#第六届立创电赛#wuli功放机

简介:一台D类数字功放,通过TPA3116的功放IC实现,附带WS2812灯板用于显示频谱。创新设计了金手指版本的主控芯片,方便拔插用于升级。带有扩展端口可连接蓝牙板(已设计)或其他功能板(FM模块等)。

开源协议: GPL 3.0

发布时间:2021-07-12 20:37:56
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描述

注:* 为必填项

请在报名阶段填写 ↓

 

* 1、项目功能介绍


下雨天,坐在窗前,使用自己设计的功放机播放着自己喜欢的音乐,工科人的浪漫就是如此简单!

功能介绍

  • 输入部分采用AUX加扩展端口两种方式;aux是音频项目中最常用的接口,建议使用带屏蔽功能的音频线以防止干扰。扩展端口由一个2X3的排针组成,提供R&L音频信号输入、3.3V800MA以及5V 4A大电流两种输出供电。可以根据排针的顺序设计外接功能板,例如连接蓝牙模块实现蓝牙播放或者连接FM模块用于收听广播;目前已经设计了蓝牙小板。
  • 采用传统推子控制音量,设置的音量一看便知,不用担心熊孩子瞎调整导致的开机开幕雷击。
  • 在电源供电足够的情况下,可以带动2X50W的扬声器,让你实现一楼放歌,整楼欣赏的无缝音乐体验。(仅供一栋楼都是你的情况下,避免被锤!
  • 内部安装有散热片和静音散热风扇,保证你在40度的夏天,依然可以坐在窗前,播放喜欢的音乐,享受三伏天阳光带来的惬意。
  • 50cm的灯带,随着音乐和你一起律动,一个人的蹦迪也不会无聊。

 

*2、项目属性


字如其物,这就是一台属于工科人的功放机。船型版本,仅在立创开源平台首发,拒绝商用,其他问题可评论或私聊联系,楼主没脾气,一般情况下不咬人。

其他情况下如有侵权,请联系。

 

 

* 3、开源协议


遵循GPL 3.0开源协议

 

请在竞赛阶段填写 ↓

 

*4、硬件部分


硬件主要有5部分:功放主板WS2812B灯带前后面板以及智能卡

 

功放主板主要由前级放大芯片后级功放芯片电源芯片以及输入部分构成。

前级放大芯片为NE5532;NE5532是高性能低噪声双运算放大器。与很多标准运放相似,但它具有更好的噪声性能,优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽,电源电压范围大等特点。本次设计采用2片NE5532,分别作用给R和L声道,如图所示:

iGOxnXlvzbLZ9hSoc8H5xYUsaYkLiZhwoeopdAfL.png

后级功放部分采用TPA3116芯片,也属于TI公司,可负载50W 立体声或100W 单声道、4.5V 至 26V 电源电压以及模拟输入 等功能,属于D 类音频放大器,这个芯片也在很多消费类功放产品中比较常见,外围电路严格按照官网数据手册设计,需要注意的是输出部分,因为考虑到高达50W的输出能力,因此采用10uh 5.4A的功率电感,稳定输出的情况下减少发热。TPA3116在高功率工作时也会发热严重,前期设计需要留空以安装散热片。具体电路如图所示:

XPiZpsOk6FvpwcFGnVxXhrFJOeR0ZjWDeQ8gifdq.png

供电部分采用CJ7812、AMS1084CM-5.0和AMS1117-3.3组成,为整个电路提供12V 1.5A  /  5V 4.5A  / 3.3V 0.8A共3组电压,可以为后期连接各种扩展面板提供充足的电源,包括大电流的WS2812B灯带。原理图如图所示:


fBbbwEXn0sVXJFofuwSc9EAZHF0cY2PhBA9Y839Y.png

输入部分主要采用AUX接口,由3.5mm音频线输入,同时也带有2x3p的扩展接口,可连接蓝牙板、FM收音板等为功放机提供更多的功能;如图所示:

qBGKX2SrU1F6FbsEIJlz0cAP6wCnmG8L3HFZswTv.png

 

