有害動(dòng)物智能聲防系統(tǒng)中音頻控制子系統(tǒng)的研制

音頻控制子系統(tǒng)構(gòu)建方案1的軟件，從功能上主要分為隨機(jī)數(shù)生成、SD卡驅(qū)動(dòng)、FAT文件管理、串口通信以及解碼控制等5部分。
隨機(jī)數(shù)生成子程序通過調(diào)用庫函數(shù)rand()，在間隔時(shí)間變量確定的范圍內(nèi)生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)并執(zhí)行延時(shí)。
SD卡驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在SPI方式下以扇區(qū)（512 B）為單位對(duì)SD卡上數(shù)據(jù)的讀寫。
由于存儲(chǔ)器上一般使用FAT文件格式存放和管理文件，F(xiàn)AT文件管理子程序可實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器上文件目錄、數(shù)據(jù)存放位置的管理，以及在SD卡驅(qū)動(dòng)下讀取指定文件的數(shù)據(jù)。
串口通信子程序?qū)崿F(xiàn)串口初始化和以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)收發(fā)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)以幀為單位且?guī)в袛?shù)據(jù)校驗(yàn)的串口通信。在本方案的串口協(xié)議中，1幀數(shù)據(jù)包括8個(gè)字節(jié)。其中，第1字節(jié)是約定起始標(biāo)志；第2字節(jié)為發(fā)送者地址；第3字節(jié)是消息種類（如“更新聲防目標(biāo)”、“改變音量大小”等）；第4～7字節(jié)是消息參數(shù)；第8字節(jié)為前7個(gè)字節(jié)的和，用于校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，以保證通信的可靠性。
解碼控制子程序是音頻控制子系統(tǒng)軟件的重要部分，由于單片機(jī)上集成了MP3硬件解碼器，用戶無需關(guān)心解碼的具體過程，只要設(shè)置好解碼器參數(shù)并及時(shí)將數(shù)據(jù)送入解碼緩沖區(qū)即可。MP3音頻文件內(nèi)容分3部分，首、尾2部分用于記錄音頻文件名稱、制作者等信息；中間部分以幀為單位存放壓縮音頻數(shù)據(jù)，幀頭中包含有音頻文件的文件類型、采樣率、比特率、聲道數(shù)等信息。在播放指定的MP3音頻文件時(shí)，單片機(jī)先通過FAT文件管理子程序讀取指定文件一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)，并以此設(shè)置好硬件解碼器相關(guān)參數(shù)；然后，將音頻數(shù)據(jù)依次寫入解碼器緩沖區(qū)，解碼器自動(dòng)對(duì)MP3數(shù)據(jù)解碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)送入DAC。為實(shí)現(xiàn)連續(xù)播放，解碼控制子程序需要保證在解碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)空閑時(shí)及時(shí)寫入待解碼的數(shù)據(jù)。
3 方案2的構(gòu)建及實(shí)現(xiàn)
3.1 方案二的硬件結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)
方案2為音頻控制子系統(tǒng)的“ARM微處理器+軟件解碼”構(gòu)建，該方案的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。ARM微處理器選用了三星公司生產(chǎn)的S3C2440芯片，并擴(kuò)展了64 MB FLASH，用于存儲(chǔ)引導(dǎo)程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核等，同時(shí)，還擴(kuò)展了64 MB SDRAM作為程序的運(yùn)行空間。S3C2440基于ARM920T內(nèi)核，工作頻率達(dá)400 MHz，集成有SD、USB Host、LCD、音頻、視頻等豐富的外設(shè)接口，并提供有130個(gè)I/O口，是一款高性能、低功耗微處理器芯片[3]。無線通信模塊通過RS-232串口與微處理器相連。由于S3C2440上的USB HOST接口只支持USB1.1協(xié)議，考慮到兼容性，該方案中仍選擇SD卡作為存儲(chǔ)器，并以SD方式對(duì)其進(jìn)行讀寫。S3C2440集成有LCD和觸摸屏控制器，可根據(jù)需要選擇相應(yīng)的人機(jī)交互設(shè)備，例如點(diǎn)陣式LCD。S3C2440通過I2S音頻接口與具有A/D和D/A功能的低功耗音頻處理芯片UDA1341相連，實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的采集和輸出。該系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)控制芯片DM9000A接入以太網(wǎng)，用于與微機(jī)相連進(jìn)行開發(fā)調(diào)試。為提高系統(tǒng)硬件的電磁兼容性能及可擴(kuò)展性，硬件設(shè)計(jì)上采用了核心板+擴(kuò)展板的模塊化結(jié)構(gòu)。核心板上包括S3C2440、FLASH和SDRAM芯片，其借助插針與擴(kuò)展板相連。擴(kuò)展板集成了各種外圍芯片和接口，可據(jù)實(shí)際需求更改設(shè)計(jì)方案，方便系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展升級(jí)。

3.2 方案2的軟件設(shè)計(jì)
方案2的軟件結(jié)構(gòu)分為3層，見圖5。軟件開發(fā)平臺(tái)采用了嵌入式Linux操作系統(tǒng)。Linux是一種穩(wěn)定、高效、免費(fèi)的開源操作系統(tǒng)，不僅支持多種體系結(jié)構(gòu)和大量硬件設(shè)備，而且其內(nèi)核可據(jù)實(shí)際需求裁剪。