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无线数字对讲模块 本帖主对外承接开发,联系作者
生日的蛋糕
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发表于Thu Sep 29 11:29:58 CST 2016   |  只看该作者 1# 电梯直达

立创君11月3日晚21点插楼提示:该作品已进入首届立创商城电子制作节15强,点我投票参与公投,选出最终6强!


  U/V双频数字&模拟对讲模块

      一、作品简介    

    1、功能简介:

   这种小功率无线对讲模块可集成于各种设备中,亦可独立使用。数字制式通话时,只能相同协议的模块间通话,可实现一对一和一对多,可以收发数据或者文字消息。模拟制式兼容传统的调频对讲机。

2、原理简介:

      该模块采用STM32F103R8T6做为主控,通过SPII2CSX1278通信,通过I2CRDA1846S通信,通过SPII2CWM8974通信。SX1278RDA1846S共用发射接收电路,通过PE4259切换。发射使用了两级放大,预计可以推到5W功率输出。接收前级使用了2个独立的低噪管NE3509(噪声系数0.5),每个负责一个频段,后级使用了MGA-685T6 集成的宽带低噪放大芯片(噪声系数0.93)。接收总增益有40dB,但是考虑噪声影响,估计信号增益是30dB左右。

       电源部分使用了基于XL6007的自动升降压电路,以便使功放管能够有稳定的7.5V漏极偏置电压,这样输出比较稳定,5-10V输入电压都能正常工作。

        STM32主要运行Speex语音编解码算法,将语音压缩后的数据通过SPI接口传递给SX1278打包发射。对端接收后包数据后解压缩可以还原成语音。当只需要模拟对讲时,应关闭SX1278,单独控制RDA1846工作,两者不能同时用于通信。STM32通过SPI以及额外的时钟信号与WM8974双工通信,在数字对讲时,可以实现打手机一样边说边听。

           天线端的线路切换使用了Pin二极管,因为大功率的多通道射频开关很贵。输入线路和输出线路均加有低通滤波网络,抑制谐波 。

      3、PCB简介:

             整体采用4层板设计,板厚1.6mm,敷铜厚35um,三个FR-4隔层分别厚0.2mm、1.1mm、0.2mm。层叠顺序为信号-地-电源-信号,在介电常数4.3的情况下,顶层50Ω微带线宽度应为0.3mm,但功率走线可以设计宽些,我设为0.35mm。

             功率芯片下面大量做通孔,既可以加速散热又可以降低接地阻抗。绕线电感尽量远离,或垂直摆放,减少不需要的耦合。功率管的匹配应通过矢量网络分析仪和频谱分析仪现场调试,低噪声放大器的匹配用ADS软件仿真设计完成,中心频点分别为144MHz和430MHz。天线端的线路切换使用了Pin二极管,因为大功率的多通道射频开关很贵。接收线路尽量远离了功放,以降低热噪声,底层在功放的位置开有镀锡散热窗,应粘上散热片。

    二、作品亮点

1、采用扩频传输、设计了PA和LNA电路,使得通信距离较远;

         2、双频段电路设计,使得频率选择范围宽广,不用担心频道被占用。低频段配长天线信号穿透性绕射性都更好;

         3、留有USB接口和仿真器接口,串口、I2C、SPI接口引出,整体可以作为开发板,可自行升级固件或者编程开发;

         4、板载自动升降压的SEPIC稳压电源,输入电压选择范围较宽;

 5、外扩I2C接口设备,键盘、显示屏、蓝牙模块。

三、系统构架图

              

四、原理图

原理图中射频部分元件值仅供参考


五、材料清单(BOM列表)

     


六、PCB实物图



七、软件部分的描述

     The Speex codec is an open-source, patent- and royalty-free software dedicated to speech compression and decompression.

     Speex is based on CELP (code-excited linear prediction) and designed to compress voice at bitrates ranging from 2 to 44 kbps.

