Bezprzewodowe, stereofoniczne słuchawki z mikrofonem (AVT5189).pdf

(1095 KB) Pobierz

Bezprzewodowe, stereofoniczne słuchawki z mikrofonem

PROJEKTY

Bezprzewodowe,

stereofoniczne

słuchawki z mikrofonem

Technologia bezprzewodowego przesyłania danych rozpowszechniła

się na dobre w komputerach czy telefonach komórkowych.

Kontynuując temat związany z technologią Bluetooth opisujemy

konstrukcję dwufunkcyjnego urządzenia z takim interfejsem. Może

ono pracować jako stereofoniczne bezprzewodowe słuchawki lub

jako zestaw głośnomówiący.

Dodatkowe

materiały na CD

AVT–5189

• napięcie zasilania + 4…6 V,

• wbudowana antena,

• zasięg do 150 metrów w otwartej przestrzeni,

• łatwa komunikacja przez Bluetooth,

• prędkość transmisji UART 38400 bodów,

• prosta konstrukcja,

• wejście mikrofonowe,

• wyjście liniowe audio,

• sterowanie za pomocą kilku przycisków,

• możliwość zasilania bateryjnego,

W ofercie AVT:

AVT–5189A – płytka drukowana

PODSTAWOWE PARAMETRY

• zawiera 16-bitowe kodeki,

• stan pracy sygnalizowany przez dwie diody LED,

• niski pobór energii,

• częstotliwość próbkowania przetwornika ADC

44,1 kHz,

• częstotliwość próbkowania przetwornika DAC 48 kHz,

• zniekształcenia THD+N: 0,015 %,

• możliwość podłączenia bezpośrednio słuchawek oraz

mikrofonu.

