Как видно, можно гибко настраивать различные входы и выходы, регулировать усиление, конфигурируя внутренние микшеры и коммутаторы, троссировать путь прохождения аудиосигнала. Для настройки всех функций предусмотрено 42 шестнадцатиразрядных регистра(см датащит).

     Это вам не какая-нибудь TDA7313.

     Вернемся к нашей схеме.

     Питание для усилителя в кодеке отводится от ключа на полевом транзисторе Q4, подключенного к аккумулятору, мы же хотим максимальную мощность в динамике и наушниках… Когда аудиосистема не задействована, Q4 для экономии энергии отключает аудиокодек от питания. На каждую группу выводов питания ставим LC фильтр.

     U18 – внешний активный кварцевый генератор с частотой 24.575 МГц, необходимый для работы аудиокодека.

     К линейному входу аудиокодека подключено FM радиоприемник RDA5807.

     Второй линейный(AUX) вход выведен на гнездо jack3,5 мм, для подключения внешнего источника звука. Можно реализовать например запись внешнего звукового сигнала.  

     На основе ALC5621 вполне реально организовать параллельную обработку двух независимых аудиосигналов, что реализовано для организации двухсторонней звуковой связи в GSM модуле:

1. Микрофонный сигнал: цепь от линейного (AUX) выхода подключенная к микрофонному входу GSM модуля.

В аудиопроцессоре:

-включаем и настраиваем микрофонный усилитель и регулятор усиления;

-подключаем сигнал от микрофона к Моно микшеру;

-далее -  к коммутатору AUX выхода.

2. Сигнал динамика: цепь от звукового выхода GSM модуля до Линейного входа аудиопроцессора.

Настраиваем аудиопроцессор следующим образом:

-настраиваем линейный вход;

-подключаем к HP микшеру;

-далее сигнал от HP микшера подключаем к каскадам наушников и динамика.

     При желании можно еще 1-2 линии звука организовать…

     Сигнал от выхода GSM проходит через коммутатор гнезда J2. При отсутствии штекера, коммутатор замкнут. Поэтому при разговоре по телефону следует вынуть штекер из этого гнезда.

При наличии штекера, контакты линейного входа подключены к линии, а выход GSM модуля отключен.

Цепь C58R51 предусмотрена для вывода звука на АЦП микроконтроллера.

     MP3 кодек VS1053.

 

     LCD дисплей- диагональю 2,8 дюйма, разрешением 320*240 пикселей.

     Видеоускоритель-ILI9341 с интерфейсом SPI. Количество цветов - 262 000. Кстати, обычно человек различает дл 150 цветовых оттенков. Коты и Еноты 80 уровня – до 15000. Так что вполне годный дисплей.

     Включением подсветки управляет Q2. Светодиоды подсветки включены через токоограничительные ризисторы. U5 – контроллер сенсорной резистивной панели. Аналог    XPT2046 - ADS7843.

     VD1- 5мм RGB светодиод, для дополнительной индикации различных параметров. В данной версии ПО задействован для индикации включения и выключения GSM модуля (красным) и поиска сети (мигает синим).

     При проектировании печатной платы важным критерием были размеры платы и корпуса. Поскольку, с учетом объема схемы, мы не хотим получить девайс размером с холодильник, плату решено было делать многослойной. Печатная плата проектировалась под корпус размером 83.5х57.5х24мм. 

     При проектировании платы потребовалось выполнить ряд правил и ограничений:

     -При разводке GSM модуля длина питающих проводников должна быть наименьшей, проводники – чем толще, тем лучше. Монолитный земляной полигон под GSM модулем. Правильная разводка антенны.

     -Минимальная длина высокочастотных линий- I2S интерфейса цифрового звука, кварцевых резонаторов, активного кварцевого генератора.

     -Наименьшая длина аналоговых звуковых цепей.

     -Разделение земель на аналоговую и цифровую.

     На верхней стороне платы установлены все “болшие” микросхемы-микроконтроллер, GSM и GPS модули, аудиодрайверы и кодеки.

     Так как над платой расположен дисплей, GPS приемник вынесен на самый край платы, в свободную от дисплея область. Для дисплея делается вырез в верхней части корпуса.

