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基于MSP430F149的车载蓝牙免提系统的设计与实现

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・60・ 价值工程 基于MSP430F149的车载蓝牙免提系统的设计与实现 Design and Implementation of Vehicle Hands-free Bluetooth System Based on MSP430F149 孙少卡SUN Shao_ka;刘红LIU Hong; ̄1]静LIU Jing;徐博文XU Bo-wen;=F雅婷WANG Ya-ting (北方工业大学信息工程学院,北京100041) (NoAh China University of Technology,College of Information Engineering,Beijing 100041,China) 摘要:为改善传统车载免提系统的性能和用户体验,该文提出一种低功耗、高音质、多功能车载蓝牙免提系统的实现方案。该系 统采用软硬件相结合的设计方法,基于MSP430F149和BC05进行研发。文中先简介该系统的组成,然后详述其工作原理及软硬件设 计,最后给出黑盒测试与白盒测试相结合的方法下系统性能的分析。通过实测,该系统不但可以实现免提接听、挂断、声控拨号等功 能,而且与传统车载免提系统相比,功耗低,音质好,具有良好的用户体验。 Abstract:In order to improve the performance and user experience of traditional vehicle hands—free system,a new method about Vehicle hands—free Bluetooth System is put forward.The new system is low-Power,high fidelity and multifunctiona1.And the design of the new system was based on the design method of software and hardware combination.MSP430F149 and BC05 in genera1.First of al1.the paper introduces composition of the system briefly.And then the system"s operational principle and design of hardware and software are presented in detail.Last but not least,the system S performance is analyzed by the method of black box testing and white box testing combination.Experiments have proved that the new system can realize many functions,such as hands—free,hang up,voice activated dialing, etc.And comparing with the traditional vehicle hands-Lee system,the new onecan not only realize basic function as the traditional one,but also its sounds are clear and perfect.It has a good user experience. 关键词:蓝牙;免提;低功耗;回音消除 Key words:bluetooth;hands——free;low——power consumption;automatic echo cancellation 中图分类号:TN92 文献标识码:A 文章编号:1006—4311(2015)09—0060—04 O引言 在科技飞速发展的今天,人们的生活节奏不断加快, I LCD 爪 车内接打电话处理事务已经成为一种司空见惯的现象。然 而,开车时手持接打电话极易导致驾车者注意力的下降, 这样就带来了极大的安全隐患。实验表明,开车时手持接 打电话发生事故的概率为27.3%,是正常行车时的4倍。 因此,各地新交通法规开始明文规定,禁止司机在驾驶时, l电源系统 按键 主控 Uart 受控处理器 处理器 — 『f矩阵键盘r_ I1/呻O 图1系统组成 以手持方式通话。为了在减少行车风险的同时,保障驾驶 员能够与外界进行正常的联系,车载免提电话应运而生。 