PROJEKTY POKREWNE

Bezprzewodowe słuchawki

Słuchawki bezprzewodowe

wymienione artykuły są w całości dostępne na CD

Nr EP/EdW

EdW 9/2003

EP 6/1993

Kit

AVT-2677

AVT-29

Tytuł artykułu

Układ został zbudowany w oparciu

o multimedialny moduł Bluetooth F2M03M-

LA ﬁrmy Free2move. W wykorzystanym

module producent umieścił oprogramowa-

nie, dzięki któremu w prosty sposób można

zbudować pełnowartościowe słuchawki czy

zestaw głośnomówiący. Moduł Bluetooth ma

wszystkie układy wraz z przetwornikami,

dzięki czemu nie wymaga dużo elementów

zewnętrznych a zarazem oferuje znakomitą

jakość dźwięku. Układ został wyposażony

w opcjonalne przyciski, które w zależności

od funkcji pełnionej przez układ spełniają

różne funkcje. W przypadku pracy jako bez-

przewodowe słuchawki, dodatkowe przyci-

ski umożliwiają zdalną obsługę odtwarza-

cza, z którego jest przesyłana muzyka (może

to być odtwarzacz komputerowy lub odtwa-

rzacz w telefonie komórkowym). Przyciski

umożliwiają wybór poprzedniego/kolejnego

utworu, zmianę głośności czy uruchomienie

lub zatrzymanie odtwarzania. W przypadku

pracy układu jako zestawu głośnomówiącego

(może pracować z telefonem komputerowym

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2009

PROJEKTY

lub komunikatorem np. Skype) przyciski

umożliwiają ustawienie głośności, wybranie

ostatniego numeru czy zakończenie polacze-

nia. Opcjonalnie moduł można wyposażyć

w optyczne układy wejścia/wyjścia cyfro-

wego SPDIF, dzięki którym jest możliwość

przesyłania cyfrowych danych audio. Jak na

razie ﬁrmware modułu F2M03MLA ma wy-

łączoną obsługę tego typu interfejsu. Układ

ma również możliwość sterowania za pomo-

cą komend w kodach ASCII przesyłanych za

pośrednictwem interfejsu RS232. Dlatego też

istnieje możliwość wykorzystania układu

w niestandardowych rozwiązaniach, w któ-

rych układem może sterować dodatkowy

mikrokontroler. Prezentowany układ można

również wykorzystać jako układ przesyłający

sygnały audio z komputera czy telefonu do

domowego zestawu audio, gdzie odtwarza-

niem utworów można sterować dodatkowy-

mi przyciskami. W przypadku pracy układu

z komputerem, może on bez problemu zastą-

pić kartę dźwiękową. Oczywiście układ może

być zasilany z baterii lub akumulatorków. Do

zasilania układu wystarczą już trzy ogniwa

o napięciu 1,5 V. Dodatkowo dla oszczędno-

ści energii, układ podczas bezczynności sam

się wyłączy po czasie kilku minut, a zasięg

do 150 metrów będzie wystarczający w więk-

szości aplikacji.

Rys. 1. Schemat ideowy słuchawek bezprzewodowych

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2009

Bezprzewodowe, stereofoniczne słuchawki z mikrofonem

Opis działania układu

Schemat bezprzewodowych słuchawek

pokazano na

rys. 1.

Wszystkimi funkcjami

układu steruje moduł Bluetooth F2M03MLA.

Firmware modułu umożliwia obsługę funkcji

związanych ze sterowaniem funkcjami układu

za pomocą uniwersalnych wejść PIOx. Funkcje

przycisków S1...S6 zależne są od stanu linii

BN, której stan jest wymuszany za pomocą do-

datkowych diod D4...D9. Umożliwiło to pod-

łączenie większej ilości przycisków do mniej-

szej liczby wymaganych dla nich wejść. Sześć

dostępnych przycisków obsługiwanych jest za

pomocą tylko czterech wejść. Praca słuchawek

sygnalizowana jest za pomocą diod LED D10

i D11, którymi sterują tranzystory T1 i T2. Ele-

menty R16 i C24 tworzą prosty obwód zerowa-

nia modułu Bluetooth. Elementy układu zasi-

lane są stabilizowanym przez U2 napięciem

+3,3 V. Na

rys. 2

pokazano schemat blokowy

stabilizatora. Producent wyposażył go w kom-

parator ze źródłem napięcia odniesienia oraz

zabezpieczeniem nadprądowym oraz termicz-

nym. Dodatkowo wejście zezwolenia pracy

EN stabilizatora umożliwiło realizację funkcji

związanych z oszczędzaniem energii co ma

duże znaczenie podczas zasilania bateryjnego.

Moduł Bluetooth, jeśli nie jest wykorzystywa-

ny, może sam wyłączyć swoje zasilanie. Wy-

zwolenie działania układu umożliwia przycisk

S1, który został dołączony do źródła zasilania

przed stabilizatorem. Jego naciśnięcie powodu-

je pojawienie się stanu wysokiego na wejściu

ON modułu U1 oraz poprzez diodę D3 załą-

czany jest stabilizator U2. Po uruchomieniu się

modułu U1, linia POW_H zmienia swój stan

na wysoki i poprzez diodę D2 podtrzymywane

jest włączenie stabilizatora. Aby wyłączyć za-

silanie układu, wystarczy że moduł U1 zmieni

stan linii POW_H na niski. Rezystor R27 ściąga

Rys. 4.

wejście uruchomienia stabilizatora do masy.

Dioda D1 zabezpiecza układ przed odwrotnym

podłączeniem napięcia zasilającego. Dodatko-

wo moduł Bluetooth ma możliwość monitoro-

wania napięcia dołączonego do układu baterii,

co może być wykorzystane do sygnalizacji ich

rozładowania. Poziom baterii mierzony jest

przez przetwornik ADC, którego wejściem jest

linia AIO0 modułu U1. Mierzony poziom na-

pięcia z baterii dodatkowo dopasowywany jest

z wykorzystaniem prostego dzielnika zbudo-

wanego z elementów R17 i R18. Pomiar pozio-

mu napięcia baterii nie jest wykorzystywany

w bezprzewodowych słuchawkach, ale jest

możliwość jego włączenia. Moduł Bluetooth

posiada stereofoniczne wejścia oraz wyjścia li-

niowe, do których zostały dołączone przetwor-

niki wraz ze wzmacniaczami i ﬁltrami zgodnie

rys. 3.

