DIY帶網(wǎng)絡(luò )功能的有源音箱很難？Easy EDA超easy實(shí)現！

看題目小伙伴們會(huì )覺(jué)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(méi)錯我原本就是想做一個(gè)WIFI音箱的，但是對WIFI和藍牙模塊不是很熟悉，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(wú)線(xiàn)路由器到里面，那也是WIFI音箱了，對于DIYer來(lái)說(shuō)這些事無(wú)所謂的啦，重要的是使用趁手的工具，將東西做出來(lái)對吧。

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)現一款不錯的共享作品，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)設計做點(diǎn)什么，二是在想做些什么的時(shí)候，家里的藍牙音箱剛好壞了。目前市面上的藍牙或者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(wú)線(xiàn)音箱呢?不過(guò)如上文所說(shuō)我并不熟悉WIFI和藍牙一類(lèi)的無(wú)線(xiàn)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(wú)限路由器實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳輸。

圖3 帶無(wú)線(xiàn)路由器的有源音箱模塊圖

現在就記錄一下，我做這么個(gè)音箱的過(guò)程，具體的設計和驅動(dòng)程序參考鏈接：

第一步，現將這個(gè)共享設計拷貝到自己的工作空間。

圖4 將共享項目拷貝到自己的工作空間

圖5 留下評論

然后導出生產(chǎn)資料，EasyEDA的生產(chǎn)資料是標準的gerberfile，并以壓縮包形式提供下載，將壓縮包發(fā)給自己熟悉的供應商就能夠完成打樣。

第二步，根據核心板提供的接口，設計原理圖。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引出來(lái)，其中包括一組SPI接口、一組RMII接口、一組串口和數個(gè)IO口。SPI接口用于接音頻編解碼芯片，串口用于調試，RMII接口接網(wǎng)絡(luò )PHY實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通信，IO口用于控制芯片的使能和復位等以便達到節能和異?；謴偷墓δ?。

圖7 電源模塊

這個(gè)設計總共用到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轉成5V，作為轉更低電壓的中間電壓，使用開(kāi)關(guān)電源電路轉中間電壓，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

因為核心板已經(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)現網(wǎng)絡(luò )通信功能。再增加UART轉標準232電路，將調試口USART1引出來(lái)，后續調試的時(shí)候只需要用標準的USB轉串口線(xiàn)就能連接電腦，進(jìn)行調試。

圖9 音頻編解碼模塊

設計使用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(tīng)說(shuō)的，可以說(shuō)是說(shuō)的出名字的格式都支持)，編碼格式支持ADPCM，輸出數據流格式可選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格書(shū)。

圖10 VS1053內部框圖

圖11 功放模塊

設計使用TPA3130進(jìn)行功率放大。TPA3130非常簡(jiǎn)單易用的D類(lèi)功放(數字功放)，支持寬電壓范圍，抗AM干擾，具有待機控制，自帶過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、輸出短路等多種保護，15V供電的時(shí)候就能夠以30W的功率驅動(dòng)8歐的負載(2x15W單通道15W雙通道輸出，或者30W單通道PBTL輸出，設計使用的就是后者)。整個(gè)系列芯片的封裝采用PIN TO PIN設計，可以不用改板直接換芯片就能實(shí)現輸出功率的提升。

圖12 數字功放驅動(dòng)波形

設計使用的TPA3120的BD調制模式，輸出波形如上圖，這種調試模式的好處是對輸出濾波電路的要求不高，而且也具有常規數字功放的特點(diǎn)，效率高，發(fā)熱小。

第三步，PCB圖設計。設計的時(shí)候需要注意音頻走線(xiàn)要足夠短。別的就得在調試的時(shí)候才能知道有沒(méi)有需要調整的地方。固定孔是根據手頭上現有的支架確定。

圖13 PCB圖

圖14 PCB效果圖

畫(huà)完后下載gerberfile，發(fā)給自己熟悉的供應商進(jìn)行打樣。

第四步，樣品制作與調試，這次是手工焊接，所以只需要BOM就可以了，無(wú)需坐標文件。焊接的時(shí)候忙不過(guò)來(lái)，這次只上最終成品照片。調試的時(shí)候沒(méi)發(fā)現什么異常問(wèn)題，不過(guò)磁珠在長(cháng)時(shí)間播放的時(shí)候會(huì )有點(diǎn)熱，看來(lái)還是不能夠在不播音樂(lè )的時(shí)候一直開(kāi)著(zhù)音箱，幸好設計初期考慮了靜音控制功能，在不播飯音樂(lè )的時(shí)候就不使能功放芯片，讓它進(jìn)入待機狀態(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，其中支架是找的現成結構件，電源模塊是淘寶上淘的，固定孔對不太上，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，將模組安裝到常規的音箱當中，在淘寶上反復找合適的木質(zhì)音箱，但是DIY的東西就是這樣，可遇不可求，就跟上文EasyEDA上共享的核心板設計一樣，因此暫時(shí)不上成品圖了。

PS：那怎么控制它播放音樂(lè )呢?當然是需要編程的，控制原理與小米WIFI音箱差不多，可以上網(wǎng)找開(kāi)源的音頻播放手機app，然后根據通信協(xié)議，編寫(xiě)嵌入式程序，還是要花點(diǎn)時(shí)間的，不過(guò)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、音頻編解碼芯片驅動(dòng)程序等)在公司的相關(guān)項目中有用過(guò)，只需將MDK工程進(jìn)行微調就能夠實(shí)現想要的功能了。這次只開(kāi)放了音頻編解碼芯片的驅動(dòng)，并附了EasyEDA的項目中。其它開(kāi)源代碼請有興趣的伙伴自行上網(wǎng)搜索，STM32F207相關(guān)的開(kāi)源代碼還是很豐富的。

圖16 附件驅動(dòng)程序

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