然而,传统的车载免提电话功耗高、音质差、稳定性不高。 为此,本文提出一种新颖的车载蓝牙免提系统,在满足免 提接听等功能的同时,最大限度地降低系统功耗,保障通 话质量。目前,该系统已完成初期测试,用户体验良好。 1系统组成 蓝牙免提系统的设计模式一般有标;隹双处理器设计 模式、嵌入式双处理器设计模式、完全嵌入式单处理器设 计模式三种嘲。本系统采用标准双处理器设计模式,其中, 主机处理器控制系统功能的协调,受控处理器控制蓝牙信 质量,还需解决回音消除问题。 2.1蓝牙与手机间的通信蓝牙拥有一套完整的通信 协议体系,由核心协议层、电缆替代协议层(RFCOMM)、电 话控制协议层和选用协议层四部分组成田。对于任意一个 蓝牙系统,都必须基于这些协议进行通信。本系统建立在 蓝牙免提协议剖面之上,其中,蓝牙和手机间通信的建立 通过RFCOMM完成。RFCOMM是一个虚拟串口,它能为 两个蓝牙设备或一个蓝牙设备和一个无线网络建立通信 链路。当蓝牙和手机通过RFCOMM建立起链路,并进入连 接状态后,可通过蓝牙发送AT指令完成对智能手机的控 制,进而利用蜂窝网实现无线通话『3_。 息的传递。另外,为保证系统良好的用户体验,本系统用 2_2蓝牙与主机间的通信蓝牙和外部处理器的连接 DSP对回音进行消除,用LCD对通信状态进行显示,用按 通过主机控制接口(HCI)完成。HCI为访问硬件提供了统 键发送相关控制指令,并配有相应的电源系统。系统组成 的接口,包括对基带控制器和链路管理器的命令接口[41。 如图1所示。 在本系统中,主机通过串口与蓝牙进行通信。一方面,主机 2系统工作原理 通过串口UART TX向蓝牙的RX引脚发送拨号、音量控 本系统功能的实现需要解决蓝牙与手机间的通信以 制等控制指令,当蓝牙收到主机控制指令时,将执行该指 及蓝牙与主机问的通信两方面的问题。另外,为保证通信 令,并将一个反馈字并加上结束字“0x0D 0XOA”,在300ms 作者简介:孙少卡(1993一),男,安徽亳州人,北方工业大学信息 内经其TX引脚送至主机串口UART_RX。另一方面,当蓝 将把相关参 工程学院,本科在读;刘红(1967一),女,北京人,副教 牙进入到铃声状态并得知来电者身份号码时,一授,硕士,研究方向为嵌入式系统开发。 数及电话号码以ASCII码的形式由其TX引脚传送至主 Value Engineering ・6l・ 机串口UART_RX。主机接收相关参数后, 对其进行判定,并通过LCD显示判定结 果,提醒用户执行接听、挂断等相关操作, 完成对系统的免提控制。 2.3回音消除目前,常见的回音消 除解决方案有基于集成芯片的解决方案翻 图2主机部分原理图 图3蓝牙部分原理图 和基于数字处理器(DSP)的解决方案[61两 种。相比于前一种方案,后一种具有可控 可调、性能稳定等优点。故本系统采用基 于DSP的解决方案,并利用CVC—AEC算 法完成回音消除功能。在回音消除算法 CVC—AEC中,软件先从SCO到扬声器的 通路上采集参考语音信号,并传送给 DSP:DSP对接收的信号进行实时处理,估 计扬声器端回音的大小,并用MIC语音信 号减去此回波估计值,使接收到的MIC信 号中不含扬声器端信号,从而达到回波抵 消的目的。该算法对实时处理由扬声器耦 合到麦克风而产生的回音非常有效,回波 损耗误差可以达到50dB,同时本算法还 具有自适应能力[61。 3系统硬件设计 系统硬件设计对于系统功能的实现 起到重要的支撑作用,本系统需要完成主 机、蓝牙和电源三部分硬件的设计。 3.1主机部分硬件设计为了降低功 耗,提高系统的续航能力,本系统选择TI 公司的超低功耗系列芯片中的 MSP430F149作为主机处理器。该处理器 具有优良的低功耗特性,工作电压为1.8— 3.3V,RAM数据保持模式下耗电0.1uA, 活动模式耗电也仅250pA/MI ̄81。另外,为 提高系统的用户体验,系统采用LCD1602 对实时通信状态进行显示,还设有4个独 立按键和一个矩阵键盘用于发送相应指 令。对本部分的电路设计需要同时考虑主 机、按键、LCD等驱动电路的设计,相关电 路如图2“主机部分原理图”所示。 3_2蓝牙部分硬件设计蓝牙是车载 免提系统的核心,它上承音频网关,下接 主机处理器,是控制信号以及语音信号传 输的中继。本系统对蓝牙模块QY一0566 进行二次开发。该模块以CSR公司的 BC05芯片为核心,板载芯片KMimba DSP 可用于回音消除,包含16个用户自定义 I/O口,支持立体声输出和麦克风输入。在 该模块的基础上,设计合适的音频信号放 大电路,将来自蓝牙模块的立体声输出信 号进行适当放大,并送至扬声器,在通话 时即可完成免提接听。另外,在该模块的 基础上,设计适当的音频转换电路,将来 自MIC的模拟信号转换成数字信号,并送 ・62・ 价值工程 至该模块的MIC信号输入端,经DSP回音消除处理,再经 蓝牙射频传至手机终端,即可完成免提通话。