Elementy C4...C11 oraz R12...R15

tworzą obwody kanałów wejściowych dla do-

łączonego/nych mikrofonów, których wejściem

jest gniazdo Z3. Do układu może być dołączo-

ny najprostszy mikrofon elektretowy. Napięcie

odniesienia dla obwodu wejściowego pobiera-

ne jest z linii AUX, na której występuje napię-

cie równe 1,8 V. Liniowe wyjścia (różnicowe)

modułu Bluetooth zostały dołączone poprzez

elementy C16...C19 i R19...R22 do prostego

wzmacniacza słuchawkowego U5, którego

schemat blokowy pokazano na

rys. 4.

Wzmac-

niacz prócz roli wzmocnienia został wykorzy-

stany również do zamiany wyjść symetrycz-

nych modułu Bluetooth na niesymetryczne.

Wyjścia wzmacniacza poprzez kondensatory

C22 i C23 zostały dołączone do gniazda wyj-

ściowego Z4. Do gniazda Z4 można dołączyć

słuchawki lub wzmacniacz mocy. Elementy

C20, C21 i R23...R26 są wymagane do popraw-

nej pracy wzmacniacza U5. Moduł Bluetooth

oprócz linii wejścia i wyjścia analogowych,

posiada linie wejścia/wyjścia cyfrowego audio

zgodnego z SPDIF W układzie można zamon-

tować opcjonalne nadajnik/odbiornik optycz-

ny SPDIF (układy U3, U4), które zostały poka-

zane na schemacie, ale jak na razie ﬁrmware

modułu Bluetooth ma wyłączoną tego typu

transmisję. Kondensatory C12 i C13 służą do

ﬁltrowania napięcia zasilającego transmitery

U3 i U4. Napięcie zasilające odbiornik optycz-

ny U4 dodatkowo ﬁltrowane jest z wykorzysta-

niem dławika L1. Modułem Bluetooth można

również sterować z wykorzystaniem interfejsu

UART. Linie TXD i RXD interfejsu UART wraz

z liniami zasilającymi zostały wyprowadzone

na gniazdo Z2 układu. Za jego pomocą można

sterować i konﬁgurować układ bez wykorzy-

stywania przycisków S2...S5. Na przykład słu-

chawki mogą być sterowane innym układem

Rys. 2. Schemat blokowy TPS76333

Rys. 3. Obwody wejścia/wyjścia modułu Bluetooth

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2009

Rys. 5. Schemat montażowy

PROJEKTY

Na CD karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów

oznaczonych na Wykazie Elementów kolorem czerwonym

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R2, R5...R11: 10 kV SMD 0805

R3, R4: 100

SMD 0805

R12, R14: 1,8 kV SMD 0805

R13, R15: 1 k

SMD 0805

R16, R17*: 150 kV SMD 0805

R18*, R27: 220 kV SMD 0805

R19...R26: 20 kV SMD 0805

Kondensatory

C1, C2: 47

mF/16

V SMD

C3, C12*, C13*, C14, C21, C24: 100 nF

SMD 0805

C4...C7: 47 nF SMD 0805

C8...C11: 15 pF SMD 0805

C15: 10

mF/16

V SMD

C16...C20: 1

SMD 0805

C22, C23: 220

SMD

Półprzewodniki

U1: F2M03MLA

U2: TPS76333 SMD

U3*: TOTX141

U4*: TORX141

U5: TPA6112A2 SMD

D1...D9: BAT54 SMD

D10: LED SMD RED

D11: LED SMD BLUE

T1, T2: Tranzystor BC846 SMD

Inne

L1: Dławik 47

S1...S6: Przycisk typu microswitch

Z1: Goldpin 1×2

Z2: Goldpin 1×4

Z3, Z4: Gniazdo Jack stereo 3,5 mm

*) Elementy montowane opcjonalnie

Rys. 6. Sposób sygnalizacji stanu za pomocą LED

odpowiedzialnych za monitorowanie napięcia

zasilającego układ, gdyż domyślnie jest ono

również wyłączone. Do zasilenia układu moż-

na wykorzystać źródło o napięciu od 4 do 6 V.

