一款基于ESP32的對講機傳輸音頻介紹

這是一款基于ESP32的對講機。它使用UDP廣播或ESP-NOW傳輸音頻。

硬件部件

Adafruit I2S 3W D類放大器突破-MAX98357A × 1個

I2S MEMS麥克風突破無聊× 1個

通用4ohm或8ohm揚聲器 × 1個

通用ESP32開發(fā)板× 1個

按鈕開關（可選）× 1個

描述

我們使用ESP32制作了一個Walkie-Talkie。音頻數(shù)據通過UDP廣播或ESP-NOW傳輸。因此，對講機甚至可以在沒有WiFi網絡的情況下工作！我以I2S麥克風和I2S放大器為基礎-只需稍作改動，它就可以與模擬麥克風和頭戴式耳機同樣工作。

細節(jié)

下方錄像帶，概述了該項目詳情。

您可以在以下位置訪問Fusion360項目：https ：//a360.co/2PXgAUS-因此，如果需要，可以隨時打印自己的版本。

對于視頻中的麥克風，我使用的是我自己的ICS-43434麥克風板，但它可以與INMP441麥克風板同樣良好地工作。

這兩個都是直接與ESP32交互的I2S麥克風。

I2S 3W放大器板來自Adafruit，并為揚聲器供電。這也直接與ESP32交互。對于ESP32開發(fā)板，我使用的是TinyPICO，但是可以使用任何通用開發(fā)板，因為我們在此項目中未使用任何特殊功能。

我使用的是定制PCB-（由PCBWay的優(yōu)秀人才制作），與往常一樣，他們做得很好，而且我對這些板的外觀感到非常滿意。我有很多音頻項目，能夠將所有東西連接在一起而不用擔心電線到處都是很好，這真是太好了。我所做的僅有的一點遺漏是不會斷開其余的GPIO引腳-因此，我認為我將盡快開發(fā)該板的版本2。

這是指向EasyEDA上的原理圖和PCB 的鏈接，如果需要，可以直接從PCBWay訂購該板的鏈接。

話雖如此，您實際上不需要PCB，您可以輕松地將所有東西連接到面包板上，而這正是我制作原型時所做的。

原理圖非常簡單-麥克風和揚聲器都使用I2S板，這使它們與ESP32的接線非常簡單。

當然，您可以修改代碼以將內置ADC用于輸入，將內置DAC用于輸出。如果要使用模擬麥克風板和耳機插孔進行輸出，則非常方便。

我在板上添加了一些額外的電路，以為麥克風創(chuàng)建干凈的電源。如果您觀看了我以前的一些視頻，那么您會想起來，使用WiFi時，我們在麥克風上會聽到很多噪音。

為解決此噪聲問題，我們通過從電池直接饋電為麥克風創(chuàng)建干凈的3.3v電源，我們使用LC濾波器對其進行濾波，然后將其傳遞至低壓降穩(wěn)壓器。這為我們提供了一個非常好的，干凈的麥克風電源，從而消除了很多噪音問題。

所有的代碼都在GitHub上-它應該是不言自明的，但是我將在這里給出高層次的概述。

這個項目的主要挑戰(zhàn)是如何將音頻從一個對講機廣播到所有其他對講機。

我已經以兩種不同的方式實現(xiàn)了這一點。您可以使用簡單的哈希定義輕松地在代碼之間切換。

第一種方法是使用UDP廣播。UDP廣播是一種非常簡單的機制。您將UDP數(shù)據包發(fā)送到一個特殊的IP地址，并且您的路由器將該數(shù)據包廣播到網絡上的所有其他設備。

我們可以安全地在UDP數(shù)據包中發(fā)送多達1436個字節(jié)，因此，如果我們以16KHz采樣并使用大約90ms音頻數(shù)據的8位采樣。因此，我們需要每秒發(fā)送大約11個數(shù)據包。這完全在ESP32的功能范圍內。

使用廣播UDP的最大優(yōu)點是，我們不需要了解對等方，我們只需廣播一條消息，任何正在監(jiān)聽它的人都會收到它。我們也不需要所有都連接到的集中式服務器。所有繁重的工作都由路由器完成。

但是，我們應該意識到UDP的一些缺點：

UDP數(shù)據包的傳遞僅是最大的努力-無法保證有人會收到您發(fā)送的數(shù)據包。

也無法保證數(shù)據包的順序-有人可能會完全隨機地接收您發(fā)送的數(shù)據包。

對于這個項目，我選擇忽略這兩個問題。對于廣播數(shù)據包，我們通常會停留在同一網絡中，因此我們可能不會丟失太多數(shù)據包，并且我們的數(shù)據包也可能會以正確的順序出現(xiàn)。如果他們不這樣做，那么我們只會在音頻上產生一點噪音和失真。

UDP廣播的另一個主要優(yōu)點是您可以在臺式計算機或電話上接收數(shù)據包-因此創(chuàng)建不基于ESP32的其他客戶端非常容易。

我實現(xiàn)傳輸?shù)牡诙N方法是使用ESP-NOW。ESP-NOW是Esppresif開發(fā)的協(xié)議，它使多個ESP設備無需WiFi即可相互通信。

這給我們提供了一個比UDP選項更大的優(yōu)勢，因為我們不需要WiFi網絡就可以使Walkie-Talkie正常工作。ESP-NOW的缺點是它具有250字節(jié)的小得多的數(shù)據包大小。這意味著我們需要每秒發(fā)送64次數(shù)據包。我們還具有與UDP相同的缺點-盡最大努力發(fā)送數(shù)據包，并且不能保證數(shù)據包將以什么順序到達。

但是，在我的測試中，它的表現(xiàn)還算不錯。運輸問題解決后，我們只需要掛接所有物品即可。我們有I2S輸入-它從麥克風讀取樣本并將它們傳遞到我們的運輸工具。一旦傳輸積累了足夠的數(shù)據以填充數(shù)據包，它將通過UDP或ESP-NOW發(fā)送數(shù)據。

另一方面，我們有相同的傳輸監(jiān)聽數(shù)據包。每次接收到數(shù)據包時，它都會通過我們的I2S輸出將數(shù)據排隊等待播放。I2S輸出只是將采樣輸出到I2S放大器。

為了允許數(shù)據包花費更長的時間到達，我們在傳輸和I2S輸出之間有一個緩沖區(qū)。在開始播放樣本之前，我們花了少量時間-這給了我們一些空閑時間以允許數(shù)據包抖動。確實要付出一些音頻延遲的代價-考慮到所有因素，音頻在制作后大約半秒鐘就會播放。

總而言之，盡管該項目可行。質量并不令人驚奇，但是對于一個業(yè)余項目來說肯定足夠了。

與往常一樣，代碼全部在GitHub上。讓我知道您在評論中的想法。如果您有任何改進，請打開請求。

可以看一下的一些想法：

壓縮音頻以減少帶寬。

自動增益控制

消除回聲

如上分享可能還有很多不完善，請隨時留言交流~

附：

源代碼：https://github.com/atomic14/esp32-walkie-talkie

原理圖：

責任編輯:pj