DIY带网络功能的有源音箱很难EasyEDA超easy实现

sayuenala

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