该部分电路 如图3中“蓝牙部分原理图”所示。 3.3电源系统硬件设计本系统采用标准锂电池供 电,锂电池的供电电压通常在7.4V至8.2V之间,而本系 统的主控处理器和蓝牙模块正常情况下均工作在3.3v, 且LCD需要5V供电电压,所以本系统需要设计相应的稳 压电路和电压转换电路。相关电路如图4“电源系统原理 图”所示。 图4电源系统原理图 4系统软件设计 本系统在进行软件设计时,充分利用单片机 MSP430F149的低功耗特性,通过串口中断对蓝牙的通信 状态进行实时监测,并利用I/O中断发出相应的控制指 令。这样,系统仅在少数时间处于活动状态,而在大多数时 间均处于休眠状态,大大降低了系统功耗1 。 图5系统软件流程图 在本系统中,系统软件首先完成对各个模块的初始 化,然后使系统进入休眠状态。当系统作态发生改变时,程 序将根据预先设定的判定指标,响应相应的中断程序,完 成相应的处理。其中,UART中断程序主要完成对蓝牙通 信状态的监视。当作态发生改变时,蓝牙将向主机串口发 送特定的参数,唤醒主机串口中断。主机接到参数后将对 其进行分析,并通过LCD进行显示,为用户提供必要的通 讯信息。按键中断程序主要完成控制命令的发送。用户可 通过按下按键触发相应的按键中断程序,提示主机通过串 口向蓝牙发送相应的控制指令,继而完成相应的通信。系 统软件流程图如图5所示。 5系统测试 本系统采用黑盒测试与白盒测试相结合的方式对系 统实物和软件进行了全面的测试。系统测试机理如图6 所示。 图6系统实物图 表1系统功能测试结果 测试项目 测试结果 LCD显示情况 备注 在黑盒测试中,先后完成了对音乐播放/暂停、上/下一 曲、音量控制、免提接听、挂断、拒接、按键拨号等系统功能 的测试,系统预定功能全部实现且体验良好,系统功能测 试结果如表1所示。 播放/暂停 上/下一曲 成功 成功 AV Play/Pause Forward/Backward 音质清晰 在白盒测试中,以动态测试为主,静态测试为辅,针对 系统软件的内部逻辑结构,设计了大量测试用例,并在程 序不同地方设立测试检查点,对软件中的逻辑路径进行了 音量控制 免提接听 挂断 拒接 按键拨号 声控拨号 成功 成功 成功 成功 成功 成功 Voice Up/Down Talking No Answer Reject 号码+Ca1ling¨ 号码+calling¨ 音质清晰 显示号码 显示号码 很好的覆盖测试。经过实测,系统软件的运行状态与预期 状态基本一致。 另外,还对系统的功耗进行了测试。通过测试,本系统 通话时消耗的电流最大为50mA,所以如果选用1050mA 6结论 在现代社会中,车载免提系统在行车安全中扮演着越 的锂电池将能连续使用21h,完全能够满足普通用户的 来越重要的角色。本文针对传统车载免提系统的缺点,对 需求。 低功耗、高音质的多功能车载蓝牙免提系统进行研究,并 Value Engineering ・63・ 高炉煤气在活性石灰回转窑中节能降耗的探讨 On the Blast Furnace Gas in Active Lime Kiln for Energy Saving 夏玉平①XIA Yu—ping;范跃翔①FAN Yue—xiang;闰炳宽②YAN Bing—kuan; 张缰山②ZHANG Jiang—shan;闫玉风②YAN Yu—feng (①四川恒大矿业有限公司,乐山614900;②新兴河北工程技术有限公司,邯郸056000) (@Siehuan Hengda Mines Co.,Ltd.,Leshan 614900,China;@Xinxing Hebei Engineering&Research Inc.,Ltd.,Handan 056000,China) 摘要:文章主要介绍活性石灰回转窑生产过程中,高炉煤气管网波动对生产的影响。通过增设稳压站平衡管网压力波动,稳定管 网压力,增加低热值煤气用量,进而置换煤粉,降低产品能耗,保证生产稳定的使用效果。为业内通过利用低热值高炉煤气用量、降低 能耗,稳定生产提供一些实践经验 Abstract:This paper introduces the effect of blast furnace gas pipe fluctuation on the production in the active lime rotary kiln production process. I is paper adds the regulator station to balance the pipeline pressure fluctuation and stabilize pressure in the pipe. increases the amount of low caloriifc value gas for coal replacement to reduce energy consumption and ensure stable production results.This paper provides some practical experience for reducing energy consumption and stabilizing production through the use of low caloriifc value of blast furnace gas consumption. 