DIY帶網(wǎng)絡(luò)功能的有源音箱很難？Easy EDA超easy實(shí)現(xiàn)！
看題目小伙伴們會(huì)覺得很奇怪，什么是帶網(wǎng)絡(luò)功能的有源音箱?是WIFI音箱么?沒錯(cuò)我原本就是想做一個(gè)WIFI音箱的，但是對(duì)WIFI和藍(lán)牙模塊不是很熟悉，于是就先做一個(gè)帶網(wǎng)絡(luò)功能的有源音箱。大不了到時(shí)候就藏個(gè)無線路由器到里面，那也是WIFI音箱了，對(duì)于DIYer來說這些事無所謂的啦，重要的是使用趁手的工具，將東西做出來對(duì)吧。
圖1 帶網(wǎng)絡(luò)功能的音箱
圖2 帶網(wǎng)絡(luò)功能的有源音箱模塊圖
讓我萌生做這么個(gè)音箱想法的原因有兩個(gè)，一是最近在EasyEDA上閑逛的時(shí)候發(fā)現(xiàn)一款不錯(cuò)的共享作品，是一款4層的STM32F207核心板，如下圖，而且引出的資源挺豐富的，心想可以拿這個(gè)設(shè)計(jì)做點(diǎn)什么，二是在想做些什么的時(shí)候，家里的藍(lán)牙音箱剛好壞了。目前市面上的藍(lán)牙或者WIFI音箱大多是做的比較小而精致的低功率音箱。心想是不是可以做一個(gè)大功率一些的無線音箱呢?不過如上文所說我并不熟悉WIFI和藍(lán)牙一類的無線傳輸模塊，不一定能很快地做出這么個(gè)音箱，于是就選了個(gè)折中的方案，就是做一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制的有源音箱，到時(shí)候加個(gè)無限路由器實(shí)現(xiàn)無線傳輸。
圖3 帶無線路由器的有源音箱模塊圖
現(xiàn)在就記錄一下，我做這么個(gè)音箱的過程，具體的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)程序參考鏈接：
第一步，現(xiàn)將這個(gè)共享設(shè)計(jì)拷貝到自己的工作空間。
圖4 將共享項(xiàng)目拷貝到自己的工作空間
圖5 留下評(píng)論
然后導(dǎo)出生產(chǎn)資料，EasyEDA的生產(chǎn)資料是標(biāo)準(zhǔn)的gerberfile，并以壓縮包形式提供下載，將壓縮包發(fā)給自己熟悉的供應(yīng)商就能夠完成打樣。
第二步，根據(jù)核心板提供的接口，設(shè)計(jì)原理圖。這次的原理圖主要模塊包括接口模塊、電源模塊、網(wǎng)絡(luò)與串口模塊、音頻編解碼模塊和功放模塊。
圖6 接口模塊
將核心板的必要信號(hào)引出來，其中包括一組SPI接口、一組RMII接口、一組串口和數(shù)個(gè)IO口。SPI接口用于接音頻編解碼芯片，串口用于調(diào)試，RMII接口接網(wǎng)絡(luò)PHY實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，IO口用于控制芯片的使能和復(fù)位等以便達(dá)到節(jié)能和異常恢復(fù)的功能。
圖7 電源模塊
這個(gè)設(shè)計(jì)總共用到5個(gè)電源，其中24V用于功放供電，直接取自外部電源。用LM2576將24V轉(zhuǎn)成5V，作為轉(zhuǎn)更低電壓的中間電壓，使用開關(guān)電源電路轉(zhuǎn)中間電壓，這樣子效率較高，減少發(fā)熱。用LM1117系列芯片分別從5V轉(zhuǎn)出兩個(gè)3.3V和一個(gè)2.5V，其中一個(gè)3.3V用于核心板與網(wǎng)絡(luò)PHY供電，另外一個(gè)3.3V和2.5V分別給音頻編解碼芯片的模擬和核心部分供電，這里為了最大限度控制電源耦合的噪聲，確保音頻品質(zhì)，音頻編解碼芯片和核心板不共用一個(gè)3.3V。
圖8 網(wǎng)絡(luò)與串口模塊
因?yàn)楹诵陌逡呀?jīng)將網(wǎng)絡(luò)PHY芯片集成在里面，只需要增加網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45接口座就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。再增加UART轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)232電路，將調(diào)試口USART1引出來，后續(xù)調(diào)試的時(shí)候只需要用標(biāo)準(zhǔn)的USB轉(zhuǎn)串口線就能連接電腦，進(jìn)行調(diào)試。