WS2812B灯带则是采用多个WS2812B灯珠级联的方式设计,由ESP12F作为MCU控制,上一个灯的DO连接下一个灯的DI,非常好用,电路也非常简单,在刘工dalao的简易下,采用了60个灯珠,PCB板长达50CM,带来了非常炫酷的视觉体验。需要注意的是WS2812灯在100%亮度工作时会需要比较大的电流,设计时需要尽量宽地设计供电线路,同时尽量采用铝基板,以防灯珠过热。

 

前后面板部分均为PCB设计,主要是比较炫酷(JianDan),成本也很低。前面板主要是安装推子用以调节音量,安装LED以显示工作状态,安装开关用于控制电路开关。通过排线和功放板连接,下面是成品图,个人感觉还不错哈哈哈O(∩_∩)O

IiPCUG97DKIee4JBDyII3uqqTm0JJvGquBalOdjF.png

智能卡是由ESP12F芯片组成的金手指模块,灵感来源于老式电视机顶盒,在小时候(暴露年龄了o(╥﹏╥)o)家里的电视机顶盒需要每年升级,然后家长就会把机顶盒内的智能卡拔出来,拿到专门的地方去花钱升级,同时这也是一个防止偷看电视的好方法(逃~)。本次也采用了相似的设计,让ESP12F可以通过插槽接入功放机,以驱动WS2812灯带,在需要更新程序的情况下,只需要拔掉智能卡,插入专门设计的烧录器中即可更新,为功放板节省了不少空间。下面是智能卡和烧录器照片:

D270w5ugS8qPK4LYPaz7lGNtoVK05cmRl0zhQv2N.png  xNJ716qkJGWpQyuHbK3SnZpArh8iXMz2XITh5RxU.png

 

 附:设计的蓝牙扩展卡,用于给功放机提供蓝牙输入功能,实物图如图所示:

9PoVfYo7BL3JjyGSigEZbYQwOCODR0nUxgRrRc1P.png

 

另外:裸露的电路板怎么能作为一个成熟的产品呢,工科人也是有审美的(气抖冷......)因此我也为这个产品设计了外壳(建模技术实在是欠佳,能用就好能用就好\(^o^)/~)。

设计采用Fusion360

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设计外壳的时候需要计算好尺寸哟,要是3D打印回来发现安装不上就尴尬了..........

 

遇到的问题

得以于刘工dalao的祝福,板子基本上没有问题,工作正常,要求的效果也实现了。但是需要注意的是扬声器的功率,在大功率输出的时候一定要使用比较粗的导线,不然会导致导线严重发热,,,,,然后就木有声音了。。。。

 

附:为了在炎热的夏天也可以享受音乐带来的清凉,我在最终版本中安装了12V散热风扇,以加强散热。

 

*5、软件部分


功放板本身不涉及软件编程,在线路没有问题的情况下就可以达到需要的功能,本次设计因为使用了WS2812灯带以实现频谱效果,因此需要一块ESP12F芯片,并使用Arduino IDE编程,程序以附件的形式上传,有几种不同的效果,程序同样使用了开源工程,不可商用,使用者需遵循开源协议。

 

*6、BOM清单


BOM表格会在原理图下自动生成,这里就不再赘述,芯片价格上涨严重,平时养成归纳元器件的好习惯,做设计的时候就可以少买不少元器件。机智如我(✪ω✪)

 

*7、大赛LOGO验证


半成品板,logo丝印:
KGHQlcp9gVJZrN8Q2jtkNCf8NQ5Tbu5IBvYYSWPS.pngt1ga2jny3lkcxJLip3DjokJt6Myd2kniNcLeybzg.png

 

* 8、演示您的项目并录制成视频上传


实物前后照片:

补充:后端的音频输出接口和电源输入接口均采用DC005圆头插头,但是为了避免插错,音频输出接口采用2.5mm轴距,而电源输入接口采用2.1mm轴距,因此电源输入端子是无法插入到音频输出端口上的,一定程度上避免插错导致功放机的损坏。

