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    [創新制造展示] 【改裝】+給廢棄音箱加點特別的"color"

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    樓主
    本帖最后由 卑鄙的小黃人 于 2019-10-3 16:18 編輯

              想法一直有,今天讓“idea”成為“turth”。為家里廢棄的電腦音箱加點特別的色彩!多彩的!炫酷的!多功能的!有逼格的!讓音箱一個機會,成為這條街最靚的“仔”。


    故事背景      或許年久失修吧,家里很久之前買的電腦音箱壞了,就成為倉庫中的雞肋雜物了,存放了好久。值得一提的是音箱購買時還是下了本錢的,記得是11年左右買的,近300大洋,音質還行,這就為此次的改裝埋下了鋪墊。后來,突發奇想,如果使用LED點陣屏將音樂的脈動展現出來會是怎樣?


    原廢棄電腦音箱如下:


    改裝目標
          采用單片機設計一種具有頻譜顯示功能的多功能音樂播放器,旨在通過較低成本的單片機硬件和軟件設計,來實現多功能音樂播放功能,同時實現動感的音樂頻譜顯示,使人們能更加輕松地享受音樂帶來的樂趣,更直觀地感受感受音樂的脈動。設計分為兩個部分:音樂播放部分和頻譜顯示部分。音樂播放部分是由單片機、藍牙SD卡模塊電路、電容式觸摸功能按鍵電路、功放電路、數碼管音量顯示電路和電源電路組成。

    音樂頻譜顯示原理
          通過單片機,利用串行外圍設備接口(SPI)協議和藍牙對 SD 卡或藍牙連接設備中的 WAV與FLAC 音樂文件進行讀取,結合采樣率將 WAV 文件進行 脈沖寬度調制(PWM),然后與二階濾波電路將數字信號轉換為模擬信號,最后經音頻 功放模塊放大信號驅動揚聲器還原音頻。頻譜顯示部分是由單片機和 LED 點陣部分組 成。在播放音樂的同時,由頻譜顯示部分的單片機片上 A/D 轉換器采集來自音樂播放部 分輸出的音頻信號,通過 128 個采樣點后,利用快速傅里葉變換(FFT)算法對其進行 分析,然后取頻率項的幅值,量化顯示,驅動 LED 點陣,點亮相應的 LED 燈。

    FFT運算規則集編程思想
          音頻頻譜值的計算采用快速傅里葉算法FFT(Fast Fourier Transform),為了提高顯示器的刷新頻率,系統每隔10ms讀取24次A/D轉換值,得到24點實數序列,緊接著完成24點FFT運算得到24點復數序列。


    原理框圖


           本設計以STC12C5A60S2單片機作為主控單元,進行數據采集,A/D轉換,頻譜計算(FFT),再由LCD1604顯示頻譜。且在完成系統其他控制任務的前提下,充分利用單片機剩余計算資源,采用優化FFT算法計算音頻信號頻譜。音頻數據通過STC12C5A60S2的A/D接口實現模擬音頻信號的采樣保持和量化處理,包括音頻采集和轉換(該單片機內置A/D轉換);頻譜顯示電路實現模擬音頻信號頻譜的分段顯示,它將音頻信號頻譜劃分成24段,每段按照24級量化,由兩組8*24組成的LED點陣顯示。







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    沙發
     樓主 | 2019-10-3 15:39 | 只看該作者
    本帖最后由 卑鄙的小黃人 于 2019-10-3 16:23 編輯

    制作過程
          將廢棄的電腦音箱從雜貨堆拖出來之后,便進行改裝了。

          首先,是需要判斷音箱是哪里壞了,這一步其實不簡單,需要扎實的電路知識,這里我就簡單跳過,由于音箱的故障現象是不出聲,那么先進行故障點排除,先從音頻輸入端判斷,判斷信號是否接觸良好;在對音頻調節器進行故障排除,再不行,基本上就是功放板上出的問題了,在檢查的過程中,留意電容是否鼓包,電阻是否被燒壞(燒壞的表現是變黑),我的是功放芯片燒壞了,上淘寶找一下了,稀缺產品,年代久遠可以理解,再加上郵費,和原功放板的日久失修隱患,直接買了塊新的功放板,在這里,需要注意,功放板的功率和阻抗要和喇叭的功率阻抗相匹配,不然容易導致再次燒毀,音質也不好。
          在選擇功放板的時候,我略微加大了功率,安全起見,我又重新購置了新的變壓器,

    功放板和變壓器圖片

    功放板



    變壓器



    原電腦音箱



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     樓主 | 2019-10-3 15:56 | 只看該作者
    本帖最后由 卑鄙的小黃人 于 2019-10-3 18:08 編輯

    續~
          那么完成上述操作,也就完成了此次改裝的第一步了,變廢為寶,將音箱維修好!

