隨著高校數字設備的更新，數字調頻發射機在高校中得到廣泛應用。但傳統的調頻發射機以模擬電路為主，發射頻率固定、穩定性差；而數字式發射機功耗很大，且幾乎所有設備都沒有靜音關閉的功能，容易造成電能浪費。本文提出的節能型數字調頻發射機的設計，可使發射頻率在88 MHz～108 MHz范圍內任意設置，精度達0.1 MHz，可有效避免干擾，提高穩定性。選用的低功耗系統實現了靜音關閉功能，大大減少電能損耗，起到節能、環保的作用。該設計可作為學校數字化教學的無線話筒使用，也可用于組建小型的廣播系統，具有很強的實用價值。

1 系統設計和工作原理
    本系統以低功耗單片機MSP430F149為主控制器、BH1415F模塊為核心，加以聲強檢測模塊、繼電器控制模塊以及液晶顯示、矩陣鍵盤等模塊組成。該系統的工作原理如下：首先觸發工作按鈕，繼電器開關閉合，系統工作。利用駐極體麥克風采集聲音，放大、濾波后，其中一路傳輸給BH1415F調頻后發射，液晶屏實時顯示發射頻率和狀態；另一路經聲強檢測模塊，將得到的電壓值傳給單片機內部A/D轉換器。當有聲音發出時，采樣得到的電壓值較大，控制繼電器開關一直閉合，系統處于工作狀態；一旦聲音停止，電壓值將變得很小，若在一定時間內，檢測的電壓值持續低于設置的無聲閾值，則控制繼電器開關斷開，切斷系統所有供電，系統停止工作，達到靜音關閉的功能。系統框圖如圖1所示。

2 硬件設計
2.1 MSP430簡介
    MSP430是TI公司推出的16位系列單片機，在電池供電的低功耗應用中具有獨特的優勢。其工作電壓在1.8 V～3.6 V范圍之間，正常工作時功耗可控制在200 μA左右。可實現2 μA甚至0.1 μA的低功耗[1]，且自帶有ADC12模塊，該模塊能夠實現12位精度的數模轉換，具有高速和通用的特點[2]。多用于智能儀表、智能家電、電池供電便攜式設備中。
    本系統采用MSP430F149單片機為主控芯片,不僅可以直接應用于內部集成的12位A/D，滿足設計的要求，還可使單片機進入低功耗模式，有效地減少系統功耗，進一步節約電能。
2.2 聲音采集模塊
    目前市面上較多的是動圈式麥克風和駐極體麥克風。駐極體麥克風具有體積小、頻率范圍寬、高保真和成本低的特點[3]，本設計采用駐極體麥克風初步采集聲音。麥克風通過3.5 mm立體聲插座接入電路，信號經濾波后，由三極管9014放大，得到適合的電壓值，實現聲音的簡單采樣。
2.3 數字調頻發射機模塊
　數字調頻發射系統采用BH1415F為核心，組成數字調頻發射模塊。BH1415F是專用的調頻發射集成電路，內含立體聲信號調制、調頻廣播信號發射電路、前置補償電路、限制器電路、低通濾波電路等，具有良好的音色，且內置PPL系統調頻發射電路，傳輸頻率非常穩定[4]。
    將BH1415F的傳輸使能端CE、傳輸時鐘端CK、傳送內容端DA、音頻靜音端MUTE與單片機I/O端口相連。單片機通過CE、CK、DA 3個管腳，用串行通信的方法向BH1415F寫入16位控制字，對其發射頻率、立體聲及PLL輸出狀態進行控制；通過對MUTE管腳送入高低電平，控制音頻靜音功能的開/關。
2.4 聲強檢測模塊
　經聲音采集模塊得到交流信號，為了提高檢測精度和效率，選用整流芯片AD736[5]，采用如圖2所示的聲強給測電路，將交流電壓轉換為直流電壓。由于得到的直流信號較小，AD736輸出的電壓需經LM324放大，再將得到的理想電壓值送至A/D轉換器。

2.5 靜音關閉控制模塊
    電源通過繼電器常開一端接入系統。不使用時，電源斷開，系統不工作。當觸發系統工作按鈕后，觸發瞬間電路接通，電源給系統供電，單片機立刻為繼電器送入高電平使繼電器跳轉，常開一端閉合，電源接入電路中。此時，即使松開工作按鈕，系統也可正常工作，繼電器控制電路如圖3所示。

    當單片機檢測的A/D電壓值持續小于閘值5 min后，單片機給繼電器送入低電平，繼電器跳轉，常開一端斷開，電源斷開連接，停止供電，系統停止工作。
3 軟件設計
3.1 軟件流程
    系統工作按鈕被觸發后，繼電器常開端閉合，進行初始化設置。定時1 s，讀出A/D采樣值，并與設定的閘值進行比較，判斷系統是否在使用中。若正在使用，則使計數清0；若未使用，則計數值加1。計數達300(5 min)時，控制繼電器跳轉，切斷電源。定時中斷流程圖如圖4所示。

3.2 低功耗設計
    本文設計的發射系統靜音關閉功能不僅節約電能，同時MSP430單片機還可以發揮其低功耗優勢，除了必要的設備初始化以外，其余程序（鍵盤觸發、定時器、A/D轉換）均在中斷中完成。單片機大部分時間處于LPM1低功耗模式中，只有中斷被觸發才被喚醒，這一設計方案大大降低了系統功耗[6]。當不設置發射頻率和發射狀態時，單片機可控制液晶、關閉背光，從而進一步降低功耗節約電能。
4 實驗結果
    經過軟硬件調試之后，系統成功實現了本文所提出的靜音關閉功能。該發射系統的關鍵性指標與常見的幾種無線調頻發射系統的技術指標比較結果如表1所示。可以看出，本設計除了具有靜音自動關閉功能優勢之外，其他的性能指標與所列幾種發射系統基本相當。

    針對傳統調頻發射機穩定性差、易受干擾、功耗大、浪費電能的問題，設計了基于MSP430低功耗單片機和BH1415F的節能型數字調頻發射機，正常情況下工作功率約1.2 W。該發射機的發射頻率在88 MHz～108 MHz范圍內可調，最小步進為0.1 MHz,發射功率為0.5 W～0.7 W。本設計增加了靜音關閉的功能，停止使用一段時間后,系統可自動切斷電源,可有效減少不必要的電能浪費,實用性極強,尤其在節能、環保方面具有很大的推廣價值。
參考文獻
[1] 郝妍娜, 洪志良.基于MCU和nRF905的低功耗遠距離無線傳輸系統[J].電子技術應用, 2007,33(8):44-47.
[2] 姜印平, 劉江江, 李杰. 基于MSP430單片機的智能電池檢測[J]. 儀器儀表學報, 2008,29(5):1040-1043.
[3] 秦麗, 潘峰, 孟令軍. 面向聲定位的低功耗音頻信號采集系統的設計[J].儀表技術與傳感器,2009(2):56-57.
[4] 謝三毛. 基于單片機的數控調頻發生器設計[J]. 煤礦機械,2010(3):246-248.
[5] 于德會, 孫文林, 王海軍. 基于AD736的交流伏安特性測試[J]. 儀表技術,2006(2):53-54.
[6] 蘇維嘉, 張金綱. 低功耗便攜式心電儀的設計[J]. 電子技術應用, 2011,37(12):37-39.