#信息技术教材#小型扩音系统

实验活动——搭建小型扩音系统

一、实验目的及任务

1.认识过程与控制系统中的连续量即模拟信号的计算方式；

2.制作小型扩音系统，能够连续地根据采集到的真实环境噪音大小，控制输出音量大小；

3.认识和熟悉所使用的电子硬件模块，了解背后蕴含的科学知识。

二、实验内容

小型扩音系统主要包括两个小型实验。

①自制音乐播放器；

②自动调节音量的音乐播放器：播放音量随着环境噪音的变化而变化，噪音变大，播放音量变大，噪音变小，播放音量变小。

三、实验准备

编程软件：mPython编程软件

实验设备：计算机与实验模块（见下表）

四、预备知识

①声音的产生和传播

声音是由物体振动产生的，我们把振动的物体叫声源。例如当演奏乐器、拍打一扇门或者敲击桌面时，它们的振动会引起介质 “空气分子”有节奏的振动，使周围的空气产生疏密变化，形成疏密相间的纵波，这就产生了声波，这种现象会一直延续到振动消失为止。这种声波，我们用肉眼是看不到的。

声音的传播需要介质。固体、液体、气体都是介质，都可以传播声音。比如，我们在这个房间里大声说话，隔着墙的另外一个房间也能听到，这说明气体（空气）和固体（墙）都能传播声音。

②MP3音乐播放模块

MP3音乐播放模块，首先将音频文件从存储器中读出，然后对音频信号进行解码，将原来的数字信号转换成模拟信号，再把转换后的模拟信号放大，输出给喇叭，喇叭的振动膜跟随电流信号的幅度有节奏地振动，从而引起空气的振动，振动传递到我们的耳朵里，我们就能听到音乐了。

③声音传感器

声音传感器是一种用于感知声音的模块。传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，进而产生变化的微小电压，这一电压信号经过放大，再传送给计算机。

④小型扩音系统控制过程

五、实验步骤

1.自制音乐播放器

任务介绍：使用乐动掌控和MP3音乐模块完成一个音乐播放器。

学习目标：认识MP3音乐播放模块，了解声音的产生和传播过程。

实验设备与模块：乐动掌控*1、MP3音乐模块*1

实验步骤：

Ⅰ.电路连接。使用连接线将MP3音乐模块连接到乐动掌控P15、P16引脚，并在MP3音乐模块上连接喇叭，连接图如下图所示。

Ⅱ.存储音乐

MP3模块侧面有一个TypeC接口，用数据线连接电脑和MP3模块。电脑上可打开一个U盘，将音乐存储进去，之后即可断开MP3模块与电脑的连接。

Ⅲ.编写程序

①添加MP3模块扩展指令。

②编写播放音乐的程序。首先显示播放音乐的操作提示，然后初始化MP3模块，默认不播放音乐。然后编程设置若干按键用于控制音乐的切换和暂停等。

2.自动调节音量的音乐播放器

任务介绍：使音乐播放器播放音量随着环境噪音的变化而变化，噪音变大，播放音量变大，噪音变小，播放音量变小

学习目标：了解声音传感器的特点和使用方法，通过计算平均值、映射等方式，将连续变化的声音值和音乐音量较好地关联起来。通过观察实验现象，感知外界环境变化对系统输出的影响。

实验设备与模块：乐动掌控*1，MP3音乐模块*1，声音传感器*1

实验步骤：

Ⅰ.电路连接。

将声音传感器连接乐动掌控的P0引脚，MP3模块连接P15、P16引脚，连接图如下图所示。

Ⅱ.编写程序

①添加声音传感器指令。

②熟悉声音传感器。编写程序，打印声音传感器的测量值，可在控制台看到其随着声音的变化情况、测量范围等。可以看到数值从0到3000多。而MP3音乐模块的音量变化范围是0-30，直接把两个值关联起来是不太合适的。

③将声音传感器的数值映射到跟MP3音量范围匹配的区间内，再次输出可以看到声音值已经在0到30之间变化。观察打印出的数据可以发现，音量数值波动比较大，直接将该数值作为音乐音量的话，音量变化也会不稳定。

④采用求一段时间内声音平均值的方式，来让声音值的波动没那么大。创建一个列表，将声音值存入该列表，然后计算连续1000次声音的平均值。例如范围是0到1700，将这个范围映射到0到30。

⑤将这个数值赋值给音量，即可通过声音值改变音量的大小。

完整参考程序如下：

⑥将程序刷入到乐动掌控中测试效果，你觉得效果理想样？你能通过优化程序让效果更好吗？

参考程序：