Pull to refresh

Управление громкостью многозонного усилителя при помощи приложения для Android и Arduino

Sound

Прежде всего хочу поблагодарить 470 читателей проголосовавших за продолжение в статье про многозонный усилитель.

Эксплуатация усилителя показала, что регулировать громкость не очень удобно находясь в помещении, которое может быть достаточно далеко находиться от кладовки где расположен усилитель с регуляторами громкости. Приходится несколько раз сбегать в кладовку и обратно добиваясь желаемого уровня громкости.

Так родилась идея регулятора, который всегда с тобой в кармане, т.е. приложения для телефона которое может управлять усилителем через Wi-Fi сеть.

Для реализации цифрового управления уровнем громкости усилителя механический потенциометр будет заменен электронным (DPOT – Digital Potentiometer). Среди не особо большого разнообразия доступных DPOT был выбран MCP41050 номиналом в 50 кОм что соответствует номиналу замещаемого механического аналога.

Это одноканальный потенциометр, следовательно, на 1 стерео усилитель потребуется 2 штуки. Существуют также сдвоенные версии из этой-же серии (MCP42XXX), но мне технологически было удобнее использовать 2 раздельных. Рассмотрим вкратце как он работает.



Аналоговая часть представлена выводами 5-7, вывод 6 (PW0) является движком (Wiper) потенциометра. Управление производится посредством SPI (Serial Peripheral Interface) (выводы 1-3). К выводам Vss и Vdd подводится питание 5V. Программирование чипа заключается в последовательной посылке Command Byte и Data Byte устанавливающего позицию движка потенциометра в позицию 0-255.

Доработка усилителя.
Как я рассказывал в предыдущей статье, я выбрал самый дешевый из готовых усилителей за $2.7 и мне его было не жалко курочить ради эксперимента. Для начала удаляем (аккуратно выпаиваем) механический потенциометр как показано на картинке:



В освободившееся место будет установлен наш сдвоенный электронный регулятор.
Сборка регулятора.
Разрежем макетную плату вдоль а потом еще поперек на 3 части как показано на картинке:



Если пару раз провести острым ножом вдоль отверстий, то плата легко ломается руками как печенье. После этого нужно напильником слегка подравнять края. Из получившихся кусков нам понадобятся 2 маленьких, они имеют размер примерно 1.5 x 2 см.
Выводы 2-4, 8 чипов соединяются параллельно, поэтому удобно собрать обе платы в виде сэндвича:



Для соединения управляющей цепи и питания с платой Arduino используем кусок кабеля-шлейфа. Цифровые линии управления при этом располагаем подальше от аналоговых цепей во избежание наводок.

Собранный регулятор после предварительного тестирования впаиваем в усилитель:



Как показало тестирование, добавление DPOT с цифровыми цепями управления во входные цепи усилителя не привело к появлению заметных на слух шумов или наводок.

Принципиальная электрическая схема



Программа для Arduino.
За основу взят метод управления “SPI вручную” (“SPI by Hand”) описанный здесь little-scale.blogspot.it/2007/07/spi-by-hand.html. В нем существенны 2 функции.
Функция spi_transfer побитно пересылает байт в чип.

void spi_transfer(byte working)
{
for(int i = 1; i <= 8; i++)                          // Set up a loop of 8 iterations (8 bits in a byte)
{ if (working > 127) { digitalWrite (POT_MOSI,HIGH) ; }  // If the MSB is a 1 then set MOSI high
else { digitalWrite (POT_MOSI, LOW) ; }                  // If the MSB is a 0 then set MOSI low
digitalWrite (CLKdpot,HIGH) ;                        // Pulse the CLKdpot high
working = working << 1 ;                             // Bit-shift the working byte
digitalWrite(CLKdpot,LOW) ;                          // Pulse the CLKdpot low
}
}


Функция spi_out посылает байты команды и данных в чип который выбран установкой в логический 0 линии CS.

void spi_out(int CS, byte cmd_byte, byte data_byte)
{
digitalWrite (CS, LOW);       // Set the passed ChipSelect pin to low to start programming
  spi_transfer(cmd_byte);     // Send the passed COMMAND BYTE
  delay(2);
  spi_transfer(data_byte);    // Send the passed DATA BYTE
  delay(2);
digitalWrite(CS, HIGH);       // Set the passed ChipSelect pin to high to end programming
}


Поскольку управление решено было реализовать по локальной сети, а не через Bluetooth, в схему замешаны Еthernet shield, Web server в стандартном включении. Забегая немного вперед нужно отметить что программа для телефона создавалась в MIT App Inventor для которого не существует реализации TCP клиента. Поэтому управление пришлось делать пересылкой команд в параметрах запроса GET.

