DIY带网络功能的有源音箱很难EasyEDA超easy实现

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上传时间为: 2017-01-17 02:49 PM
2017-01-17
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看题目小伙伴们会觉得很奇怪,什么是带网络功能的有源音箱?是WIFI音箱么?没错我原本就是想做一个WIFI音箱的,但是对WIFI和蓝牙模块不是很熟悉,于是就先做一个带网络功能的有源音箱。大不了到时候就藏个无线路由器到里面,那也是WIFI音箱了,对于DIYer来说这些事无所谓的啦,重要的是使用趁手的工具,将东西做出来对吧。

  图1 带网络功能的音箱

  图2 带网络功能的有源音箱模块图

  让我萌生做这么个音箱想法的原因有两个,一是最近在EasyEDA上闲逛的时候发现一款不错的共享作品,是一款4层的STM32F207核心板,如下图,而且引出的资源挺丰富的,心想可以拿这个设计做点什么,二是在想做些什么的时候,家里的蓝牙音箱刚好坏了。目前市面上的蓝牙或者WIFI音箱大多是做的比较小而精致的低功率音箱。心想是不是可以做一个大功率一些的无线音箱呢?不过如上文所说我并不熟悉WIFI和蓝牙一类的无线传输模块,不一定能很快地做出这么个音箱,于是就选了个折中的方案,就是做一个网络控制的有源音箱,到时候加个无限路由器实现无线传输。

  图3 带无线路由器的有源音箱模块图

  现在就记录一下,我做这么个音箱的过程,具体的设计和驱动程序参考链接:

  https://easyeda.com/Alexis_Sanchez/AMPLIFIER_30W-5...

  第一步,现将这个共享设计拷贝到自己的工作空间,别忘了在这儿给作者留言以表感谢。

  图4 将共享项目拷贝到自己的工作空间

  图5 留下评论

  然后导出生产资料,EasyEDA的生产资料是标准的gerberfile,并以压缩包形式提供下载,将压缩包发给自己熟悉的供应商就能够完成打样。

  第二步,根据核心板提供的接口,设计原理图。这次的原理图主要模块包括接口模块、电源模块、网络与串口模块、音频编解码模块和功放模块。

  图6 接口模块

  将核心板的必要信号引出来,其中包括一组SPI接口、一组RMII接口、一组串口和数个IO口。SPI接口用于接音频编解码芯片,串口用于调试,RMII接口接网络PHY实现网络通信,IO口用于控制芯片的使能和复位等以便达到节能和异常恢复的功能。

  图7 电源模块

  这个设计总共用到5个电源,其中24V用于功放供电,直接取自外部电源。用LM2576将24V转成5V,作为转更低电压的中间电压,使用开关电源电路转中间电压,这样子效率较高,减少发热。用LM1117系列芯片分别从5V转出两个3.3V和一个2.5V,其中一个3.3V用于核心板与网络PHY供电,另外一个3.3V和2.5V分别给音频编解码芯片的模拟和核心部分供电,这里为了最大限度控制电源耦合的噪声,确保音频品质,音频编解码芯片和核心板不共用一个3.3V。

  图8 网络与串口模块

  因为核心板已经将网络PHY芯片集成在里面,只需要增加网络变压器和RJ45接口座就能实现网络通信功能。再增加UART转标准232电路,将调试口USART1引出来,后续调试的时候只需要用标准的USB转串口线就能连接电脑,进行调试。

  图9 音频编解码模块

  设计使用VS1053进行音频编解码。VS1053是一款高性能的音频编解码芯片,解码格式支持MP3/WMA/WAV等(还有好几种很少听说的,可以说是说的出名字的格式都支持),编码格式支持ADPCM,输出数据流格式可选MP3或者WAV,而使用的硬件接口是SPI口。下图是VS1053的原理框图,有兴趣的小伙伴可以自行百度规格书。

  图10 VS1053内部框图

  图11 功放模块

  设计使用TPA3130进行功率放大。TPA3130非常简单易用的D类功放(数字功放),支持宽电压范围,抗AM干扰,具有待机控制,自带过压、欠压、过热、输出短路等多种保护,15V供电的时候就能够以30W的功率驱动8欧的负载(2x15W单通道15W双通道输出,或者30W单通道PBTL输出,设计使用的就是后者)。整个系列芯片的封装采用PIN TO PIN设计,可以不用改板直接换芯片就能实现输出功率的提升。

  图12 数字功放驱动波形

  设计使用的TPA3120的BD调制模式,输出波形如上图,这种调试模式的好处是对输出滤波电路的要求不高,而且也具有常规数字功放的特点,效率高,发热小。

  第三步,PCB图设计。设计的时候需要注意音频走线要足够短。别的就得在调试的时候才能知道有没有需要调整的地方。固定孔是根据手头上现有的支架确定。

  图13 PCB图

  图14 PCB效果图

  画完后下载gerberfile,发给自己熟悉的供应商进行打样。

  第四步,样品制作与调试,这次是手工焊接,所以只需要BOM就可以了,无需坐标文件。焊接的时候忙不过来,这次只上最终成品照片。调试的时候没发现什么异常问题,不过磁珠在长时间播放的时候会有点热,看来还是不能够在不播音乐的时候一直开着音箱,幸好设计初期考虑了静音控制功能,在不播饭音乐的时候就不使能功放芯片,让它进入待机状态,这样子就不会有功耗,也就不会让功率元件发热。

  第五步,模块组装,直接上图,其中支架是找的现成结构件,电源模块是淘宝上淘的,固定孔对不太上,只打了两颗螺丝。纯手工打造照片有点丑,但是不影响功能。

  图15 样板照片

  第六步,将模组安装到常规的音箱当中,在淘宝上反复找合适的木质音箱,但是DIY的东西就是这样,可遇不可求,就跟上文EasyEDA上共享的核心板设计一样,因此暂时不上成品图了。

  PS:那怎么控制它播放音乐呢?当然是需要编程的,控制原理与小米WIFI音箱差不多,可以上网找开源的音频播放手机app,然后根据通信协议,编写嵌入式程序,还是要花点时间的,不过这次我算是站在伟人的肩膀上了,app和嵌入程序(网络通信程序、音频编解码芯片驱动程序等)在公司的相关项目中有用过,只需将MDK工程进行微调就能够实现想要的功能了。这次只开放了音频编解码芯片的驱动,并附了EasyEDA的项目中。其它开源代码请有兴趣的伙伴自行上网搜索,STM32F207相关的开源代码还是很丰富的。

  图16 附件驱动程序

文章来源于网络

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