          加下來,便是進行改裝設計了。此次改裝的核心思想是為音箱加上一個頻譜顯示屏以及多功能操作,使電腦音箱不僅僅是音箱,還有特別的“色彩”。

          首先采用了STC12C5A60S2單片機作為核心控制器,實現快速傅里葉變換,通過FFT算法將音樂的頻譜進行變換,并顯示出來,為了使色彩更豐富,采用了6種高亮圓頭LED燈組成16*24點陣屏。其次,增加音量控制器,以數碼管來顯示音量,以電容式觸摸按鍵調節音量。還有,增設藍牙模塊,實現與手機等移動設備的藍牙對接,紅外模塊,可進行紅外遙控,以及增設移動儲存設備接口,實現自動播放。

    主要硬件電路設計

    LED頻譜顯示屏
    在設計中,LED頻譜顯示屏設置為兩組8*24種顏色LED,分別為紅黃藍紫綠粉;以列為負極,橫為正極。電路圖如下。


    ADC轉換電路設計
           本設計無需外加A/D轉換,使用的單片機內置A/D接口,音頻信號可直接送入單片機進行數據采集和預處理。STC12C5A60S2單片機的A/D轉換口在P l口(P1.0~P 1.7)有10位8路高速A/D轉換器,A/D是電壓輸入型轉換速度25萬次/s(250KHz)。復位后P1口為弱上拉型I/O口。通過軟件可設置將P1(P1.0~P 1.7)El中的任何一位為A/D轉換位,不用作A/D轉換的位可繼續用作普通YO口使用。


    藍牙音頻接收模塊
           本設計中,我們利用藍牙音頻接受模塊作為音源輸入。可支持安卓手機藍牙對接,支持藍牙通話功能,并帶有藍牙話筒,讓享受音樂的同時也不錯過重要的人的來電;并帶有USB和SD卡槽,可自動搜索并播放U盤與SD卡音頻文件,并支持FLAC無損音樂,讓音樂更加純凈動聽,提高感官享受;模塊中除了實體按鍵外,還加設了紅外信號,支持遙控功能,并帶有LED數碼管顯示屏,追求更舒適的體驗,更完美的音樂之旅。


    TTP224  4 鍵觸摸模塊
          本設計中用TT224用作音量控制按鍵的信號處理,通過采集觸摸信號,將信號反饋至單片機,由單片機控制音頻音量大小。TTP224是一款使用電容式感應原理設計的觸摸IC,其穩定的感應方式可以應用到各種不同電子類產品,面板介質可以是完全絕源的材料,專為取代傳統的機械結構開關或普通按鍵而設 計.提供4個觸摸輸入端口及4個直接輸出端口.

      1. 靈敏度調整
       PCB板上之感應焊盤尺寸大小及走線會直接影響靈敏度,所以靈敏度必須根據實際應用的 PCB來做調整,因此TTP224提供以下幾種外部靈敏度調整方法: 1-1 改變感應焊盤尺寸大小 若其他條件固定不變,使用一個較大的感應焊盤將會增大其靈敏度,反之靈敏度將下降,但 是感應焊盤的尺寸大小也必須是在其有效范圍值內.
    2. 改變面板厚度.
    若其他條件固定不變,使用一個較薄的面板也會將靈敏度提高,反之靈敏度則下降.但是面 板的厚度必須低于其最大值。
    3 改變Cs0~Cs3 (如下圖)容值的大小.
    若其他條件固定不變, 可以根據各鍵的實際情況通過調節Cs電容值使其達到最佳的靈敏 度,同時以使各鍵的靈敏度達到一致。當Cs電容不接時其靈敏度為最高。Cs0~Cs3的容值 越大其靈敏度越低,Cs可調節范圍為:0Cs0~Cs350pF.


    音量顯示模塊
           本設計中,用STC89c52rc做音量顯示的主控單片機。根據觸摸模塊的輸入信號判別音量加,音量減,以及靜音;音量大小最大為30,最小為00;用兩個數碼管作為音量顯示部分。并將音量加,音量減,以及靜音信號反饋給X9511及cd4066處理后控制功放音量大小。

    LM7805 穩壓電路設計
          5V 電源模塊,我們采用 LM7805 穩壓集成電路。下圖 3-13 為 LM7805 引腳圖。

    圖 3-13  LM7805 引腳圖


           三端穩壓集成電路 LM7805 來組成穩壓電源所需的外圍元件極少,電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路,使用起來可靠、方便,而且價格便宜。在實際應用中,應在三端集成穩壓電路上安裝足夠大的散熱器(當然小功率的條件下不用)。當穩壓管溫度過高時,穩壓性能將變差,甚至損壞。本次硬件電路中,LM7805 的發熱情況不算嚴重,所以就沒有加散熱器。
    LM7805 的電路圖如下圖 3-14 所示。