После выделения команд (param) и значений (value) из строки запроса они посылаются для управления нашими DPOT-ми:

param = readString.substring(6,9);
value = readString.substring(10,13).toInt();
if (param=="V1L") {V1L=value; spi_out(CS1, cmd_byte, V1L);}
if (param=="V1R") {V1R=value; spi_out(CS2, cmd_byte, V1R);}
if (param=="MU1") {spi_out(CS1, cmd_byte, V1L/5); spi_out(CS2, cmd_byte, V1R/5);}
if (param=="UM1") {spi_out(CS1, cmd_byte, V1L); spi_out(CS2, cmd_byte, V1R);}


Команды V1L, V1R – установить уровень громкости первого левого/правого канала соответствующим значению value которое может быть равным 0 – 255.
Команды MU1, UM1 – Mute, Unmute. Временное приглушение (исходный уровень /5) и возврат громкости к исходному значению.

Скетч целиком

#include <UIPEthernet.h>
#include <String.h>
int CS1 = 19; // Chip Select
int CS2 = 18;
int CS3 = 17;
int CS4 = 16;
int CS5 = 15;
int CS6 = 14;
int CS7 = 8;
int CS8 = 7;
int CLKdpot = 4; // Clock pin 4 arduino
int POT_MOSI = 5; // MOSI pin 5 arduino
byte cmd_byte = B00010011 ; // Command byte 'write' data to POT
uint8_t POTposition1 = 10; //initialize DPOT set initial position
uint8_t POTposition2 = 10;
uint8_t POTposition3 = 10; 
uint8_t POTposition4 = 10;
uint8_t POTposition5 = 10; 
uint8_t POTposition6 = 10;
uint8_t POTposition7 = 10; 
uint8_t POTposition8 = 10;
uint8_t mac[6] = {0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05};
uint8_t ip[4] = {192, 168, 6, 25}; // IP address for the webserver
uint16_t port = 80; // Use port 80 - the standard for HTTP
EthernetServer server(80);
String readString = String(100);
String param = String(3); 
int value = 0;
int V1L = 0;
int V1R = 0;
int V2L = 0;
int V2R = 0;
int V3L = 0;
int V3R = 0;
int V4L = 0;
int V4R = 0;

void spi_transfer(byte working)
{
 for(int i = 1; i <= 8; i++)                          // Set up a loop of 8 iterations (8 bits in a byte)
  { if (working > 127) { digitalWrite (POT_MOSI,HIGH) ; }  // If the MSB is a 1 then set MOSI high
    else { digitalWrite (POT_MOSI, LOW) ; }                  // If the MSB is a 0 then set MOSI low
 digitalWrite (CLKdpot,HIGH) ;                        // Pulse the CLKdpot high
 working = working << 1 ;                             // Bit-shift the working byte
 digitalWrite(CLKdpot,LOW) ;                          // Pulse the CLKdpot low
}
}

void spi_out(int CS, byte cmd_byte, byte data_byte)
{
 digitalWrite (CS, LOW);       // Set the passed ChipSelect pin to low to start programming
 spi_transfer(cmd_byte);     // Send the passed COMMAND BYTE
 delay(2);
 spi_transfer(data_byte);    // Send the passed DATA BYTE
 delay(2);
 digitalWrite(CS, HIGH);       // Set the passed ChipSelect pin to high to end programming
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode (CS1, OUTPUT);
  pinMode (CS2, OUTPUT);
  pinMode (CS3, OUTPUT);
  pinMode (CS4, OUTPUT);
  pinMode (CS5, OUTPUT);
  pinMode (CS6, OUTPUT);
  pinMode (CS7, OUTPUT);
  pinMode (CS8, OUTPUT);
  pinMode (CLKdpot, OUTPUT);
  pinMode (POT_MOSI, OUTPUT);
  spi_out(CS1, cmd_byte, POTposition1);
  spi_out(CS2, cmd_byte, POTposition2);
  spi_out(CS3, cmd_byte, POTposition3);
  spi_out(CS4, cmd_byte, POTposition4);
  spi_out(CS5, cmd_byte, POTposition5);
  spi_out(CS6, cmd_byte, POTposition6);
  spi_out(CS7, cmd_byte, POTposition7);
  spi_out(CS8, cmd_byte, POTposition8);