关键词:回转窑;能耗;高炉煤气 Key words:rotary kiln;energy consumption;blast furnace gas 中图分类号:TQ177.2 文献标识码:A 文章编号:1006—4311(2015)09—0063—03 石灰的正常生产至关重要。 高炉煤气是炼铁高炉生产过程中的副产品,它的主要 国内许多大型企业需要大量高质量、高活性度的 台金 石灰,满足企业冶炼高品质钢材的需求。比较而言,回转窑 成份是CO、CO2、N2、H2等,CO约占22%一26%,CO2约占 0引言 焙烧法具有生产能力大,石灰质量均匀,生烧和过烧低及 原料利用率高等优点,在冶金工业中广泛应用。 四川恒大矿业有限公司装备有600t/d活性石灰回转 窑生产线两条;燃料采用“焦炉煤气+高炉煤气”搭配使用, 生产相对稳定。自2011年以后,为平衡公司新建球团生产 16%一19%,H:约占1%一4%,N:要占58%一60%,属于二次 线对焦炉煤气的需求,对回转窑进行了煤粉替代焦炉煤气 的改造,以满足公司的能源平衡。煤粉改造投入运行后基 本实现了煤粉替代煤气的目的,但由于使用煤粉后能耗偏 高及回转窑结圈等难题的客观存在,给生产带来了很多的 困难。因此,进一步优化燃料结构,减低产品能耗,对活性 作者简介:夏玉平(1965一),男,四川乐山人,总经理,研究方向为 企业运营:范跃翔(1972一),男,四川乐山人,厂长,研 究方向为生产管理;闰炳宽(1969一),男,河北邯郸人, 常务副总经理,研究方向为企业运营;张缰山 (1967一),男,河北邯郸人,项目经理,研究方向为项目 运营:闰玉凤(1968一),女,河北邯郸人,项目主管,研 究方向为项目管理。 能源。由于高炉煤气中N 及CO2等不可燃物质占到60~ 7O%比例,热值非常低。表现为燃烧不稳定,常温下极易自 行熄火,发生危险。 如果高炉煤气被直接排空或放散燃烧,一方面,由于 高炉煤气中含有大量一氧化碳和其它有害化学物质,严重 污染了环境;另一方面,也造成了能源的巨大浪费。 近年来,国内高炉煤气的利用已经取得了突破性进 展。对其进行综合利用,将成为未来一个重要发展趋势。 在回转窑生产过程中,通过添加高炉煤气降低燃料成 本,是降低能源消耗的有效途径。高炉煤气用量需在一个 合理的范围内波动,用量不宜过少,也不易过多。高炉煤气 用量较小时,煤粉用量较大,能耗降低效果不明显。另一方 面过多的高炉煤气又会带走火焰热量,降低火焰温度,影 Ⅱ向生产工艺。通常采用较高热值燃料与高炉煤气搭配使用 的方法。通常有“焦炉煤气+高炉煤气”,“喷煤+高炉煤气” 等方式。 21. 给出了具体可行的实现方案,对于开发者具有较高的参考 程,2010,[4]严新忠,郭建川,贺运萍.基于HCI状态机的蓝牙无线通信 价值。经实测验证,系统在较好地完成预定功能的同时,保 J1.自动化与仪表,2008,6. 障了其低功耗和高音质特性。另外,系统还具有可维护性 系统模型[[5]Jamil Chaoui.A Robust Echo Cancellation System 强、便携等优点,在用户双手的同时,让用户用得舒 ally Suited For WirelessCar Handsfree Environment Printed 心、放心。目前,系统性能测试良好,但是,其集成度不够 Especiand published by the lEE,Savoy Place,LondonWC2R OBL,UK. 高,下一步将对其作进一步优化。 参考文献: 【6]赵路,张永瑞.移动通信中的回波抵消算法[J】.移动通信 2002,6. 『11寇蔻.基于蓝牙技术的双模车载免提设计[D].天津:天津大 [7]周小斌.基于蓝牙技术的车载面系统的设计与研究[D].浙 学电子信息工程学院,2005:1-68. 浙江工业大学信息工程学院,2007:1-53. 【2】钱志鸿,杨帆,周求湛.蓝牙技术原理、开发与应用【M】.北京 江:【8】周建,任红艳,王彦斌.MSR430的低功耗特性在蓝牙产品 航空航天大学出版社,2006. [3】陈子彬.蓝牙技术能在汽车通讯得到长足的应用[J].价值工 中的应用[J].电子技术用,2003,12. 

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