     The features of Speex include:

     – Narrowband (8 kHz), wideband (16 kHz), and ultrawideband (32 kHz) compression in the same bitstream

     – Intensity stereo encoding

     – Packet loss concealment

     – Variable bitrate operation (VBR)

     – Voice activity detection (VAD)

     – Discontinuous transmission (DTX)

     – Fixed-point port

     – Acoustic echo canceller

     – Noise suppression

    还是移步这里来看吧 http://www.stmcu.org/document/detail/index/id-200260或者http://www.docin.com/p-702959468.html

    还有http://bbs.eeworld.com.cn/thread-341817-1-1.html

八、调试过程

  

焊好主要元件后首先测试电压。回流焊后,QFN封装的元件容易短路和虚焊,解决办法就是用热风枪开到350度补焊,提起来再压压紧就可以了。密集的引脚如果有焊锡粘连,用烙铁头熬上松香或者焊锡膏再去刷几下,多出的焊锡就会被烙铁头吸走。烙铁应尽量避免敲击,会敲坏发热芯,使用高温棉去除焊锡。如果氧化了,可以用复活膏短时间修复一阵。

 现在3.3V、5V、7.5V电压都OK了,静态电流40mA。但是用手指触摸偏置线圈后,前级PA和后级PA之间随即产生自激振荡,使得7.5V电流达到1.6A,非常危险。解决办法就是重新调整RQA004和RQA0011之间的匹配网络,使得RQA0004的输出阻抗和RQA0011的输入阻抗达成共轭匹配,消除信号反射。使用网分和延长线,把C25移开,分别对前测反射S参数和对后测反射S参数,如图所示,失配比较严重,转到ADS软件里用史密斯圆图工具完成前后级的匹配,应注意,因为网分输出功率只有10dBm,只能测试小信号阻抗,所以结果只能作参考。 偏置电阻重新调整了大小,保证功率管偏置电流在容许范围内,级间匹配参照datasheet和网分的测试结果重新调整,已经不振荡了。

射频功放匹配调试过程:

1)热机半小时,然后把网分做双端口校准,保存。然后在1端口接上开路延长线,网分里找到延长线补偿选项,调整补偿参数,使得S11各频点阻抗数值集中到史密斯圆图最右顶端,保存;

2)确认PA的偏置电压都能达到指定值后,从前级开始调。首先应保证RQA0004的输入反射小于-10dB。打开ADS导入RQA0004的S2P模型做仿真设计,然后将结果应用到板上,如果还有振荡,可以在PA的输入端并联 68欧电阻串220pF电容到地,可以吃掉大部份的低频信号,低频信号自激振荡的源头。在仿真的基础上稍微调整电感和电容值后,测试430MHz S11<-10dB。

3)和宝锋对讲机在430.5MHz进行了通联,声音还不错。功率方面已经调到了430MHz输出4W,144MHz输出5W,但是功率管效率偏低,我再想想办法。。。



九、作品演示




十、总结

       

该帖子已被生日的蛋糕于Wed Nov 30 11:46:49 CST 2016编辑过
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立创商城赵...
【官方工作人员】
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发表于Thu Sep 29 11:44:25 CST 2016   |  只看该作者 2#


嗯,楼主加油!

《立创快报》总编辑、立创电子公共实验室建设者,企业QQ:2355740879
枯凡
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发表于Fri Sep 30 09:24:37 CST 2016   |  只看该作者 3#

期待楼主大作,持续关注这个项目!

