM最小系统
以STM32f103VE为核心。其优势如下： ARM公司的高性能Cortex-M3内核 1.25Dmips/MHz,而ARM7TDMI只有0.95Dmips/MHz。 一流的外设 1us 的双 12 位 ADC ， 4 兆位/ 秒的 UART ， 18 兆位/ 秒的 SPI，18MHz的I/O翻转速度。 低功耗 在72Hz时消耗 36mA（所有外设处于工作状态），待 机时下降到2uA。 最大的集成度 复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等。
系统验证：
31
40
SDO
PA7 SPI1_MOSI/T8_CH1N ADC_IN7/T3_CH2
32
41
SDI
该芯片通过SPI2与无线传输芯片NRF24L01进行串行连接。 具体连接如下图：
58
FSMC_D16 PD11
8
IRQ
57
FSMC_D15 PD10
3
CE
56
FSMC_D14 PD9
STM32f103VE
VDDIO=1.65~VDD
VDD=3.0~3.3V
TEST6
TEST5
TEST4
TEST3
TEST2
M
RSTB
INTB
CSB/SCS
WRB/SPIS
RDB
A
P
P
P
P
P
P2/SDCK
P1/SDO
P0/SDI
3
C
N L
N
D
0
7
6
5
4
3
0.1uF
C19
D K
D
D
D
0.1uF
C20
VDDA=3.0~4.5V
系统结构图
语音识别模块 处理器模块 无线传输模块
存储器 语 音 识 别
LD3320
话 筒
语 音 采 集
处理器
NRF24L01
电源模块
3. 硬件设计
语音识别模块
LD3320 芯片是一款“语音识别”专用芯片。本芯片不 需要外接任何的辅助芯片如Flash 、 RAM 等，直接集成 在现有的产品中即可以实现语音识别/声控/人机对话功能。
VDDA=3.0~4.5V
0.1uF
C21
TEST29
TEST30
LOUTR
LOUTL
G
G
MONO
HPOR
HPOL SPON VREF
SPOP LINL
MICN MICP LINR
N
N
EQ3
EQ2
EQ1
MBaidu NhomakorabeaS
D
D
A
A
2
1
2
1
1
2
3
2
2
2
2
2
1
1
2
2
1
1
1
1
1
9
4
7
3
9
8
9
0
2
1
0
8
7
6
5
5
6
3
4
2
1
1 C40
VDD6~9
0
电源模块
4
1
2
R53
0
K
0 C41
u
F
+
4
C36
7
u
3
F
LM1117-3.3V U
I
7
N
0.1uF
C37
1
G
O
U
T
3
LM1117-5.0
U
I
6
4
2 N
1
G
1
O
0
C42
u
U
F
T
4
2
VCC3.3
1
C43
0
4
0.1uF
C38
1 C39
0
u
F
VCC5
5
R54
VCC5
1
本设计选用 10V 电池为系统供电，在该模块中，通过稳压 片提供了5V电压和3.3V电压。
① 将装有STM32 最小系统、 LD3320 及 NRF24L01 等芯片器件的电路板与PC机实现USB连接。 ② 点击启动程序后，电路板接受信号开始检测 NRF24L01 和 LD3320 是否处于正常状态，然后 待 PC屏幕上显示“Ready, Start Speak!”，即 可发出语音指令；当关键词找到后， PC屏幕显 示“Voice Found, OK!”。 ③ NRF24L01接收到传输指令，将识别出的语音数 据发送出去，并正确显示在终端。
2.4Ghz全球开放ISM频段免许可证使用。
最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强。 低功耗1.9 - 3.6V工作，适合电池供电应用。待机模式下状态 为22uA；掉电模式下为900nA。 模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据(提供 中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便。 具有自动应答机制，和CRC校验，数据通讯稳定可靠。
LD_MD
LD_RST
LD_INT
LD_SCS
LD_SPIS