Do zasilania układu można również wykorzy-

stać baterie lub akumulatorki, których napięcie

nie powinno być niższe od 4 V. Mogą to być 3

ogniwa o napięciu 1,5 V. Do gniazda wejścio-

wego audio Z3 można wprost dołączyć jeden

lub dwa mikrofony elektretowe, natomiast do

gniazda wyjściowego Z4 można dołączyć słu-

chawki lub wzmacniacz mocy. Po poprawnym

zmontowaniu układu należy go uruchomić pa-

rując go z urządzeniem wyposażonym w inter-

fejs Bluetooth (komputer lub telefon), z którego

będą transmitowane sygnały audio.

podstawowe funkcje przycisków układu.

W przypadku stereofonicznych słuchawek

przycisk S1 służy do włączania/wyłączania

układu oraz do wywołania trybu parowania,

w którym układ jest parowany z innym urzą-

dzeniem Bluetooth co umożliwia automa-

tyczne nawiązanie polaczenia. Aby włączyć

układ należy nacisnąć przycisk S1 na 2 se-

kundy, natychmiast aby wyłączyć nacisnąć

na czas dłuższy niż 5 sekund. Układ automa-

tycznie wyłącza się dla oszczędności energii

podczas bezczynności dłuższej niż 2 minuty.

Przyciśniecie przycisku S1 gdy układ jest

wyczony na dłużej niż 5 sekund wprowa-

dza układ w tryb parowania, w którym bę-

dzie przebywał 5 minut, jeśli wcześniej nie

zostanie sparowany. Przyciski S2 i S3 służą

odpowiednio do zwiększania i zmniejszania

głośności. Przycisk S4 umożliwia obsługę

funkcji

Start

oraz

Pause

odtwarzanej muzy-

ki. Przyciśniecie tego przycisku na dłużej niż

2 sekundy wywołuje funkcje

Stop

odtwarza-

nej muzyki lub połączenie układu z proﬁlem

A2DP (jeśli wcześniej nie było połączenia),

który odpowiedzialny jest za przesyłanie

strumienia danych audio. Przyciski S5 i S6

służą odpowiednio do zmiany odtwarzanego

utworu w przód lub w tył. Ich przyciśnięcie

na dłużej niż 800 ms powoduje przewijanie

odtwarzanego utworu odpowiednio w przód

lub w tył. W przypadku pracy układu jako

zestaw głośnomówiący funkcje przycisków

S4...S6 są nieaktywne. Przyciski S2 i S3 da-

lej służą do regulacji głośności, a przycisk

S1 do włączania/wyłączania układu. Jedyne

różnice będą w działaniu przycisku S1, któ-

ry dodatkowo będzie umożliwiał sterowanie

połączeniami telefonicznymi. Przyciskiem

S1 można odebrać nadchodzące połączenie,

można zakończyć odebrane połączenie oraz

wybrać ostatni wybierany przez telefon nu-

mer. Jego przyciśnięcie na czas dłuższy niż 2

sekundy podczas nadchodzącego połączenia

powoduje jego odrzucenie, a przyciśnięcie go

podczas trwania rozmowy spowoduje prze-

niesienie jej do telefonu. Domyślne parame-

try układu wraz ze skasowaniem listy sparo-

wanych urządzeń Bluetooth można przywró-

cić naciskając jednocześnie przyciski zmiany

poziomu głośności S2 i S3. Każdy z układów

Bluetooth obsługuje rożne proﬁle, które zwią-

zane są ze sposobem komunikacji z Blueto-

oth. Moduł zastosowany w słuchawkach ma

kilka proﬁli, które pokazano na

rys. 7

wraz

z kierunkami transmisji. Proﬁle HFP i HSP

są proﬁlami bram dla słuchawki do telefonu,

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2009

Obsługa

W pierwszej kolejności zostanie wyja-

śnione działanie funkcji sygnalizacyjnych

diod LED oraz przycisków funkcyjnych.

