Например TDA7294

РадиоКот >Конкурсы >Поздравь Кота по-человечески 2018! >

Теги статьи: Добавить тег

Высококачественная рация из модулей

Опубликовано 20.09.2018.
Создано при помощи КотоРед.

    В статье описан процесс несложной переделки детской китайской рации, используя готовые модули.

    Как-то в предверии Нового Года был куплен в подарок набор детских раций по цене около 4$. На поверку оказалось, что рации действительно игрушечные, т.к. они только имитировали работу, воспроизводя лишь невнятные хрипы в динамике в процессе связи.
Вскрыв корпус, внутри рации была обнаружена небольшая платка с динамиком. Вся схема собрана на 5-ти транзисторах, вот что удалось зарисовать от руки:

 

    На Q1 собран сверхрегенератор (режим приёма) / генератор (режим передачи). На остальных транзисторах – УЗЧ, работающий либо на динамик, либо на передатчик. В качестве микрофона использован динамик.
    Попытки настроить схему сердечником катушки T1 к успеху не привели, да и стало понятно, что какого-либо приемлемого качества работы от такой схемы получить не удастся. Всё равно будет иметь место уход рабочей частоты приёмника и передатчика при изменениях напряжения питания, температуры, местоположения в пространстве относительно других токопроводящих предметов и т.д. К тому же постоянный шум сверхрегенератора не добавляет комфорта.
    Времени оставалось мало, поэтому пришла идея в готовом корпусе собрать нечто более качественное из китайских модулей с кварцевой стабилизацией частоты, благо такого добра сейчас в продаже хватает.
    Выбор пал на следующие модули.
    Передатчик:
    FM-Transmitter-Digital-Module-DSP-PLL-Wireless-Stereo-Microphone-87-108MHz:

    Имеет диапазон частот 76.0 МГц-108.0 МГц с цифровой настройкой и ЖК-дисплеем, напряжение питания 3…5В, потребляемый ток 35 мА, расстояние передачи – около 100 м с антенной 75 см.
    Модуль имеет 3 режима работы:
    1) через USB от компьютера;
    2) от встроенного микрофона (моно режим);
    3) через аудиовход от внешнего источника (стерео режим).

    Также поддерживается обмен данными встроенного контроллера с внешним устройством через RX/TX.
    Собрано сие китайское чудо на микросхеме однокристального передатчика QN8027 фирмы Quintic, управляющем микроконтроллере AD17CHA60.1-90 и микросхеме LPA4809 для микрофонного усилителя. К микроконтроллеру подключена внешняя память AT24C02N для хранения текущих настроек после выключения питания.

    Приёмник.
    87-108MHz-DSP-PLL-Digital-Wireless-Microphone-Stereo-Audio-FM-Receiver-Module:

     Имеет диапазон частот 76.0 МГц-108.0 МГц с цифровой настройкой и ЖК-дисплеем, напряжение питания 3…5В, выход на наушники и на динамики 3W (стерео).

     Здесь используется однокристальный FM-приёмник QN8035 той же фирмы Quintic, микроконтроллер AD1631CH4E1A.1-E с внешней памятью 24C02N и УЗЧ на двух LTK5128.

     Для объединения этих двух модулей в рацию была изготовлена новая плата (вернее 2 шт. для обоих раций) по размеру старой. Оттуда же были выпаяны и переключатели.
    Для упрощения процесса переделки можно использовать и старые платы, выпаяв из них всё лишнее.

    В итоге получилось следующая схема:

    Питание подаётся через защитный (от обратной полярности) диод Шоттки VD1 10BQ-15, имеющий при токе 0,25А падение напряжения около 0,25В. Светодиоды индицируют режим работы рации: зелёный – «Приём», красный – «Передача». Переключателем режима работы коммутируется питание модулей и антенна.
    Штатная антенна раций выполнена в виде спирали из стальной проволоки. Она была укорочена до длины провода 75 см.
    Модули были размещены в корпусе раций, правда пришлось где-то что-то подрезать и перенести динамики в другое место, просверлив под них ряд отверстий. Под микрофон приёмника в лицевой части рации было сделано отверстие.
    В модуле приёмника была отключено питание одной из микросхем УЗЧ для уменьшения потребляемого тока. Для перевода модуля в режим «Моно» на соответствующий контакт «STEREO/MONO» был замкнут на землю через резистор 100 Ом 0805. От питания синей подсветки в обоих модулях были отпаяны провода для уменьшения потребляемого тока, хотя, как выяснилось позже, её можно отключать из меню. В модуле передатчика для этого необходимо перед включением питания нажать и удерживать кнопку «PAUSE». После приветствия на дисплее высветится «b0» (подсветка отключена) либо «b1» (подсветка включена). Далее следует выключить питание. Для перевода в противоположное состояние необходимо проделать то же самое ещё раз.
    В модуле приёмника для отключения подсветки вместо одной кнопки используется одновременное нажатие кнопок установки частоты «FRE-» и «FRE+» при включении. Логика та же.
    Но при отключении подсветки программным способом она всё равно включается на несколько секунд при подаче питания, а затем плавно гаснет.
    Частоты приёмника и передатчика было решено выбрать из диапазона между УКВ и FM, а именно 76,0 и 79,0 МГц.
    По умолчанию в обоих модулях установлены пределы частот 88…108 МГц. В модуле приёмника был замкнут контакт 87,0/76,0 для расширения диапазона частот до 76 МГц вниз. В модуле передатчика такой возможности на плате нет. Там расширение частотного диапазона реализовано программным путём аналогично управлением подсветкой. Нужно отключить питание, зажать кнопки громкости одновременно и включить питание, на экране поменяются символы. Отключить питание и снова включить. Частотный диапазон становится 76,0108,0 МГц.
    После этого кнопками «FRE-»- и «FRE+» на модуле передатчика можно установить нужную частоту. При удержании кнопок шаг автоматического изменения частоты составляет 1 МГц, при кратковременном нажатии – 0,1 МГц.
    На модуле приёмника кнопки «F-»- и «F+» при кратковременном нажатии переключают сохранённые каналы, а при длительном нажатии происходит полуавтоматическое сканирование диапазона с запоминанием частоты в памяти с присвоением ей номера. Поскольку для настройки и запоминания частоты требуется наличие на ней передатчика, необходимо предварительно настроить и включить передающий модуль второй рации на частоту приёмника первой.
    Кстати, как выяснилось позже, при одновременном нажатии кнопок «VOL-» и «VOL+» во включенном состоянии с удержанием более 1 сек модуль переходит из режима переключения каналов «CH» в режим изменения частоты «FAE» при последующем нажатии кнопок «F-»- и «F+».
    После настройки обе рации заработали, однако всплыли некоторые особенности модулей, из-за которых использовать их в рациях оказалось затруднительно.
    Во-первых, после подачи питания модули начинают работать не сразу, а спустя 2 сек. При этом на дисплее в это время высвечивается приветствие «HI». Зачем делать такую задержку ради приветствия – не понятно, ведь для считывания информации из EEPROM 24C02 и инициализацию однокристальных микросхем приёмника и передатчика можно выполнить гораздо быстрее.
    Т.к. при переключении кнопкой режима «ПРИЁМ» / «ПЕРЕДАЧА» происходит именно коммутация питания модулей, задержка в 2 сек. оказалась неприемлемой. Нажать кнопку «ПЕРЕДАЧА», выждать 2 сек, а потом начинать говорить чтобы тебя услышали – это похоже на общение с человеком на Луне.
    Поэтому было решено питание модулей не коммутировать, а подавать постоянно. Конечно, первоначальная задержка в 2 сек. после включения питания всё равно будет, но после этого можно оперировать кнопкой «ПРИЁМ» / «ПЕРЕДАЧА» без всяких задержек.
    Чтобы в момент передачи не было помех в динамике, а также для уменьшения потребляемого тока в модуль приёмника был запаян сдвоенный диод BAV70 катодами к выводу 1 (SD) микросхемы LTK5128, одним из анодов – на переключатель режимов к аноду красного светодиода, а вторым анодом – в разрыв штатной дорожки от 1 вывода к контроллеру. Теперь при нажатии кнопки «ПЕРЕДАЧА» УЗЧ модуля приёмника переключается в энергосберегающий режим, обеспечивая тишину в динамике и экономию энергии батареи. После отпускания кнопки модуль моментально готов к приёму без задержки.
    При постоянной подаче питания на передатчик его излучение перегружает канал модуля приёмника так, что приём от другой рации становится невозможным. Внимательно осмотрев плату модуля передатчика, на выходе однокристального трансмиттера QN8027 был обнаружен выходной каскад на транзисторе, питание на который и было решено подавать только при передаче. Соответствующая дорожка на плате до конденсатора фильтра питания выходного каскада была перерезана, а питание подано от точки подключения анода красного светодиода платы коммутации прямо на плюс этого конденсатора. В итоге жизнь модуля приёмника облегчилась, но не намного. Приём стал возможен на расстоянии не более 5 метров. Без выходного каскада уровень излучения от QN8027 всё равно оставался значительным.
    Внимательно изучив DataSheet на QN8027 стало ясно, что эта микросхема управляется по шине I2C и в её регистре SYSTEM есть бит «Transmit». При установке этого бита в «0» микросхема переходит в режим «IDLE». Возникла мысль подключить к шине I2C простейший внешний микроконтроллер, например ATtiny13, который бы и переводил передатчик в спящий режим работы в режиме «ПРИЁМ» и в рабочий в режиме «ПЕРЕДАЧА». В итоге родилась следующая схема:

    Питание на микроконтроллер подаётся от батареи через диод VD2. Линии PB3 и PB4 использованы для программной шины I2C. Линия прерывания INT0 использована для отслеживания состояния переключателя «ПРИЁМ» / «ПЕРЕДАЧА». Остальные радиоэлементы – защитные для подключения программатора.
    Схема коммутатора также претерпела небольшие изменения:

    Вместо защитного диода для уменьшения падения напряжения был установлен ключ на полевых транзисторах. Это позволило более полно использовать ресурс батареи питания вплоть до 3В остаточного напряжения. Также изменились точки подпайки проводников к модулям.