Lz良
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发表于Fri Sep 30 09:38:23 CST 2016   |  只看该作者 4#
期待楼主大作,持续关注这个项目!  +1
derherstar
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发表于Fri Sep 30 14:37:13 CST 2016   |  只看该作者 5#
请问楼主数字对讲机,语音也是用数字方式发过去的么? 还是模拟载波发过去的?
生日的蛋糕
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发表于Fri Sep 30 15:39:52 CST 2016   |  只看该作者 6#
derherstar 发表于 Fri Sep 30 14:37:13 CST 2016  5# 请问楼主数字对讲机,语音也是用数字方式发过去的么? 还是模拟...
必须数字啊
欧阳
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发表于Sat Oct 01 11:04:03 CST 2016   |  只看该作者 7#
期待楼主大作,持续关注这个项目!  +1
生日的蛋糕
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发表于Sun Oct 02 21:23:18 CST 2016   |  只看该作者 8#
占位
kisp
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发表于Tue Oct 04 15:26:02 CST 2016   |  只看该作者 9#
数字的吗,DMR还是DPMR,声码器用什么,兼容FM吗,
生日的蛋糕
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发表于Tue Oct 04 21:29:38 CST 2016   |  只看该作者 10#
kisp 发表于 Tue Oct 04 15:26:02 CST 2016  9# 数字的吗,DMR还是DPMR,声码器用什么,兼容FM吗,
DMR,用STM32编解码,兼容FM
疏影
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发表于Wed Oct 05 14:43:01 CST 2016   |  只看该作者 11#
期待楼主出做品。
好大的风
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发表于Fri Oct 07 16:45:21 CST 2016   |  只看该作者 12#
城市距离1000米挺厉害的!
derherstar
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发表于Sat Oct 08 08:27:51 CST 2016   |  只看该作者 13#
语音采集和无线发送的速率是否能匹配? 还有选择的单片机处理速度最高72MHZ,速度是否够?
生日的蛋糕
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发表于Sat Oct 08 10:06:16 CST 2016   |  只看该作者 14#
derherstar 发表于 Sat Oct 08 08:27:51 CST 2016  13# 语音采集和无线发送的速率是否能匹配? 还有选择的单片机处理速...
完美匹配,速度足够还有多
立创商城赵...
【官方工作人员】
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发表于Sun Oct 09 10:10:37 CST 2016   |  只看该作者 15#

楼主的作品,如果能按照我们官方的作品发布格式来写,估计会更精彩!

我们官方的作品格式详见:

http://club.szlcsc.com/article/details_9BCE7AD8B03F4525ADDE3BAE5DCA196E_0_1_0_1_1.html

《立创快报》总编辑、立创电子公共实验室建设者,企业QQ:2355740879
生日的蛋糕
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发表于Tue Oct 25 14:21:25 CST 2016   |  只看该作者 16#

先看看之前的实物图吧


生日的蛋糕
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发表于Tue Oct 25 18:14:49 CST 2016   |  只看该作者 17#
谈一谈做这个产品的初衷
      最初看到公司里的老头在搞军用无线电发射器,感觉挺神秘的,后来有了自己的想法。用51做了个语音板,连接433无线模块,尝试用简单的压缩方式传输语音,结果当然是不可行。然后上网研究了很长一段时间,用DSP TMS320C5402连接NRF905模块做出了一对板子,使用花钱下载的G.729开源算法。为这个买了本C54x的教程,学习了很久。音质还不错,但是距离很短,只有50米,而且因为额外采用51加载程序,启动很慢。后来又研究了很久,发现STM32也有开源语音编码算法,然后自己也花了血本,买了仪器,搭起了射频电路做实验,研究了很久。这个时候扩频芯片SX278也诞生了,索性也用起。又乱做了一些实验,最后设计了一个方案,证明是可行的。调电路和程序蛮花精力的,前前后后有好几年了,不过也长进了不少,设计一般的电路就不在话下了。
     现在的这个设计使用SX1278+RDA1846S+STM32F103R8T6+WM8974+PA+LNA。采用RDA1846S可以使模块兼容模拟对讲机。为什么使用WM8974这种Audio Codec呢,因为之前使用PWM+低通滤波,发现声音不干净,容易受干扰,然后试了MAX9860,效果不错,但是必须双电压和没有喇叭功放让我比较头痛(为了调通MAX9860又花了400多买了美国原装的开发板,所以弄这些真是花了血本啊)。找了很久,觉得选择WM8974能满足要求。用音频编码芯片的优点就是它自带滤波器,这样音质比较好,出线短受干扰小,虽然是I2S接口,但是可以和SPI兼容,而且应该比使用独立的功放+低通滤波做出来占用PCB面积小。
      语音编码程序使用Speex源码修改而来,本质就是用算法对语音数据做16倍压缩后,转给无线芯片发射,对端接收后解压缩。如果两方协议好不停收发切换,可以实现双工对讲,延迟在0.5S以内。  Speex的码率有8Kbps,使用开源算法不是件光彩的事,而且现在有极低语音编码算法,码率可以低至400bps。低码率可以使通信距离极大的延长,所以将来我想持续改进,最好自己也能写一套算法出来。
深海
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发表于Fri Nov 04 01:53:15 CST 2016   |  只看该作者 18#
路过看了一下,D6,D7型号不合理,不知道你调完了没有,估计输出功率会有问题,容易烧LNA,容易自激,干扰很大,总之射频部分还差太远,需要重新来过。
生日的蛋糕
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发表于Fri Nov 04 08:25:47 CST 2016   |  只看该作者 19#
深海 发表于 Fri Nov 04 01:53:15 CST 2016  18# 路过看了一下,D6,D7型号不合理,不知道你调完了没有,估计输出...