  // start the Ethernet connection and the server:
  Ethernet.begin(mac, ip);
  server.begin();
  Serial.print("server is at ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
}

void loop() {  // listen for incoming clients
  readString="";
  EthernetClient client = server.available();
  if (client) {
    Serial.println("new client");
    // an http request ends with a blank line
    boolean currentLineIsBlank = true;
    while (client.connected()) {
      if (client.available()) {
        char c = client.read();
        size_t pos = 0;
        if (readString.length() < 16) {
        //store characters to string
        readString +=c;
        } 
        // if you've gotten to the end of the line (received a newline
        // character) and the line is blank, the http request has ended,
        // so you can send a reply
        if (c == '\n' && currentLineIsBlank) {
          // send a standard http response header
          client.println("HTTP/1.1 200 OK");
          client.println("Content-Type: text/html");
          client.println("Connection: close");
          client.println();
          client.println("<!DOCTYPE HTML>");
          client.println("<html>");
          client.println("</html>");
          break;
        }
        if (c == '\n') {
          // you're starting a new line
          currentLineIsBlank = true;
        }
        else if (c != '\r') {
          // you've gotten a character on the current line
          currentLineIsBlank = false;
        }
      }
    }
    // give the web browser time to receive the data
    delay(1);
    // close the connection:
    client.stop();
    Serial.println("client disconnected");
    Serial.println(readString);
    param = readString.substring(6,9);
    value = readString.substring(10,13).toInt();
    Serial.println(param);
    Serial.println(value);
    
    if (param=="V1L") {V1L=value; spi_out(CS1, cmd_byte, V1L);}
    if (param=="V1R") {V1R=value; spi_out(CS2, cmd_byte, V1R);}
    if (param=="V2L") {V2L=value; spi_out(CS3, cmd_byte, V2L);}
    if (param=="V2R") {V2R=value; spi_out(CS4, cmd_byte, V2R);}
    if (param=="V3L") {V3L=value; spi_out(CS5, cmd_byte, V3L);}
    if (param=="V3R") {V3R=value; spi_out(CS6, cmd_byte, V3R);}
    if (param=="V4L") {V4L=value; spi_out(CS7, cmd_byte, V4L);}
    if (param=="V4R") {V4R=value; spi_out(CS8, cmd_byte, V4R);}

    if (param=="MU1") {
       spi_out(CS1, cmd_byte, V1L/5); spi_out(CS2, cmd_byte, V1R/5);
       spi_out(CS3, cmd_byte, V2L/5); spi_out(CS4, cmd_byte, V2R/5);
       spi_out(CS5, cmd_byte, V3L/5); spi_out(CS6, cmd_byte, V3R/5);
       spi_out(CS7, cmd_byte, V4L/5); spi_out(CS8, cmd_byte, V4R/5);
      }
    if (param=="UM1") {
       spi_out(CS1, cmd_byte, V1L); spi_out(CS2, cmd_byte, V1R);
       spi_out(CS3, cmd_byte, V2L); spi_out(CS4, cmd_byte, V2R);
       spi_out(CS5, cmd_byte, V3L); spi_out(CS6, cmd_byte, V3R);
       spi_out(CS7, cmd_byte, V4L); spi_out(CS8, cmd_byte, V4R);
      }
  }
}



Приложение “Volume Control” для Android.
Приложение создано при помощи инструмента MIT App Inventor. Приложение имеет 2 экрана: основной экран и экран установок. Основной экран включает 4 идентичные секции, по одной на зону. Экран установок содержит контролы для установки URL соответствующему IP адресу Arduino, а также названия зон.



Немного деталей, поясняющих работу программы.
Значения установок и позиции регуляторов громкости сохраняются в TinyDB и используются при инициализации приложения при его открытии. Пример сохранения значения уровня левого канала первой зоны при закрытии приложения:



Как уже сказано было выше, используется компонент WebViewer для посылки команд методом Get в составе запроса к веб серверу, запущенному на Arduino.
Посылка команд как часто повторяющаяся операция выделена в процедуру SendCommand.



К примеру, при изменении позиции регулятора левого канала первой зоны она будет вызвана так:



При этом будет послан запрос вида http://192.168.6.25/?V1L=156
Если приложение запущено на смартфоне, то звук можно автоматически приглушить при ответе на звонок и восстановить при его окончании:



При нажатии на кнопку “Mute” вызывается процедура Mute которая в свою очередь вызывает SendCommand и меняет цвет и название кнопки:



Файл проекта для App Inventor 2 вышлю желающим по запросу.

В заключение, привожу видео демонстрирующее работу приложения. Задержка с переключением экрана связана с тем что приложение запущено в MIT AI2 Companion.

Tags: DPOTArduinoVolume controlApp Inventorаудио
Hubs: Sound
Total votes 20: ↑20 and ↓0 +20
Comments 4
Comments Comments 4

Popular right now