    Программа для ATtiny13 была написана на языке Си в бесплатной среде WinAVR.
    Алгоритм работы следующий. После включения питания выжидается время около 2 сек для выхода модулей в рабочий режим. После этого времени вся информация в QN8027 от штатного контроллера модуля передатчика по шине I2C уже загружена и она освобождается (если, конечно, не нажимать никаких кнопок на модуле). Затем производится чтение регистра SYSTEM из QN8027, запоминание текущего состояния, сброс бита «Transmit» и запись регистра SYSTEM обратно в QN8027. Передатчик выключается. Модуль FM приёмника без помех готов к работе. При переводе переключателя в режим «ПЕРЕДАЧА» микроконтроллер ATtiny13 отрабатывает возникшее прерывание INT0 и переводит QN8027 в рабочий режим. При переводе переключателя в режим «ПРИЁМ» ATtiny13 переводит QN8027 в режим «IDLE».
    Дополнительная схема контроллера была собрана на небольшой платке из одностороннего стеклотекстолита размерами 18,5х20,5мм:

    и размещена под платой передатчика.

    Фьюзы для ATtiny13:
    CKSEL 10 = 01 (Internal Calibrated RC Oscillator 4.8 MHz)
    CLKDIV8=0 (Делитель на 8 включен)
    SUT 10 = 00 (BOD enabled)
    BODLEVEL[10] = 10 - 1,8В
    WDTON=1 Watchdog Timer off
    0 - галочка установлена

    После подключения дополнительной платы к схеме всё заработало как положено. Дальность связи значительно увеличилась и составила более 100м. Качество звука оказалось на высоте. Единственная капля дёгтя – это сильный шум в динамике в отсутствии сигнала от второй рации. Приходилось уменьшать громкость приёмника, чтобы уменьшить раздражающий шум, но тогда при приёме речи громкости было не достаточно. К тому же постоянная работа УЗЧ дополнительно разряжала элементы питания. В описании модуля FM-приёмника было найдено указание на наличие бесшумной настройки:
    The built-in DSP digital noise processor automatic mute when there is no signal, getting rid of the traditional agitated rustle of FM radio.
    В перечне команд RX/TX, найденном на просторах Интернета, также был пункт включения/выключения этого режима. Собственно на дополнительной платке контроллера заранее и были предусмотрены выводы 5 и 6 для предположительного обмена с контроллером модуля приёмника для включения шумоподавления. Однако это не понадобилось. Задача решилась значительно проще.
    Выяснилось, что режим шумоподавления можно включать из меню. При одновременном нажатии и удержании во включенном состоянии кнопок «F-»- и «F+» появляется меню шумоподавления «t00». Этими же кнопками «F-»- и «F+» можно задать степень подавления шумов от 00 (нет подавления) до 20. Было выставлено значение «t05», чего вполне хватило для комфортного приёма без шумов при выключенном передатчике второй рации.
    Громкость передатчика была выставлена на 30 для максимальной чувствительности с микрофона, а приёмника на 18.
    В итоге получились рации с высококачественным звуком, временем готовности после подачи питания 2 сек, с моментальным переключением режимов «ПРИЁМ» / «ПЕРЕДАЧА» и кварцевой стабилизацией частоты. Сами частоты приемника и передатчика можно задавать с клавиатуры в диапазоне 76,0108 МГц с шагом 0,1 МГц.
    Для исключения возможности случайного изменения настроек раций модули были установлены внутрь корпуса рации:

    Дальность связи на открытой местности составила более 100м.
    Ток потребления от трёх свежих элементов типоразмера ААА в режиме приёма составил 38,5мА при отсутствии звука и около 80 мА при приёме музыки с радиостанции на громкости 18. При приёме речи потребляемый ток будет меняться в этих пределах в такт со звуком. В режиме передачи измеренный ток потребления составил 56,5 мА.
    При среднем токе потребления 50 мА и ёмкости элементов 800 мА*ч это около 16 часов работы.
    При желании вместо батареек можно установить аккумуляторы ААА, а ещё лучше, литиевый аккумулятор с платкой зарядки от USB. Допустимый диапазон напряжения питания: 3,0…5,0В.
    Немаловажным достоинством как для детской рации является также небольшая мощность передатчика во избежание облучения мозга ребёнка.

 

 


Файлы:
Файлы к статье


Все вопросы в Форум.




Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

20 20 10