谢谢,你的意见我在研究,今天开始调

rm
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发表于Fri Nov 04 11:33:26 CST 2016   |  只看该作者 20#
不错,期待远距离,待机功耗弄小点
偶然相遇
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发表于Sat Nov 05 09:54:54 CST 2016   |  只看该作者 21#
方案出售不?想私人合作
生日的蛋糕
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发表于Sat Nov 05 11:23:33 CST 2016   |  只看该作者 22#
偶然相遇 发表于 Sat Nov 05 09:54:54 CST 2016  21# 方案出售不?想私人合作
等我先调好,发现我的烙铁头比较钝, 不好焊...
紫枫
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发表于Mon Nov 07 08:10:17 CST 2016   |  只看该作者 23#
很不错!焊功很重要,板子既然刷了酒精索性全部刷刷干净,这样模拟信号不容易受干扰。起码也好看,方便调试。
生日的蛋糕
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发表于Mon Nov 07 08:43:39 CST 2016   |  只看该作者 24#
紫枫 发表于 Mon Nov 07 08:10:17 CST 2016  23# 很不错!焊功很重要,板子既然刷了酒精索性全部刷刷干净,这样模...
怎么看出了是酒精
疏影
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发表于Fri Dec 16 11:03:03 CST 2016   |  只看该作者 25#
该回复已删除
疏影
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发表于Fri Dec 16 11:05:46 CST 2016   |  只看该作者 26#
想和你合作,看到回复可否联系下,QQ:1119328270
Haohao
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发表于Sat Mar 25 22:36:00 CST 2017   |  只看该作者 27#
你好,我做无线数调制解调器,想和你交流一下,qq443506225
生日的蛋糕
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发表于Sun May 21 20:52:39 CST 2017   |  只看该作者 28#
做了几百个1W的小对讲模块,我自己试了效果还不错,有想要的吗
wuyang
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发表于Sun May 21 21:12:24 CST 2017   |  只看该作者 29#
不错,点个赞。
生日的蛋糕
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发表于Sun Jul 09 18:09:25 CST 2017   |  只看该作者 30#
cvi670
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发表于Mon Aug 07 08:10:25 CST 2017   |  只看该作者 31#

模拟的电路  调试起来  有些麻烦  

主要是做这种东西 得有专业设备

前进中的小...
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发表于Tue Sep 12 15:11:49 CST 2017   |  只看该作者 32#
楼主,可以支持1对多吗?我觉得有价值,可以发展一下。
owl1cjy
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发表于Tue Sep 12 16:02:02 CST 2017   |  只看该作者 33#
DMR能支持?DMR用的4FSK调制,扩频芯片制式支持吗?DMR常用的AMBE声码,估计也没有开源的吧?楼主的综合能力很强啊!令人佩服。是哪家公司的?
生日的蛋糕
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发表于Tue Sep 12 17:10:37 CST 2017   |  只看该作者 34#
前进中的小蜗牛 发表于 Tue Sep 12 15:11:49 CST 2017  32# 楼主,可以支持1对多吗?我觉得有价值,可以发展一下。
可以1对多啊,我就是给你们发展用的啊
生日的蛋糕
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发表于Tue Sep 12 17:17:05 CST 2017   |  只看该作者 35#
owl1cjy 发表于 Tue Sep 12 16:02:02 CST 2017  33# DMR能支持?DMR用的4FSK调制,扩频芯片制式支持吗?DMR常用的AMB...
不开源的当然不支持。跟哪家公司都没关系,自己摸索出来的
跳跳跳虎
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发表于Wed Oct 18 19:14:45 CST 2017   |  只看该作者 36#
楼主能搞全双功放对讲吗?
生日的蛋糕
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发表于Wed Oct 18 21:36:27 CST 2017   |  只看该作者 37#
跳跳跳虎 发表于 Wed Oct 18 19:14:45 CST 2017  36# 楼主能搞全双功放对讲吗?
我只是搞着玩,要求不高才行
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