使用ESP32与INMP441麦克风模块实现音频传输

本教程展示了如何使用ESP32开发板与INMP441麦克风模块进行音频采集，并通过UDP将音频数据传输到Windows主机进行播放。通过简单的代码，你可以实时接收和播放麦克风输入的音频。

小提示：确保ESP32和Windows主机连接在同一个WiFi网络下，以便成功传输数据。

1. 硬件连接

• 材料：

  • ESP32开发板
  • INMP441麦克风模块
  • 连接线

• 连接方式：

  • INMP441 VCC → ESP32的3.3V
  • INMP441 GND → ESP32的GND
  • INMP441 SCK → ESP32的GPIO 17
  • INMP441 WS → ESP32的GPIO 18
  • INMP441 SD → ESP32的GPIO 16

2. 硬件端代码

开发板：ESP32S3 Dev Module
IDE：Arduino IDE

#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
#include <driver/i2s.h>
#include <WiFiUdp.h>

#define I2S_WS 18
#define I2S_SD 16
#define I2S_SCK 17
#define I2S_PORT I2S_NUM_0
#define bufferLen 1024  // 增加缓冲区大小以适应更多音频数据

const char* ssid = "你的wifi名称";           
const char* password = "你的wifi密码";    
const char* host = "接收音频端的IP地址"; // 电脑的IP地址
const int port = 8888; // 监听的端口

WiFiUDP udp;  // 使用 UDP 协议进行数据传输
int16_t sBuffer[bufferLen];

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    Serial.println("Setup I2S ...");
    
    // 连接WiFi
    setup_wifi();
    
    delay(1000);
    i2s_install();
    i2s_setpin();
    i2s_start(I2S_PORT);
    delay(500);
}

void loop() {
    size_t bytesIn = 0;
    esp_err_t result = i2s_read(I2S_PORT, &sBuffer, bufferLen * sizeof(int16_t), &bytesIn, portMAX_DELAY);
    if (result == ESP_OK && bytesIn > 0) {
        // 发送音频数据到服务器
        udp.beginPacket(host, port);
        udp.write((uint8_t*)sBuffer, bytesIn);
        udp.endPacket();
    }
}

void setup_wifi() {
    delay(10);
    Serial.println();
    Serial.print("正在连接到WIFI ");
    Serial.println(ssid);
    WiFi.begin(ssid, password);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        delay(600);
        Serial.print("-");
    }
    Serial.println("WiFi 已连接");
    Serial.println("IP 地址: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());
}

void i2s_install() {
    const i2s_config_t i2s_config = {
        .mode = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_RX),
        .sample_rate = 16000,
        .bits_per_sample = I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT,
        .channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_ONLY_LEFT,
        .communication_format = (i2s_comm_format_t)(I2S_COMM_FORMAT_STAND_I2S),
        .intr_alloc_flags = 0,
        .dma_buf_count = 8,
        .dma_buf_len = bufferLen,
        .use_apll = false
    };

    i2s_driver_install(I2S_PORT, &i2s_config, 0, NULL);
}

void i2s_setpin() {
    const i2s_pin_config_t pin_config = {
        .bck_io_num = I2S_SCK,
        .ws_io_num = I2S_WS,
        .data_out_num = I2S_PIN_NO_CHANGE,
        .data_in_num = I2S_SD
    };

    i2s_set_pin(I2S_PORT, &pin_config);
}

3. Windows主机端代码

采用Python进行程序编写

import socket
import pyaudio

# 设置音频参数
CHUNK = 1024  # 每个数据包的大小
FORMAT = pyaudio.paInt16  # 数据格式为 16 位整型
CHANNELS = 1  # 单声道
RATE = 16000  # 采样率 16kHz

# 创建 PyAudio 对象
p = pyaudio.PyAudio()

# 打开音频流
stream = p.open(format=FORMAT,
                channels=CHANNELS,
                rate=RATE,
                output=True)

# 设置 UDP 服务器
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server_socket.bind(('0.0.0.0', 8888))  # 监听所有可用接口，端口 8888

print("等待音频数据流...")

try:
    while True:
        data, addr = server_socket.recvfrom(CHUNK * 2)  # 接收数据包（每个 int16 占用 2 个字节）
        if not data:
            break
        stream.write(data)  # 播放接收到的音频数据
except KeyboardInterrupt:
    pass
finally:
    stream.stop_stream()
    stream.close()
    p.terminate()
    server_socket.close()