圖9 音頻編解碼模塊
設(shè)計(jì)使用VS1053進(jìn)行音頻編解碼。VS1053是一款高性能的音頻編解碼芯片，解碼格式支持MP3/WMA/WAV等(還有好幾種很少聽說的，可以說是說的出名字的格式都支持)，編碼格式支持ADPCM，輸出數(shù)據(jù)流格式可選MP3或者WAV，而使用的硬件接口是SPI口。下圖是VS1053的原理框圖，有興趣的小伙伴可以自行百度規(guī)格書。
圖10 VS1053內(nèi)部框圖
圖11 功放模塊
設(shè)計(jì)使用TPA3130進(jìn)行功率放大。TPA3130非常簡(jiǎn)單易用的D類功放(數(shù)字功放)，支持寬電壓范圍，抗AM干擾，具有待機(jī)控制，自帶過壓、欠壓、過熱、輸出短路等多種保護(hù)，15V供電的時(shí)候就能夠以30W的功率驅(qū)動(dòng)8歐的負(fù)載(2x15W單通道15W雙通道輸出，或者30W單通道PBTL輸出，設(shè)計(jì)使用的就是后者)。整個(gè)系列芯片的封裝采用PIN TO PIN設(shè)計(jì)，可以不用改板直接換芯片就能實(shí)現(xiàn)輸出功率的提升。
圖12 數(shù)字功放驅(qū)動(dòng)波形
設(shè)計(jì)使用的TPA3120的BD調(diào)制模式，輸出波形如上圖，這種調(diào)試模式的好處是對(duì)輸出濾波電路的要求不高，而且也具有常規(guī)數(shù)字功放的特點(diǎn)，效率高，發(fā)熱小。
第三步，PCB圖設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的時(shí)候需要注意音頻走線要足夠短。別的就得在調(diào)試的時(shí)候才能知道有沒有需要調(diào)整的地方。固定孔是根據(jù)手頭上現(xiàn)有的支架確定。
圖13 PCB圖
圖14 PCB效果圖
畫完后下載gerberfile，發(fā)給自己熟悉的供應(yīng)商進(jìn)行打樣。
第四步，樣品制作與調(diào)試，這次是手工焊接，所以只需要BOM就可以了，無需坐標(biāo)文件。焊接的時(shí)候忙不過來，這次只上最終成品照片。調(diào)試的時(shí)候沒發(fā)現(xiàn)什么異常問題，不過磁珠在長(zhǎng)時(shí)間播放的時(shí)候會(huì)有點(diǎn)熱，看來還是不能夠在不播音樂的時(shí)候一直開著音箱，幸好設(shè)計(jì)初期考慮了靜音控制功能，在不播飯音樂的時(shí)候就不使能功放芯片，讓它進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，這樣子就不會(huì)有功耗，也就不會(huì)讓功率元件發(fā)熱。
第五步，模塊組裝，直接上圖，其中支架是找的現(xiàn)成結(jié)構(gòu)件，電源模塊是淘寶上淘的，固定孔對(duì)不太上，只打了兩顆螺絲。純手工打造照片有點(diǎn)丑，但是不影響功能。
圖15 樣板照片
第六步，將模組安裝到常規(guī)的音箱當(dāng)中，在淘寶上反復(fù)找合適的木質(zhì)音箱，但是DIY的東西就是這樣，可遇不可求，就跟上文EasyEDA上共享的核心板設(shè)計(jì)一樣，因此暫時(shí)不上成品圖了。
PS：那怎么控制它播放音樂呢?當(dāng)然是需要編程的，控制原理與小米WIFI音箱差不多，可以上網(wǎng)找開源的音頻播放手機(jī)app，然后根據(jù)通信協(xié)議，編寫嵌入式程序，還是要花點(diǎn)時(shí)間的，不過這次我算是站在偉人的肩膀上了，app和嵌入程序(網(wǎng)絡(luò)通信程序、音頻編解碼芯片驅(qū)動(dòng)程序等)在公司的相關(guān)項(xiàng)目中有用過，只需將MDK工程進(jìn)行微調(diào)就能夠?qū)崿F(xiàn)想要的功能了。這次只開放了音頻編解碼芯片的驅(qū)動(dòng)，并附了EasyEDA的項(xiàng)目中。其它開源代碼請(qǐng)有興趣的伙伴自行上網(wǎng)搜索，STM32F207相關(guān)的開源代碼還是很豐富的。
圖16 附件驅(qū)動(dòng)程序
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