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

看題目小伙伴們會覺得很奇怪，什么是帶網(wǎng)絡(luò)功能的有源音箱?是WIFI音箱么?沒錯我原本就是想做一個WIFI音箱的，但是對WIFI和藍牙模塊不是很熟悉，于是就先做一個帶網(wǎng)絡(luò)功能的有源音箱。大不了到時候就藏個無線路由器到里面，那也是WIFI音箱了，對于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

讓我萌生做這么個音箱想法的原因有兩個，一是最近在EasyEDA上閑逛的時候發(fā)現(xiàn)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，心想可以拿這個設(shè)計做點什么，二是在想做些什么的時候，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和藍牙一類的無線傳輸模塊，不一定能很快地做出這么個音箱，于是就選了個折中的方案，就是做一個網(wǎng)絡(luò)控制的有源音箱，到時候加個無限路由器實現(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，我做這么個音箱的過程，具體的設(shè)計和驅(qū)動程序參考鏈接：

第一步，現(xiàn)將這個共享設(shè)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(dǎo)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(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，其中包括一組SPI接口、一組RMII接口、一組串口和數(shù)個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)位等以便達到節(jié)能和異?；謴?fù)的功能。

圖7 電源模塊

這個設(shè)計總共用到5個電源，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3.3V和一個2.5V，其中一個3.3V用于核心板與網(wǎng)絡(luò)PHY供電，另外一個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接口座就能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。再增加UART轉(zhuǎn)標準232電路，將調(diào)試口USART1引出來，后續(xù)調(diào)試的時候只需要用標準的USB轉(zhuǎn)串口線就能連接電腦，進行調(diào)試。

圖9 音頻編解碼模塊

設(shè)計使用VS1053進行音頻編解碼。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)計使用TPA3130進行功率放大。TPA3130非常簡單易用的D類功放(數(shù)字功放)，支持寬電壓范圍，抗AM干擾，具有待機控制，自帶過壓、欠壓、過熱、輸出短路等多種保護，15V供電的時候就能夠以30W的功率驅(qū)動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(shè)計使用的就是后者)。整個系列芯片的封裝采用PIN TO PIN設(shè)計，可以不用改板直接換芯片就能實現(xiàn)輸出功率的提升。

圖12 數(shù)字功放驅(qū)動波形

設(shè)計使用的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，效率高，發(fā)熱小。

第三步，PCB圖設(shè)計。設(shè)計的時候需要注意音頻走線要足夠短。別的就得在調(diào)試的時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，無需坐標文件。焊接的時候忙不過來，這次只上最終成品照片。調(diào)試的時候沒發(fā)現(xiàn)什么異常問題，不過磁珠在長時間播放的時候會有點熱，看來還是不能夠在不播音樂的時候一直開著音箱，幸好設(shè)計初期考慮了靜音控制功能，在不播飯音樂的時候就不使能功放芯片，讓它進入待機狀態(tài)，這樣子就不會有功耗，也就不會讓功率元件發(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，固定孔對不太上，只打了兩顆螺絲。純手工打造照片有點丑，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)計一樣，因此暫時不上成品圖了。

PS：那怎么控制它播放音樂呢?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)找開源的音頻播放手機app，然后根據(jù)通信協(xié)議，編寫嵌入式程序，還是要花點時間的，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)動程序等)在公司的相關(guān)項目中有用過，只需將MDK工程進行微調(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，并附了EasyEDA的項目中。其它開源代碼請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)動程序

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