W dalszej części artykułu zostanie pokazany

sposób nawiązania komunikacji ze słuchaw-

kami wraz z ich sposobem użytkowania. Do

sygnalizacji działania słuchawek służą dwie

diody w kolorach czerwonym oraz niebie-

skim. Na

rys. 6

pokazano stany słuchawek

sygnalizowane przez diody LED. Stan

Idle

(obniżonego poboru energii) sygnalizowa-

ny jest miganiem niebieskiej diody (czas

zapalenia 200 ms czas, zgaszenia 2000 ms).

Stan połączenia słuchawek z innym ukła-

dem Bluetooth sygnalizowany jest również

miganiem niebieskiej diody LED ale czas

zapalenia wynosi 1000 ms a czas zgaszenia

2000 ms. Włączenie słuchawek sygnalizo-

wane jest także miganiem niebieskiej diody

LED, ale czas zapalenia wynosi 2000 ms

a zgaszenia 200 ms. Ostatnim trybem pracy

układu wskazywanym przez diody LED jest

tryb parowania, w którym naprzemiennie

migają diody (czerwona i niebieska) z okre-

sem co 100 ms. Do obsługi słuchawek służy

6 przycisków, których funkcje zależą od tego

czy układ pracuje jako stereofoniczne słu-

chawki czy jako słuchawka lub zestaw gło-

śnomówiący do telefonu. W

tab. 1

pokazano

wyposażonym w interfejs UART. Kondensa-

tory C1...C3, C14 i C15 odpowiedzialne są za

prawidłową ﬁltrację napięć zasilających układ.

Budowa słuchawek nie jest skomplikowana ze

względu na to, że całym sterowaniem zajmuje

się moduł Bluetooth.

Montaż i uruchomienie

Moduł słuchawek należy zmontować na

dwustronnej płytce drukowanej pokazanej na

rys. 5.

Montaż elementów na płytce nie jest

trudny choć w większości będą to elementy

do montażu powierzchniowego SMD. Do tego

celu wystarczy lutownica z cienkim grotem

i cyna o średnicy 0,25 mm. Najtrudniejszym

do wlutowania elementem może być moduł

Bluetooth ze względu na jego specyﬁczne po-

łożenie końcówek. Można sobie z tym w pro-

sty sposób poradzić wcześniej nakładając

na jego pola lutownicze cynę. Opcjonalnych

elementów związanych z interfejsem SPDIF

czyli U3, U4, C12, C13 i L1 można nie mon-

tować, gdyż jak na razie dostępne ﬁrmware

ma wyłączoną funkcję ich obsługi. Można

również nie montować elementów R17 i R18

Tab. 2. Funkcje przycisków

Przycisk

Bezprzewodowe słuchawki

ON/OFF/Parowanie

Zwiększenie głośności

Zmniejszenie głośności

PLAY/PAUSE/STOP

Skok do kolejnego utworu/Przewijanie w przód

Skok do poprzedniego utworu/Przewijanie w tył

Zestaw głośnomówiący

ON/OFF/Parowanie/Obsługa połączeń

Zwiększenie głośności

Zmniejszenie głośności

Brak

Bezprzewodowe, stereofoniczne słuchawki z mikrofonem

Rys. 7. Proﬁle modułu Bluetooth

które związane są z nawiązaniem polaczenia.

Proﬁl A2DP związany jest z otrzymywaniem

wysokiej jakości danych audio od zdalne-

go urządzenia. Proﬁl AVRCP związany jest

z obsługą przycisków sterujących odtwarza-

nymi strumieniami danych audio i służy

do kontrolowania strumienia audio A2DP.

Ostatni z dostępnych proﬁli SPP to proﬁl

portu szeregowego UART umożliwiającego

sterowanie parametrami modułu Bluetooth.

Sposób użycia układu słuchawek zostanie

pokazany na przykładzie połączenia z kom-

puterem z zastosowaniem modułu Bluetooth

i oprogramowania

Widcomm.

W pierwszej

kolejności należy wyszukać układ słucha-

wek. Odnalezione słuchawki domyślnie

nazywają się

Free2move WA.

Aby słuchaw-

ki automatycznie nawiązywały połączenie

z innym urządzeniem należy je sparować.

