简易对讲机 - 嘉立创EDA开源硬件平台

# 项目说明 本项目采用air001主控芯片结合SR_FRS_2WUS无线对讲机模块，打造了一款简易对讲机。设备支持20个公共对讲机频道，支持亚音和扰频功能，提供更强的通信保密性。采用CW2015电池监测芯片，可实时监测电池电量，确保设备长时间稳定运行。同时，利用AT24C02芯片实现了参数设置的掉电存储功能，保障用户设置的参数在掉电情况下不会丢失，提升了用户体验和便利性。 # 开源协议 GPL3.0 # 项目相关功能 - 支持待机息屏功能，节省能量。 - 提供409.7500MHz~409.9875MHz共20个公共对讲机频道选择。 - 支持亚音技术，有效防止串频现象的发生。并且支持扰频功能，可对语音进行加密，提升通信安全性。 - 用户可灵活切换收发模式或监听模式，灵活应对不同场景需求。 - 在城市环境下，对讲机的通讯距离可达1公里以上，语音传输清晰且具备良好的分辨度。 - 内置电量监测功能，可实时监测电池电量。此外，还支持参数设置的掉电存储，提高了设备的可靠性和便利性。 # 项目属性 本项目为首次公开，为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。 # 项目进度 - 2024.01.17 项目立项 - 2024.02.01 绘制验证板并进行原型验证 - 2024.02.20 原型验证完成，开始pcb绘制打板 - 2024.02.27 焊接调试 - 2024.03.10 硬件及软件调试完成 - 2024.03.12 绘制并打印3D外壳 - 2024.03.20 修改外壳及程序功能 - 2024.04.16 完成验收 # 电路设计原理 ## 系统框图  ## 电源电路 电源部分采用TP4056进行锂电池的充放电。需要注意的是，电路板未添加锂电池保护电路，因此建议选择带有保护电路的锂电池以确保安全使用。  电池电量监测采用CW2015芯片，其外围电路较为简单。并且可以通过I2C通信直接读取电量百分比值以及剩余运行时间。  主控电路和射频模块电路分别使用XC6201和SX1308进行供电。其中SX1308需要将EN引脚上拉从而启动电压转换。   ## air001最小系统电路 AIR001系列采用高性能的ARM Cortex-M0+ 32位内核，最高工作频率达到48MHz，并且支持低功耗模式。内置存储器包括32KB Flash和4KB SRAM。此外，还搭载了9个定时器、1个12位ADC，并配备了2个SPI接口、1个I2C接口以及2个USART接口。外围电路设计简单，无需外部晶振即可正常工作。这里仅需将boot引脚下拉，并接上复位电路即可完成air001最小系统电路的设计。  ## 独立按键 考虑到air001拥有较多的GPIO口，我们采用了独立按键进行输入。各个按键的功能包括选择、取消、上、下、左、右。  ## eeprom存储 我们在对讲机的操作中需要设置频率、亚音、扰频、音量等级等参数。如果每次上电都需要重新设置，将会增加使用的复杂度。因此为了方便用户使用，我们采用AT24C02芯片对相关参数数据进行存储，实现了参数设置的掉电保存功能，从而提高了设备的便利性。该芯片使用I2C进行通信，与CW2015芯片共用I2C总线，减小GPIO的使用。  ## 射频模块 射频模块采用SR_FRS_2WUS，它是一款性价比极高的无线语音对讲及数传模块。该模块内置高性能的射频收发芯片、微控制器以及射频功放。外部控制器可以通过标准的异步串行接口(UART)通信，实现设置模块的工作参数并控制整个模块的收发。此模块只需外接天线、MIC和语音功放，即可组装成一台完整的对讲机或数传电台。  在阻抗匹配部分采用了"嘉立创阻抗计算神器"进行走线线宽的简单计算，并预留了派型阻抗匹配电路，可用于更精确的阻抗匹配。如果不进行阻抗匹配，可在使用时通过接入0欧电阻将L2短路，即可正常使用。  ## mic输入 采用驻极体电容麦克风作为语音输入。  ## 音频输出 音频输出部分采用LM4871音频功率放大器，能够轻松驱动4欧8W的扬声器，特别适用于小体积、轻便的便携系统。LM4871的使能端连接射频模块的SQ端，当未接收到信号时，可将LM4871置于休眠模式，有效降低功耗并防止噪音输出。此外，LM4871内置过热自动关断保护机制，工作稳定，单位增益可调。通过配置外部电阻，可轻松调整放大器的电压增益，满足不同应用需求。  # 软件部分说明 程序部分主要分为五大部分：OLED界面、按键控制、对讲模块功能设置、电量读取、参数存储。 ## OLED界面 IIC通信使用软件进行实现，实现较为简单。 ```c #ifndef __I2C_H #define __I2C_H #include "air001xx_hal.h" #define I2C_GPIO GPIOF #define I2C_SDA GPIO_PIN_0 #define I2C_SCL GPIO_PIN_1 #define I2C_GPIO_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE() #define I2C_CMD 0 //写命令 #define I2C_DATA 1 //写数据 void I2C_Init(void); void I2C_Start(void); void I2C_Stop(void); void I2C_WaitAck(void); void I2C_SendByte(uint8_t dat); uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t ack); void OLED_WR_Byte(uint8_t dat,uint8_t mode); #endif ``` air001通过IIC与OLED进行通信，从而设置显示内容。 ```c void OLED_ShowChar(uint8_t x,uint8_t y,uint8_t chr,uint8_t size1,uint8_t mode) { uint8_t i,m,temp,size2,chr1; uint8_t x0=x,y0=y; if(size1==8)size2=6; else size2=(size1/8+((size1%8)?1:0))*(size1/2); //得到字体一个字符对应点阵集所占的字节数 chr1=chr-' '; //计算偏移后的值 for(i=0;i<size2;i++) { if(size1==8) {temp=asc2_0806[chr1][i];} //调用0806字体 else if(size1==12) {temp=asc2_1206[chr1][i];} //调用1206字体 else if(size1==16) {temp=asc2_1608[chr1][i];} //调用1608字体 else if(size1==24) {temp=asc2_2412[chr1][i];} //调用2412字体 else return; for(m=0;m<8;m++) { if(temp&0x01)OLED_DrawPoint(x,y,mode); else OLED_DrawPoint(x,y,!mode); temp>>=1; y++; } x++; if((size1!=8)&&((x-x0)==size1/2)) {x=x0;y0=y0+8;} y=y0; } } ``` ## 按键控制 按键部分采用六个独立按键，分别为确认、取消、上、下、左、右六个功能。在main函数的while循环中对按键进行扫描从而确定按下的按键并执行对应的程序。 ```c uint8_t Key_Scan(void) { if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_SEL_PIN)==0) { HAL_Delay(20); if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_SEL_PIN)==0) { while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_SEL_PIN)==0); return 1; } }else if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_RET_PIN)==0) { HAL_Delay(20); if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_RET_PIN)==0) { while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_RET_PIN)==0); return 2; } }else if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOB,KEY_UP_PIN)==0) { HAL_Delay(20); if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOB,KEY_UP_PIN)==0) { while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOB,KEY_UP_PIN)==0); return 3; } }else if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_DOWN_PIN)==0) { HAL_Delay(20); if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_DOWN_PIN)==0) { while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_DOWN_PIN)==0); return 4; } }else if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_LEFT_PIN)==0) { HAL_Delay(20); if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_LEFT_PIN)==0) { while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_LEFT_PIN)==0); return 5; } }else if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_RIGHT_PIN)==0) { HAL_Delay(20); if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_RIGHT_PIN)==0) { while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIOA,KEY_RIGHT_PIN)==0); return 6; } } return 0; } ``` ## 对讲模块功能设置 对讲机功能设置使用UART与对讲机模块进行通信，并通过AT指令进行参数的设置。 ```c void Uart_TxData(uint8_t index, uint8_t level) { uint8_t *aTxBuffer; uint8_t tx_len=0; switch(index) { case 0://音量 AT_CMD2[10] = 0x31+level; aTxBuffer = AT_CMD2; tx_len=13; AT24CXX_WriteOneByte(ADDR_VOL, level); break; case 1://亚音 strncpy(AT_CMD1+30, subtone[level],2); strncpy(AT_CMD1+33, subtone[level],2); aTxBuffer = AT_CMD1; tx_len=41; AT24CXX_WriteOneByte(ADDR_SUB, level); break; case 2://射频开关 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, PD_PIN, level); AT24CXX_WriteOneByte(ADDR_SW, level); return; break; case 3://扰频 AT_CMD4[16] = 0x30+level; aTxBuffer = AT_CMD4; tx_len=21; AT24CXX_WriteOneByte(ADDR_SCR, level); break; case 4://免提灵敏度 AT_CMD3[10] = 0x30+level; aTxBuffer = AT_CMD3; tx_len=13; AT24CXX_WriteOneByte(ADDR_VOX, level); break; case 5://静噪级别 AT_CMD4[10] = 0x30+level; aTxBuffer = AT_CMD4; tx_len=21; AT24CXX_WriteOneByte(ADDR_SQU, level); break; case 6://麦克灵敏度 AT_CMD4[12] = 0x30+level; aTxBuffer = AT_CMD4; tx_len=21; AT24CXX_WriteOneByte(ADDR_MIC, level); break; } if (HAL_UART_Transmit_IT(&UartHandle, aTxBuffer, tx_len) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } ``` ## 电量读取 CW2015通过IIC与主控芯片进行通信。在上电时首先设置电池信息，之后通过读取SOC寄存器中的数值即可获取当前电池的电量信息。 ```c uint8_t CW2015_ReadOneByte(uint8_t ReadAddr) { uint8_t temp=0; I2C_Start(); I2C_SendByte(0XC4); //发送器件地址0XA0,写数据 I2C_WaitAck(); I2C_SendByte(ReadAddr); //发送低地址 I2C_WaitAck(); I2C_Start(); I2C_SendByte(0XC5); //进入接收模式 I2C_WaitAck(); temp=I2C_ReadByte(0); I2C_Stop();//产生一个停止条件 return temp; } ``` ## 参数存储 对讲机的频道和其相关功能设置参数存储在AT24C02中，从而实现掉电存储功能。AT24C02通过IIC与主机进行通信。具体存储格式如下： | 地址 | 存储内容 | 表示范围| | --- | --- | --- | 0x00 |音量 |0-7 0x01 |亚音 |0-4 0x02 |射频开关 |0-1 0x03 |扰频 |0-7 0x04 |免提灵敏度 |0-8 0x05 |静噪级别 |0-9 0x06 |麦克灵敏度 |0-7 ## 整体核心代码 其中page_index为判断当前为主页还是菜单页。current_index和temp_list_level分别为当前菜单选中的功能和该功能参数的等级。 之后对OLED、UART、按键GPIO、CW2015进行初始化。最后进入循环，通过不断判断按键按下的状态从而实现功能的控制。 ```c int main(void) { uint8_t page_index=0;//page index uint8_t current_index=0;//list index uint8_t temp_list_level = 0; uint8_t key_index = 0;//key index uint8_t i=0, list_len = (sizeof(list)/sizeof(MENU_LIST)); /* 初始化所有外设，Flash接口，SysTick */ HAL_Init(); UART2_INIT(); Get_Init_Data(); Show_HomePage(list[0].current_level, list[2].current_level); CW2015_WriteOneByte(0x0a,0xff);//wake up cw2015 HAL_Delay(50); CW2015_WriteOneByte(0x0a,0x00);//wake up cw2015 HAL_Delay(50); uint8_t battary_data = 0; battary_data = CW2015_ReadOneByte(0x08); battary_data = battary_data & 0x02; HAL_Delay(50); if(battary_data == 0) { Update_Bat_Info(); } temp_list_level = list[0].current_level; while (1) { if(page_index == 0 && display_on) { OLED_ShowChar(8, 0, list[0].current_level + 0x30, 8, 1); battary_data = CW2015_ReadOneByte(0x04); HAL_Delay(50); OLED_ShowNum(127-24,0,battary_data,3,8,1); OLED_ShowChar(127-6,0,'%',8,1); OLED_Refresh(); } key_index=Key_Scan(); if(key_index == 1) { switch(page_index)//key_select { case 0://enter menu if(display_on){ page_index +=1; current_index=oled_showlist(list_len, current_index, (MENU_LIST *)list, 2); }else{ Show_HomePage(list[0].current_level, list[2].current_level); display_on = 1; } break; case 1://select setting list[current_index].current_level = temp_list_level; Uart_TxData(current_index, list[current_index].current_level); break; default: break; } }else if(key_index == 2)//key_return { switch(page_index) { case 0://none display_on = 0; OLED_Clear(); OLED_Refresh(); // current_index=oled_showlist(list_len, current_index, (MENU_LIST *)list, 1); break; case 1://return home page page_index -= 1; Show_HomePage(list[0].current_level, list[2].current_level); current_index=0; break; default: break; } }else if(key_index == 3)//key_up { if(page_index == 1)//current is menu page { current_index=oled_showlist(list_len, current_index, (MENU_LIST *)list, 0);//previous(up) temp_list_level = list[current_index].current_level; }else { Set_Level_Silent((MENU_LIST *)list, 0, 1); Uart_TxData(0, list[0].current_level); } }else if(key_index == 4)//key_down { if(page_index == 1) { current_index=oled_showlist(list_len, current_index, (MENU_LIST *)list, 1);//next(down) temp_list_level = list[current_index].current_level; }else { Set_Level_Silent((MENU_LIST *)list, 0, 0); Uart_TxData(0, list[0].current_level); } }else if(key_index == 5)//key_left { if(page_index == 1) { temp_list_level= Set_Level((MENU_LIST *)list, current_index, temp_list_level, 0); }else{ channel_index = Uart_SetFreq(channel_index, 0); } }else if(key_index == 6)//key_right { if(page_index == 1) { temp_list_level = Set_Level((MENU_LIST *)list, current_index, temp_list_level, 1); }else { channel_index = Uart_SetFreq(channel_index, 1); } } key_index = 0; } } ``` # 实物展示 ## 实物功能介绍  ## 实物外观展示     # 设计注意事项 - 在电路设计中未添加锂电池保护电路，建议选购带有保护电路的锂电池以确保安全使用。 - 在进行烧录程序时，建议使用DAPLink调试器进行烧录(理论上也可通过串口进行烧录)。在使用DAPLink烧录时，请确保烧录器的3v3和GND与板子相连，以避免烧录失败的可能性。如果出现烧录失败情况，可以适当降低烧录器的时钟频率，并重新尝试。 - 在使用CW2015时，需要先写入电池信息，然后再读取SOC，以确保读取到的SOC值准确。具体内容可以参考：[CW2015电量计使用](https://blog.csdn.net/qq_30479517/article/details/136542186) - 注意SX1308芯片的EN引脚控制的是电压转换开关，而不是输出开关。当EN引脚接低电平时，该芯片仍然会输出电压。在第一版设计时可能未注意到这一问题，原理图和PCB对此已进行更正。 - 天线的匹配电路根据需要进行焊接。若无阻抗匹配条件，也可以使用0欧电阻直接将其短路，经验证也可实现较远距离的通信。 - 在未连接天线时，请勿按下PTT键，可能会造成未知后果。 - 软包锂电池接口的尺寸及线序为：1.25黑红 # 注意！！！ **该项目仅供学习交流使用，测试使用时请遵守相关法律法规！** [中华人民共和国无线电管理条例](https://www.gov.cn/zhengce/content/2016-11/25/content_5137687.htm) [关于公众对讲机管理有关问题的通知](https://www.xsbn.gov.cn/xsbnzgxw/24468.news.detail.dhtml?news_id=516867) # 相关链接 - [演示视频](https://www.bilibili.com/video/BV1em411m76n/) - [程序代码](https://github.com/fengzhaoxin/simple-intercom.git)