
Witam!
Chciałbym przedstawić prosty projekt automatycznego przełącznika audio. Nie jest może tak okazały jak inne konstrukcje, ale warto mu poświęcić chwilę, tym bardziej, że pracując nad urządzeniem nie trafiłem na wiele tego typu konstrukcji.
Ale od początku

Układ został stworzony z myślą o rozwiązaniu uciążliwego problemu przełączania kabli pomiędzy urządzeniami multimedialnymi, np. MP3, tabletem czy telefonem a wzmacniaczem i głośnikami. Pozwala na automatyczny wybór jednego z 4 wejść w zależności od występowania sygnałów wejściowych.
Regulacja głośności powinna odbywać się za pomocą wzmacniacza. Poziom sygnału z urządzeń multimedialnych powinien być ustawiony na średnią wartość.
Opis
Urządzenie sprawdza w pętli na którym wejściu występuje sygnał audio. Po stwierdzeniu istnienia sygnału układ zatrzaskuje się – zmiana wejścia możliwa jest jedynie po zaniku obecnego sygnału i odczekania ustalonego przez nas czasu. Aktywne wejście sygnalizowane jest przez świecącą diodę LED. Czas oczekiwania powinien wynosić minimum kilka sekund, ponieważ zapobiegnie to niepożądanej zmianie wejścia, np. podczas przejść pomiędzy utworami.
Wykaz elementów
rezystory:
R1, R3, R6, R10…13 100k 0,25zł
R2, R5 1k 0,25zł
R4 2,2k 0,25zł
R7, R8 4,7k 0,25zł
R9 330 0,25zł
kondensatory:
C1 1u 0,70zł
C2, C3, C4, C10, C11 10u 0,80zł
C5…9 100n 0,80zł
półprzewodniki:
IC1 4052 1,00zł
IC2 LM358 0,50zł
IC3 ICL7660 3,00zł
IC4 Attiny 2313 7,00zł
LED1...4 0,80zł
inne:
listwa kątowa goldpin 1,00zł
10x gniazdo cinch do druku 8,00zł
podstawki pod układy scalone (20pin, 16pin, 2x 8pin) 0,59zł
laminat 90x100mm 1,90zł
suma: 27,34zł
Pod uwagę nie wzięto kosztów wykonania płytki PCB oraz obudowy.
Schemat

Układ składa się z kilku bloków, m. in.:
Zasilanie

Całe urządzenie zasilane jest napięciem 5V. Wzmacniacz zasilamy napięciem niesymetrycznym, ponieważ interesuje nas jedynie dodatnia część sygnału. Kłopot może stanowić kostka 4052, która to wymaga zasilania symetrycznego. Z tego powodu w projekcie użyto układu ICL7660. Połączenie kondensatorów elektrolitycznych o pojemności 10uF pomiędzy nóżkami: 2 i 4 (oznaczenie CAP) oraz 5 i 3, czyli odpowiednio wyjściem i masą układu, pozwala na osiągnięcie napięcia wyjściowego równego wejściowemu ze znakiem minus.
Multiplekser

Multiplekser zrealizowany jest na kostce 4052. Układ posiada 4 dwukanałowe wejścia, które mogą być sterowane sygnałem z mikrokontrolera (MUXA i MUXB).

Wejście INH zwieramy do masy, dzięki czemu układ zawsze jest aktywny. Detektor pobiera sygnał z wyjścia X, dlatego też na odpowiednich wejściach (X0…3) musimy dać rezystory (R10…13), dzięki czemu w przypadku braku sygnału lub podłączonego kabla, układ nie wzbudza się z powodu zakłóceń. Kondensatory C10 i C11 eliminują składową stałą.
Detektor sygnału

Detektor sygnału powstał w oparciu o detektor amplitudy. Moduł składa się 2 wzmacniaczy operacyjnych (LM358), diody oraz kilku kondensatorów i rezystorów. Sygnał pobierany jest z wyjścia multipleksera. Kondensator C1 przepuszcza jedynie składową zmienną. Rezystor R1 zabezpiecza wzmacniacz przed wzbudzaniem w przypadku braku sygnału na wejściu. Powinien mieć stosunkowo dużą wartość, aby nie stanowić znacznego obciążenia. Układ LM358 wraz z rezystorami R2 i R3 stanowi wzmacniacz nieodwracający o sporym wzmocnieniu (około 100). Wzmocnieniu ulega tylko dodatnia część sygnału (ujemna część jest tracona, ze względu na niesymetryczne zasilanie). Na tym etapie, dzięki znacznemu wzmocnieniu, sygnał jest zbliżony do przebiegu prostokątnego.