Wymagany jest kod PIN. Domyślny PIN dla

układu to 0000. Aby układ słuchawek wpro-

wadzić w tryb parowania, należy nacisnąć

podczas ich włączania przycisk S1 na dłużej

niż 5 sekund. Na

rys. 9

pokazano parowanie

słuchawek wraz z podanym kodem PIN. Na

rys. 10

pokazano zainstalowane proﬁle zwią-

zane z układem słuchawek. Dostępne są pro-

ﬁle urządzeń zestawu słuchawkowego oraz

słuchawek stereofonicznych. Jak widać, do-

datkowo można za pomocą słuchawek włą-

czyć obsługę programu

Skype.

W systemie

zainstalowane proﬁle będą widoczne jako

urządzenie karty dźwiękowej (rys.

11).

Aby

odtwarzane sygnały audio były wysyłane do

słuchawek, w programach odtwarzających

dane audio należy jako urządzenie odtwa-

rzające wybrać zainstalowane słuchawki.

Układ słuchawek został również wyposażo-

ny w interfejs RS232, dzięki któremu można

sterować działaniem słuchawek jak i progra-

mować parametry modułu Bluetooth z wyko-

rzystaniem innych urządzeń wyposażonych

w interfejs RS232. Dostępnych do tego celu

jest ponad 50 prostych komend. Komendy

zostały dokładnie opisane w dokumentacji

modułu Bluetooth. Za ich pomocą można

np. uruchomić monitorowanie napięcia ba-

terii, które jest mierzone z wykorzystaniem

linii AIO0. Domyślne parametry komunikacji

za pomocą interfejsu RS232 są następujące:

prędkość 38400 bodów, 8 bitów danych, 1 bit

stopu i brak bitu parzystości. Każdą z wysy-

łanych komend należy potwierdzić znakiem

ENTER.

Na przykład aby zwiększyć głośność

układu o jedną jednostkę wystarczy wysłać

komendę

DO VOL +.

rys. 12

pokazano

Rys. 12.

przykład danych otrzymanych i wysłanych

komend do układu słuchawek przez interfejs

RS232.

Rys. 8.

Podsumowanie

Słuchawki zostały przetestowane w dzia-

łaniu zarówno z komputerem, gdzie zastę-

powały kartę dźwiękową oraz z telefonem

komórkowym, z którym pracowały zarówno

jako stereofoniczne słuchawki jak i zestaw

głośnomówiący. Przyciski sterujące słuchaw-

kami działały zarówno z odtwarzaczem mu-

zyki w telefonie komórkowym jak i kompute-

rowym odtwarzaczem

Windows Media Player.

Działanie przycisków będzie zależne od tego

czy program odtwarzający muzykę obsługu-

je proﬁl obsługi przycisków. Jak pokazano,

układ słuchawek może znaleźć wszechstron-

ne zastosowanie zarówno w domu jak i w sa-

mochodzie jako zestaw głośnomówiący. Po

dołączeniu słuchawek do domowego zestawu

audio można do niego wysyłać dźwięk nie

tylko z komputera ale i z telefonu komórko-

wego. Dodatkowy interfejs RS232 umożliwi

sterowanie słuchawkami za pomocą innych

urządzeń wyposażonych w tego typu interfejs

czy wymianę oprogramowania modułu Blu-

etooth. Wtedy słuchawki mogą być modułem

bardziej skomplikowanego urządzenia.

Rys. 9.

Marcin Wiązania, EP

marcin.wiazania@ep.com.pl

Rys. 10.

Rys. 11.

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2009

Plik z chomika:

Gryzon26

Inne pliki z tego folderu:

Wielokanałowy system zdalnego sterowania (AVT2361).pdf (3542 KB)
Bezprzewodowy stereofoniczny link audio (AVT5227).pdf (2805 KB)
Mikrofon bezprzewodowy.pdf (1451 KB)
Dwukanałowy nadajnik i odbiornik zdalnego sterowania.pdf (1322 KB)
Zdalny włącznik sterowany podczerwienią (AVT2649).pdf (2294 KB)

Bezprzewodowe, stereofoniczne słuchawki z mikrofonem (AVT5189).pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: