第十五届智能车竞赛中的信标组别利用了新的声音信标[1]作为车模导引旗子暗记。如何在新版信标还没有正式出品之前就开始车模旗子暗记吸收和处理模块的调试是很多同学关心的问题。
在之前，同学们通过音箱播放信标Chirp音频[2]文件来仿照信标发出的声音，调试相应的麦克风阵列。这种办法比较大略，但还是短缺信标中的调频无线发送的同步音频旗子暗记，这使得信标的检测精度降落，相应速率缓慢了。
下面先容一种利用一款八管脚（SOP8封装）单片机 STC8G1K08来制作简化版的信标旗子暗记板，用于车模的调试。
根据信标导航旗子暗记[3]的哀求，旗子暗记板须要具有以下四个方面的功能：
能够产生符合哀求的Chirp旗子暗记[4]，来驱动音频功放通过扬声器发生发火声音；并通过调频旗子暗记发送同步无线旗子暗记；发送调频无线旗子暗记，供应给车模吸收同步音频旗子暗记；并作无线导航。驱动扬声器发送Chirp声音旗子暗记。与信标掌握板连接，检测掌握板上的脉冲旗子暗记掌握旗子暗记发送；为了简化设计，旗子暗记板只须要能够产生Chirp旗子暗记，并通过调频无线发送即可。利用一个普通的调频收音机吸收调频无线旗子暗记，并发出Chirp声响，作为实际信标的位置。通过外部连接一个开关来确定是否发生发火声响。
如果调试多个信标时，可以利用多个调频收音机，分别放在不同的地点。有人工打开或者关闭，仿照多个信标导航的环境。
电路设计1. STC8G1K08单片机资源STC8G1K08单片机，SOP8封装，除了电源（VCC），底线（GND）之外，别的管脚都可以利用，除了可以做普通的IO之外，还可以为内部的AD，TIMER，SPI， I2C，CCP等模块供应外部端口。
用于发送调频无线旗子暗记的QN8027[5]利用I2C总线掌握，利用到8G1K的I2C总结接口（P3.3:SDA, P3.2:SCL）。
由于8G1K08没有DA输出，可以利用其内部CCP模块产生PWM（P5.4:CCP2）旗子暗记，通过低通滤波来产生Chirp仿照旗子暗记。
输入端口P5.5(INT3)可以用于判断外部的开关旗子暗记确定是否发送旗子暗记。
末了还剩下UART的两个引脚，可以用于芯片程序下载。并作为普通的IO口来利用。
▲ STC8G1K08端口功能配置
2. STC8G1K08 MCU板设计设计硬件工程文件：
“
D:\zhuoqing\AltiumDesigner\SmartCar\2020\BEACONSTC8G1K08.PcbDoc
（1） 无线调频电路：
无线调频电路包括调频旗子暗记发生IC（QN8027）电路以及无线旗子暗记功率放大部分。调频旗子暗记发生采取了QN8027集成电路设计，大大减少了外围电路设计以及调试过程。利用12MHz晶体供应标准的参考振荡频率。 从单片机输出的Chirp旗子暗记经由RA1,RA2分压之后，形成大约峰峰值为1V的仿照旗子暗记加在音频双声道输入端口ALI（PIN10），ARI（PIN9）。
▲ FM电路设计
产生的调频旗子暗记通过电容C6耦合到高频三极管T1(9018)进行功率放大输出，输出射频旗子暗记经由电容C3耦合到天线。
（2）PWM低通滤波电路：
由8G1K08产生的PWM旗子暗记，须要经由低通滤波形成仿照旗子暗记。为了提高旗子暗记的质量，须要提高PWM的频率以及PWM的掌握占空比的位数。在单片机主频一定的情形下，这两个参数相互牵连，它们之间知足：
在实际设计中，上述参数为：
设计RC低通滤波器的截止频率比低一个数量级旁边。取C=0.1uF，R=220Ω，那么低通滤波器的截止频率为：
（3）电源电路：
由于QN8027只能事情在3.3V电压下。8G1k08单片机可以事情的电压范围比较宽，但是为了能够事情在35MHz的主频下，其电压VCC须要即是5V。其余，为了提高调频旗子暗记发射功率，电路的事情电压也须要更好一些。末了选择VCC= 5V。
因此须要单独利用一个3.3V的稳压芯片为AN8027供应电源。此外利用电阻-二极管钳位电路将单片机I2C的5V旗子暗记转换成3.3V旗子暗记接入QN8027。
▲ 电源电路与I2C总线接口电路
（4）事理图总图：
完全的电路事理图如下图所示：
▲ 事理图设计
（5）PCB设计：
下图给出了快速制版支配的PCB版图，以及焊接之后的测试电路板。在调频无线输出端口，利用一条20厘米的多股铜丝线作为天线。
▲ PCB设计电路图
电路板下面有六针插座，便于在面包板上完成调试。调试完之后，便可以通过该接口连接事情电源以及外部的掌握旗子暗记了。
六针的定义为：
序号 功能 描述 1 VCC 事情电源+5V 2 GND 电源地 3 TXD MCU串口输出 4 RXD MCU串口输入 5 INT3 开关量输入，掌握旗子暗记板事情 6 CHIRP 音频旗子暗记输出，内阻200欧姆
电路功能调试软件工程文件：
“
D:\zhuoqing\window\C51\STC\Tools\BeaconSTC8G1KSOP8\BeaconSTC8G1KSOP8.uvproj
1. PWM输出下图实测在PWM设置为0x1f，输出为50%时，PWM波形以及对应的频率。
▲ CCP2上的PWM波形输出
2. Chirp旗子暗记设置单片机TIMER0，产生10kHz的中断，在中断程序中交替发送0.2048秒的Chirp旗子暗记以及0.2048秒的静音。
Chirp旗子暗记数据是建立在程序去中的2048字节长度的表格，预先通过PYTHON措辞天生6bit的数据。
Chirp天生的公式为：
x\left n \right[]( {{{f_{end} - f_{start} } \over {t_1 }} \cdot {1 \over 2}t_n^2 + f_{start} \cdot t_n } \right " n \right")} \right]
然后将x[n]转化成0~63的整形数。
下面是经由RC低通滤波之后的Chirp音频仿照旗子暗记。
▲ PWM滤波后的Chirp旗子暗记
3. 射频旗子暗记利用DSA815频谱仪，外接一根拉杆天线，吸收到旗子暗记板发送的调频无线旗子暗记，频谱的中央在95.1MHz。
▲ 旗子暗记板发送的调频无线旗子暗记的频谱
调频旗子暗记的强度大于本地调频广播的无线旗子暗记10倍以上，纵然该旗子暗记与调频广播电台重叠，旗子暗记板发送的调频旗子暗记也能够压制住调频广播电台的旗子暗记。
下面是通过调频收音机在95.1MHz吸收到的音频旗子暗记。
▲ 调频收音机吸收到的旗子暗记
参考资料[1]
声音信标: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104231420
[2]
信标Chirp音频: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/105575349
[3]
信标导航旗子暗记: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/105004283
[4]
Chirp旗子暗记: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/105762739
[5]
QN8027: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104710034
