用FireBeetle 2 ESP32 P4做个环境噪音检测器

昨天用FireBeetle 2 ESP32 P4开发板驱动了SSD1306的OLED屏幕，绘制了一个油门表的图像。今天在这个项目的基础上结合FireBeetle 2 ESP32 P4开发板上的麦克风制作一个环境噪音监测器。

一、硬件
看官方说明文档可以看见，开发板上有集成一颗MEMS PDM麦克风。连接到ESP32P4板子的12、9脚，使用I2S驱动。显示部分依然是SSD1306主控的OLED屏幕。

二、驱动麦克风
PDM麦克风只需要两个数据线即可驱动。12脚为时钟线；9脚为数据线。在ESP-IDF下使用I2S进行驱动，采样率使用16000，采样深度为16位，采集到的信号为单声道信号。

void init_microphone(void)
{
    i2s_chan_config_t chan_cfg = I2S_CHANNEL_DEFAULT_CONFIG(I2S_NUM_AUTO, I2S_ROLE_MASTER);
    ESP_ERROR_CHECK(i2s_new_channel(&chan_cfg, NULL, &rx_handle));

    i2s_pdm_rx_config_t pdm_rx_cfg = {
        .clk_cfg = I2S_PDM_RX_CLK_DEFAULT_CONFIG(SAMPLE_RATE),
        /* The default mono slot is the left slot (whose 'select pin' of the PDM microphone is pulled down) */
        .slot_cfg = I2S_PDM_RX_SLOT_PCM_FMT_DEFAULT_CONFIG(I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT, I2S_SLOT_MODE_MONO),
        .gpio_cfg = {
            .clk = PDM_CLK_PIN,
            .din = PDM_DATA_PIN,
            .invert_flags = {
                .clk_inv = false,
            },
        },
    };
    ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_init_pdm_rx_mode(rx_handle, &pdm_rx_cfg));
    ESP_ERROR_CHECK(i2s_channel_enable(rx_handle));
}
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三、读取麦克风信息，转换为声强值
麦克风本质上是个ADC转换器，不停地将感知到的声音强度通过AD转换，转为一个具体的数字。采样率使用16000Hz，意味着每秒钟转换16000次，每个数据都是个16位的整形。本项目是测量环境的噪音值，所以这里将收集到一段时间内麦克风的值转换成声音强度信息。

// 计算声音强度
float calculateVolumeRMS(int16_t *buffer, int size)
{
    // 第一步：计算直流偏置（平均值）
    float sum = 0.0f;
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        sum += buffer[i];
    }
    float dc_offset = sum / size;

    // 第二步：去除 DC 偏置后计算 RMS
    float ac_sum = 0.0f;
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        float sample = buffer[i] - dc_offset;
        ac_sum += sample * sample;
    }
    float rms = sqrtf(ac_sum / size);

    // 第三步：转换为分贝（使用更合适的参考值）
    if (rms < 1.0f)
        return -100.0f;
    return 20.0f * log10f(rms / 1000.0f); // 参考值改为 1000，可根据实际调整
}
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这里计算出的结果也是分贝(db)，但是这个值和物理声学中的分贝不一样。

计算值	对应环境情况
-60dB	绝对安静
-40dB	安静
-20dB	嘈杂
0dB	吵闹

四、将声强信息映射到OLED屏幕的角度。
有了噪音值，就需要展示出来。将噪音值映射到0~180度的弧线上。这里取-40dB~0dB进行映射。将映射好的角度通过一条线进行绘制，这样就能够动态地看见环境噪音值了。

// 最小有效音量 (静音): -40 dB
// 最大有效音量 (满载): 0 dB

float map_volume_to_angle(float db) {
    float min_db = -40.0f;
    float max_db = 0.0f;
    
    // 限幅
    if (db < min_db) db = min_db;
    if (db > max_db) db = max_db;
    
    // 归一化到 0.0 ~ 1.0
    float normalized = (db - min_db) / (max_db - min_db);
    
    // 映射到角度: 180度(左) 到 360度(右) -> 范围90度
    // 或者根据你的表盘设计：180度是0%，360度是100%
    float start_angle = 180.0f;
    float end_angle = 360.0f; // 或者 450.0f 如果表盘是半圆以上
    
    return start_angle + (normalized * (end_angle - start_angle));
}
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五、效果演示


六、源码
SSD1306.zip