Następnie w urządzeniu znajduje się detektor amplitudy, który podtrzymuje sygnał w stanie wysokim. Elementy C2 i R4 wyznaczają stałą czasową. Kolejny wzmacniacz LM358 wraz z rezystorami R6 i R5 filtruje zakłócenia, które występują przy braku sygnału, zabezpieczając w ten sposób urządzenie przed niekontrolowanymi zmianami wejść. Na wyjściu wzmacniacza dostaniemy stan wysoki w przypadku wystąpienia wzmocnionego sygnału audio lub stan niski, jeżeli napięcie na wejściu nieodwracającym jest niższe niż wynikające z dzielnika R5 i R6. W rezultacie jest to układ prostego komparatora napięcia.
Płytka PCB


Urządzenie zrealizowane jest na 6 PCB – 5 na wejścia oraz wyjście, 1 na układ wykonawczy. W projekcie użyto laminatu jednostronnego, a nadruki naniesiono metodą termotransferu. Z tego powodu w niektórych miejscach musimy wlutować zworki.


Na płytkach odpowiadających za wejście znajdują się rezystory R10…13. Na płytce odpowiadającej za wyjście nie musimy wykonywać dodatkowych otworów pod rezystor.

Układ wykonawczy znajduje się na osobnej, największej płytce.
Elementy SV1…5 to listwy kątowe typu goldpin. Należy wlutować je najpierw na płytkach z gniazdami cinch, a następnie dopasować na płycie głównej układu.
Odstęp oraz grubość ścieżek jest stosunkowo duża, dodatkowo w projekcie użyto wyłącznie elementów przewlekanych. Z tego powodu wykonanie urządzenia nie powinno sprawić problemu nawet początkującym elektronikom.
Kod programu
Program został napisany w uproszczonym języku C – Arduino.
Kod programu automatycznego przełącznika audio jest bardzo prosty. Składa się z kliku pętli i instrukcji warunkowych.

W pętli głównej programu - loop(), zmieniamy kolejno wejścia multipleksera oraz badamy sygnał wyjściowy. Zastosowanie opóźnienia - funkcja delay(50), jest konieczne. W przeciwnym wypadku układ nie działa prawidłowo i występują błędy podczas przełączania. Po każdej zmianie wejścia multipleksera, program wchodzi do funkcji fMUX(), która sprawdza stan logiczny na wyjściu.
Funkcja fMUX() sprawdza stan sygnału wyjściowego po zmianie wejścia multipleksera.
W przypadku pojawienia się stanu wysokiego zapala się dioda LED odpowiedzialna za dane wejście, a układ "zatrzaskuje się" do czasu pojawienia się stanu niskiego na wyjściu. Po zmianie stanu, procesor oczekuje krótką chwilę (określoną w funkcji delay()) na pojawienie się stanu wysokiego. Jeżeli nastąpi zmiana, układ ponownie zatrzaskuje się. Przez ten czas dane wejście cały czas jest aktywne. Utrzymujący się stan niski prowadzi do wyjścia z pętli, wygaszenie diody oraz przejście do dalszego sprawdzania sygnału z wejść multipleksera w głównej pętli układu.
Podsumowanie
Na sam koniec kilka słów ode mnie. Urządzenie spełnia powierzone mu zadanie choć ma kilka niedoróbek. Pierwszą z nich jest kwestia oprogramowania - całość powstała już jakiś czas temu. Niestety obce było mi wykorzystanie timerów i przerwań. Dlatego też w uproszczonej wersji czasami zdarza się, że układ przełącza się pomimo iż muzyka gra - trafia na chwilę ciszy, odczekuje kilka sekund i ponownie trafia na ciszę, czego efektem jest przełączanie. Rozwiązanie jest proste. W funkcji oczekującej można by wykorzystać timer, który w momencie braku sygnału co kilkanaście milisekund sprawdza stan na wejściu - jeśli sygnał występuje, to układ ponownie się zatrzaskuje, jeśli nie, to po zliczeniu zer (brak sygnału wejściowego) układ zmienia wejście. Innym problemem są zakłócenia przy przełączaniu, objawiające się cichymi trzaskami. Zjawisko to wyeliminować można poprzez wyłączanie głośników, kiedy ich nie używamy lub poprzez zastosowanie bufora sterowanego za pomocą mikrokontrolera, który przepuszczałby sygnał dopiero wtedy, kiedy pojawiłby się dźwięk na którymś z wejść.
Mam nadzieję, że układ przypadnie Wam do gustu i znajdzie się osoba chcąca wykonać to urządzenie dla siebie

Pozdrawiam
Daniel Turbasa
gil-59.blogspot.com
Cool? Ranking DIY