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演示视频见页面底部:↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓

用旧手机录制的,收音效果好像很差,请自行脑补hhh

视频同步上传bilibili 新人up主 后期会有更好的视频带给大家  求点赞关注:https://www.bilibili.com/video/BV1vP4y1x7RE/

 

 

设计图

PCB_#第六届立创电赛#wuli功放机

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PCB_WS2812灯带

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PCB_ESP智能卡V2.1

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ID Name Designator Footprint Quantity
1 220uF C1,C2,C3,C4 CAP-TH_BD10.0-P5.00-D1.0-FD 4
2 104 C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13,C14,C15,C16,C17,C18,C19,C20,C21,C22,C23,C24,C25,C26,C27,C28,C29,C30,C31,C32,C33,C34,C35,C36,C37,C38,C39,C40,C41,C42,C43,C44,C45,C46,C47,C48,C49,C50,C51,C52,C53,C54,C55,C56,C57,C58,C59,C60 C0805 60
3 220uF C12 CAP-TH_BD6.3-P2.50-D1.0-FD 1
4 100nF C13,C14,C56,C65,C76,C78 C0805 6
5 1uf C48 C0805 1
6 1u C49,C51,C52,C53,C54 C0805 5
7 1UF C50,C73 C0805 2
8 1nF C57,C64 C0805 2
9 220nf C59,C60,C61,C62 C0805 4
10 0.68u C67,C70,C72,C75 C0805 4
11 0.01u C68,C69,C71,C74 C0805 4
12 10uF C77 C0805 1
13 47uF C79 6.3X5.4_JX 1
14 0.1uF C80,C82 C0805 2
15 10uF C81,C83 C0805 2
16 0.1u C88,C89,C92,C93 C0805 4
17 PJ-3270 CN3 AUDIO-TH_PJ-3270 1
18 RGB D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D14,D15,D16,D17,D18,D19,D20,D21,D22,D23,D24,D25,D26,D27,D28,D29,D30,D31,D32,D33,D34,D35,D36,D37,D38,D39,D40,D41,D42,D43,D44,D45,D46,D47,D48,D49,D50,D51,D52,D53,D54,D55,D56,D57,D58,D59,D60 R-WS2812B 60
19 SS D4 SMC_L7.1-W6.2-LS8.1-RD 1
20 LED H1 HDR-F-2.54_1X2 1
21 HDR-F-2.54_2x3 H3,H4 HDR-F-2.54_2X3 2
22 HDR-M-2.54_1x3 J1,J2,J6 HDR-M-2.54_1X3 3
23 HDR-M-2.54_1x8 J3,J5 HDR-M-2.54_1X8 2
24 WS2812 J4 HDR-M-2.54_1X3 1
25 10uH L6,L7,L8,L9 IND-SMD_L12.5-W12.5 4
26 1k R1 R0805 1
27 100k R44,R45,R55,R56,R57 R0805 5
28 20k R46,R49,R52 R0805 3
29 51k R47 R0805 1
30 10K R48,R53 R0805 2
31 10k R50,R51 R0805 2
32 750k R54 R0805 1
33 3.3 R58,R59,R60,R61 R0805 4
34 100K R62,R63 R0805 2
35 10K R64 R0805 1
36 钮子开关 SW3 钮子开关 1
37 贴片金手指3PIN U1,U2 贴片金手指3PIN 2
38 AMS1084CM-5.0 U4 TO-263-3_L8.6-W10.2-P2.54-LS14.4-BR 1
39 NE5532 U11,U13 DIP-8_L9.4-W6.4-P2.54-LS9.1-BL 2
40 CJ7812 U14 TO-252-2_L6.5-W6.1-P4.58-LS10.0-TL 1
41 TPA3116D2DAD U15 HTSSOP-32_L11.0-W6.1-P0.65-LS8.1-BL 1
42 AMS1117-3.3 U16 SOT-223-3_L6.5-W3.4-P2.30-LS7.0-BR 1

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