LD_RDB
LD_A0
LD_P7
LD_P6
LD_P5
LD_P4
LD_P3
LD_SDCK
LD_SDO
LD_SDI
3
3
3
4
4
4
4
4
4
4
3
3
3
3
3
3
4
4
3
8 2 1
1
7
6
5
4
3
2 6
7
8
3
2
5
4
4
5
6
7
8
9
0
1
VCC3.3
LD3320
U
G
G
VDDIO=1.65V~VDD
VCC3.3
VCC3.3
R38
R37
R36
R35
R34
R33
R32
R31
R30
R29
R28
R27
R26
R25
R24
R23
R22
R21
R20
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
STM_CLK
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
K
LD_TEST5
LD_TEST4
FSMC_D13 PD8
55
NRF24L01
6
54
SPI2_MOSI/I2S2_SD T1_CH3N PB15
MOSI
53
SPI2_MISO/T1_CH2N U3_RTS PB14
7
MISO
52
SPI2_SCK/I2S2_CK U3_CTS T1_CH1N PB13
5
SCK
51
SPI2_NSS/I2S2_WS/I2C2_SMBA/U3_CK T1M1_BKIN PB12
0
4. 测试程序设计流程
节点上电初始化 是否检测到NRF24L01？
N Y
启动一次ASR识别流程
读取ASR识别结果
系 统 软 件 流 程 图
N
接收到数据传输指令？
Y
进行语音数据的无线传输
NRF24L01进入低功耗状态
开始
通用初始化、专用初始化
写入识别列表 等待芯片空闲 设定编号 将要识别的关键字写入05寄存器 字符串长度写入B9寄存器 向寄存器B2写入FF,向寄存器37写入04 循环结束
PE10 FSMC_D7
41
44
A0
PE11 FSMC_D8
42
42
WRB/SPIS
PA4 SPI1_NSS/U2_CK DAC_OUT1/ADC_IN4
29
43
CSB/SCS
PA5 SPI1_SCK DAC_OUT2/ ADC_IN5
30
39
SDCK
PA6 SPI1_MOSI/TIM8_BKIN ADC_IN6/T3_CH1
基于2.4G无线传输模块的语音 数据采集系统设计
索引
1 2
背景简介 设计简介及系统框图
3
4 5 6
硬件设计
测试程序设计流程 系统调试与验证
总结
1.
背景简介
语音作为一种信息交换和交流的重要媒介，在 人类世界中占据着无法取代的位置。因而，对语 音信号进行采集、传输、处理和分析在诸多科学 领域中就有了极为广泛的应用。 为了满足语音信号传输的数据量大的要求，并 且改善传统的有线采集系统使用不方便和操作困 难等缺点，本课题设计一种小尺寸、低功耗且无 线组网的语音采集系统，它基于嵌入式技术和无 线传输技术，研究内容主要包括语音识别和无线 传输两个方面。
4
CSN
SCL
SDA
存储器模块
VCC3.3
VCC3.3
1
R48
1
R47
0
0
K
K
6
5
U
5
SCL
SDA
VCC3.3
4
8
D
N
G
VCC
24LC64
W
A
A
A
P
2
1
0
0.1uF
C33
存储器模块的设计如上图，主要功能是用来存储参数。
7 3 2 1
1
2
-
+
Battery
B
T
1
5
2
SW1
6
4
3
1
VCC5
VCC6~12
它采用ASR技术,提供了一种脱离按键、键盘、鼠标、触 摸屏等 GUI 操作方式且基于语音的用户界面 VUI(Voice User Interface), 使得用户对该操作系统的操作更简单、 快速和自然。 有着快速而稳定的优化算法完成非特定人语音识别。不 需要用户事先训练和录音，识别准确率95%。
Y N
语 音 识 别 软 件 流 程
产生语音中断？ 进入中断函数清零寄存器29和02 寄存器B2、2B、BF正常？
Y
N
寄存器BA的值在1~4之间？
Y
N
将最佳识别结果存放在C5寄存器中 结束
NRF24L01
配置为发送模式
配置为接收模式
NRF24L01初始化
NRF24L01初始化
检测NRF24L01 是否存在？ Y 置CE为1进入工作状态