有害動(dòng)物智能聲防系統中音頻控制子系統的研制

音頻控制子系統構建方案1的軟件，從功能上主要分為隨機數生成、SD卡驅動(dòng)、FAT文件管理、串口通信以及解碼控制等5部分。
隨機數生成子程序通過(guò)調用庫函數rand()，在間隔時(shí)間變量確定的范圍內生成一個(gè)隨機數并執行延時(shí)。
SD卡驅動(dòng)實(shí)現在SPI方式下以扇區（512 B）為單位對SD卡上數據的讀寫(xiě)。
由于存儲器上一般使用FAT文件格式存放和管理文件，FAT文件管理子程序可實(shí)現對存儲器上文件目錄、數據存放位置的管理，以及在SD卡驅動(dòng)下讀取指定文件的數據。
串口通信子程序實(shí)現串口初始化和以字節為單位的數據收發(fā)，并在此基礎上實(shí)現以幀為單位且帶有數據校驗的串口通信。在本方案的串口協(xié)議中，1幀數據包括8個(gè)字節。其中，第1字節是約定起始標志；第2字節為發(fā)送者地址；第3字節是消息種類(lèi)（如“更新聲防目標”、“改變音量大小”等）；第4～7字節是消息參數；第8字節為前7個(gè)字節的和，用于校驗數據傳輸的正確性，以保證通信的可靠性。
解碼控制子程序是音頻控制子系統軟件的重要部分，由于單片機上集成了MP3硬件解碼器，用戶(hù)無(wú)需關(guān)心解碼的具體過(guò)程，只要設置好解碼器參數并及時(shí)將數據送入解碼緩沖區即可。MP3音頻文件內容分3部分，首、尾2部分用于記錄音頻文件名稱(chēng)、制作者等信息；中間部分以幀為單位存放壓縮音頻數據，幀頭中包含有音頻文件的文件類(lèi)型、采樣率、比特率、聲道數等信息。在播放指定的MP3音頻文件時(shí)，單片機先通過(guò)FAT文件管理子程序讀取指定文件一個(gè)扇區的數據，并以此設置好硬件解碼器相關(guān)參數；然后，將音頻數據依次寫(xiě)入解碼器緩沖區，解碼器自動(dòng)對MP3數據解碼，并將解碼后的數據送入DAC。為實(shí)現連續播放，解碼控制子程序需要保證在解碼數據緩沖區空閑時(shí)及時(shí)寫(xiě)入待解碼的數據。
3 方案2的構建及實(shí)現
3.1 方案二的硬件結構及實(shí)現
方案2為音頻控制子系統的“ARM微處理器+軟件解碼”構建，該方案的硬件結構如圖4所示。ARM微處理器選用了三星公司生產(chǎn)的S3C2440芯片，并擴展了64 MB FLASH，用于存儲引導程序和操作系統內核等，同時(shí)，還擴展了64 MB SDRAM作為程序的運行空間。S3C2440基于A(yíng)RM920T內核，工作頻率達400 MHz，集成有SD、USB Host、LCD、音頻、視頻等豐富的外設接口，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(wú)線(xiàn)通信模塊通過(guò)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卡作為存儲器，并以SD方式對其進(jìn)行讀寫(xiě)。S3C2440集成有LCD和觸摸屏控制器，可根據需要選擇相應的人機交互設備，例如點(diǎn)陣式LCD。S3C2440通過(guò)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)現音頻信號的采集和輸出。該系統經(jīng)以太網(wǎng)控制芯片DM9000A接入以太網(wǎng)，用于與微機相連進(jìn)行開(kāi)發(fā)調試。為提高系統硬件的電磁兼容性能及可擴展性，硬件設計上采用了核心板+擴展板的模塊化結構。核心板上包括S3C2440、FLASH和SDRAM芯片，其借助插針與擴展板相連。擴展板集成了各種外圍芯片和接口，可據實(shí)際需求更改設計方案，方便系統硬件的擴展升級。

3.2 方案2的軟件設計
方案2的軟件結構分為3層，見(jiàn)圖5。軟件開(kāi)發(fā)平臺采用了嵌入式Linux操作系統。Linux是一種穩定、高效、免費的開(kāi)源操作系統，不僅支持多種體系結構和大量硬件設備，而且其內核可據實(shí)際需求裁剪。