    圖 3-14 LM7805 電路圖


    主要程序設計思想

    FFT運算規則集編程思想
          FFT算法分為兩類:時域抽取法FFT,簡稱DIT-FFT;頻域抽取法FFT,簡稱DIF-FFT。根據基2-FFT算法,N點FFT運算可以分成log2N級,每一級都有N/2個蝶形運算。
      FFT算法的基本思想是用3層循環完成全部N點FFT運算:
    ▲最里層循環處理單獨的一個蝶形運算,采用查表方法實現乘法運算;
    ▲中間層循環完成每一級的N/2個蝶形運算
    ▲最外層循環完成log2N級蝶形運算
      由此可看出:在每一級中,最里層循環完成N/2L個蝶形運算;中間層循環控制最里層循環進行2L-1次運算。因此,中間層循環完成時,共進行(2L-1)N/2L=N/2個蝶形運算。實際上最里層和中間層循環完成了第L級計算,最外層則最終完成log2級蝶形運算。
    ★ 需要加以說明的數據是:
    ▲在第L級中,每個蝶形的兩個輸入端相距b=2L-1個點
    ▲同一乘數對應這相鄰間隔為2L個點的N/2L個蝶形
    ▲第L級的2L-1個蝶形因子中的P,可表示為P=jx25-L,其中 j=0,1,2,…(2L-1-1)

         由上述可以歸納出一些對編程有用的運算規律:第L級中,每個蝶形的兩個輸入數據相距B=2個點;每級有B個不同的旋轉因子;同一旋轉因子對應著間隔為2點的2個蝶形。
         總結上述運算規律,便可采用下述運算方法。先從輸入端(第一級)開始,逐級進行,共進行M級運算。在進行L級運算時,依次求出B個不同的旋轉因子,每求出一個旋轉因子,就計算完它對應的所有2個蝶形。這樣,我們可用三重循環程序實現DIF-FFT運算。


    另外,DIF-FFT算法運算流圖的輸出X(k)為自然順序,但為了適應原位計算,其輸入序列不是按x(n)的自然順序排列,這種經過M次偶奇抽選后的排列成為序列x(n)的倒序(倒位)。因此,在運算M級蝶形之前應先對序列x(n)進行倒序。   
    流程圖如下:


    圖片細節



    藍牙模塊



    電容式觸摸模塊



    16*24點陣屏



    主控板



    吃面泡面加班

    焊接細節


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    地板
     樓主 | 2019-10-3 16:11 | 只看該作者

              最后,千辛萬苦~~~~~
                        效果圖如下:

    說到這里,焊工真的很重要,不然真的會逼死強迫癥!


    完成調試之后,少不了的還有亞克力板,裝上去亞克力板,逼格一下子就提升了,emmmm,好看!


    最后,這便是播放時的頻譜器的效果圖了,效果真不賴~~~~

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    5
     樓主 | 2019-10-3 16:18 | 只看該作者
    本帖最后由 卑鄙的小黃人 于 2019-10-3 19:00 編輯

    視頻效果:


    [media=x,500,375][/media]

    https://v.youku.com/v_show/id_XNDM4NTA5NTE5Ng==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1



             到這里,

                       給廢棄音箱加點特別的"color"的改裝便全部完成啦!

                                  希望大家會喜歡~~~~   



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    6
     樓主 | 2019-10-3 18:11 | 只看該作者
    總結
    本文主要設計了具有頻譜顯示功能的多功能音樂播放器,并且從實用性和音質方面做了處理,不同于傳統的音樂播放器。
    該頻譜顯示的音樂播放器主要由單片機處理系統、藍牙音頻接收模塊、觸摸按鍵模塊、 功放模塊、LED 顯示模塊等幾大模塊組成。在軟硬件方面,給出了具體的設計方法和思路。每個模塊都采用了比較經典的電路設計方案,提高了整個系統的穩定性。經系統測試,本系統已經較理想地完成了功能,且具有良好的實用性、美觀性、穩定性和低成本的特點。使原本只能“聽”的音樂,現在也能“看”,實現視覺和聽覺的雙重享受。

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    7
     樓主 | 2019-10-3 18:16 | 只看該作者
    改進的可能
    1、實現智能語音控制
    2、架設人工智能平臺,實現語音交流和智能檢索
    3、架設物聯網平臺,通過音箱實現對其他家用電器的智能控制

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