     Метеодатчики расположены на нижней стороне, с краю платы, около пары функциональных кнопок. В корпусе в этом месте делается отверстие или щель.

     Аудио гнезда, микрофон, светодиоды, кнопки, слот карты памяти расположены также на нижней стороне платы, в корпусе для них делаются соответствующие вырезы и отверстия.

     Разъем внутрисхемного программирования контроллера на плате неустановлен. Для программирования подпаиваются провода к SPI интерфейсу, выводу RESET и к проводникам питания.

     Под платой располагается плоский аккумулятор от сотового телефона. Выключатель питания сделан в виде кнопки, хотя есть возможность сделать электронный сенсорный способ включения и выключения.

     Все элементы, кроме аудиогнезд, угловых кнопок, светодиодов и микрофона - для поверхностного монтажа.  Пассивные элементы (R,C) – в основном размера 0805. Чип-конденсаторы на 100 мкФ – типоразмера 1206.

Тактовые угловые кнопки - TC-0204 или TC-0206. Аудиогнезда -ST-214N. Слот СИМ карты - SIM-06A.

     Внешний вид устройства.

     Алгоритм работы

     В зависимости от режима работы, для экономии энергии, неиспользуемые модули отключаются от питания. Не зависимо от режима работы, периодически (раз в минуту, по таймеру) происходит опрос датчиков температуры, влажности, давления, замер напряжения на аккумуляторе и сохранение всех параметров, включая время и географические данные на карту памяти, при условии ее использования.

     Подсчет времени происходит каждую секунду программным счетчиком. Ежеминутно происходит считывание (обновление) времени из микросхемы RTC. Географические данные обновляются периодически, если в данный момент GPS приемник активирован и данные корректны. Если это условие не выполняется, используются последние сохраненные в памяти географические данные. Обновление в памяти корректных координат выполняется каждую минуту.

      Функции и пользовательский интерфейс.

     При включении устройства происходит инициализация микроконтроллера, опрос установленных периферийных устройств и датчиков, чтение метеологических данных и времени,  чтение различных данных сохраненных во внутренней EEPROM памяти микроконтроллера: единицы измерения физических величин, последние сохраненные координаты, текущий часовой пояс, регулировки аудиосистемы, калибровочные данные датчиков.

     При включении и при наличии карты памяти, происходит ее инициализация, на дисплее отображается емкость карты, размер свободного места и процент свободного места. Далее считываются данные о температуре, давления и влажности из лог файла на карте памяти за последние 12 часов. Эти данные используются для построения графической зависимости метеоданных от времени, в подпрограмме метеостанции.

      В устройстве предусмотрено звуковое информационное оповещение о текущем времени, температуре, давления и влажности. Для этого разработан специальный программный алгоритм, преобразующий текущее значение параметра в список последовательно воспроизводимых файлов (сценарий). Далее производится   включение и конфигурация аудиосистемы - аудиопроцессора и  MP3 кодека.

     После этого осуществляется последовательная загрузка и воспроизведение файлов из списка созданного раннее сценария. После воспроизведения файла, соответствующего последней записи в сценарии, MP3 кодек и аудиопроцессор выключаются для экономии энергии.

     Весь описанный алгоритм работает параллельно основной программе, соответствующей текущему режиму. Файлы звуковых фрагментов записываются на карту памяти.

     Алгоритм управления устройством прост и интуитивно понятен.

При первом включении пользователь  после инициализации попадает в стартовое окно, где отображаются аналоговые стрелочные часы, информационная строка и сенсорная кнопка для входа в главное меню. 

     Главное меню представленно четырьмя пунктами: Метеостанция, Навигация, Телефония и Мультимедиа. Это не 100500 различных пестрящих значков - все четко и понятно.

     В режим Метеостанция на дисплее попеременно отображается измеренное датчиками значение температуры, давления, влажности, и тенденция изменения каждого параметра в виде гистограммы.

     На дисплее поочередно отображается текущее значение параметра в виде аналогового стрелочного индикатора и гистограммы, показывающей изменение значения за 12 часов.

     Индикатор автоматически корректирует диапазон отображения. Например для температуры диапазон равен 15 градусам (верхний и нижний пределы 0-15 град., 15-30 град., 30-45град.). Для давления, диапазон “подогнан”, с учетом статистических данных о минимальном и максимальном зарегистрированных значениях на обычной равнинной местности. Но, при других условиях, будет другой диапазон. Шкала – 50 мм.  Стрелка индикаторов указывает текущее значение. Сверху, по окружности отображается прогресс-бар, также указывающий текущее значение с изменяющимся цветом от зеленого до красного.

      Гистограмма строится на основе значений последних двенадцати часов, с указанием минимального и максимального значения за это время. Алгоритм построения графика гистограмм является автоматически масштабируемым, что позволяет наглядно определить изменение значений параметров в зависимости от времени.

     При нажатии на аналоговый график или временную гистограмму параметра, запускается звуковое голосовое оповещение о значении температуры давления или влажности.

     Категория Навигация предназначена для определения и индикации текущих координат, определении местоположения. Для приема навигационных данных и определения текущей ориентации в пространстве используется приемник сигнала GPS и ГЛОНАСС систем и высокоточный  трехосевой электронный магнетометр, совмещенный с акселерометром. Акселерометр измеряет  линейные ускорения во всем диапазоне ±16g. Магнетометр, измеряющий напряженность магнитного поля в диапазоне ±12 Гс, позволяет программно реализовать электронный компас, для точного определения направления движения человека или транспорта.

     Категория навигация содержит несколько режимов.

     Режим GPS приемника.

При нахождении спутников GPS приемником на дисплее отображаются текущие географические координаты - широта и долгота, текущий курс (направление движения),  скорость движения, количество обнаруженных спутников, а также текущее время. Данные на дисплее обновляются раз в секунду. В случае отсутствия сигнала со спутников выводится сообщение “Поиск спутников". 

     Через меню реализованы функции сохранения и удаления данных о текущем местоположении - текущих координат (точек) и времени для построения пройденного маршрута. В режиме построения пройденного маршрута на дисплее отображаются  время сохранения, рассчитанное направление и дистанция до сохраненной точки, скорость движения по GPS и вычисленное время в пути с данной скоростью. На основе данных магнетометра в виде компаса  показано направление на север. Направление на сохраненную точку вычисляется на основе сохраненных координат для данной точки, текущих координат и данных компаса.

     Количество сохраняемых точек ограничено лишь объемом памяти на карте microSD.

     Прием и обработка передаваемых по цифровому интерфейсу данных с GPS приемника происходит параллельно текущей программе, в прерываниях.

     Режим компас. В этом режиме используется встроенный магнетометр. При старте происходит включение и настройка магнетометра.

     Считывание значений и обновление данных на дисплее происходит  с периодом 1 секунда. На дисплее отображается диаграмма компаса, имитирующая не электронный стрелочный компас. Положение синей стрелки на диаграмме указывает на магнитный северный полюс земли. 

     Магнетометр измеряет проекцию магнитного поля по трем осям: x,y,z.

     Значение угла отклонения оси магнетометра от северного магнитного полюса вычисляется на основе этих значений, калибровочных коэффициентов и с учетом угла отклонения оси магнетометра от географического северного полюса

     Для устранения влияния паразитных магнитных полей на результаты измерений, используется специальный алгоритм калибровки магнетометра. Алгоритм калибровки позволяет устранить искажение типа Hard Iron - смещение магнитного поля внешними магнитными материалами, искажения Soft Iron - вызваные наличием ферромагнитных материалов рядом с датчиком; разницу между магнитным и географическим полюсом.

     Подпрограмма калибровки запускается из режима «Компас» через соответствующий пункт меню.

     В процессе калибровки одна из измеряемых осей фиксируется, для двух других путем вращения устройства на 360 градусов, находятся максимальные и минимальные значения из диапазона изменения. Для фиксации оси z устройство устанавливается на ровную горизонтальную поверхность. После этого, на основе экстремальных значений, по формулам рассчитываютcz калибровочные коэффициенты.

     Угол магнитного склонения, для каждой точки земного шара имеет различное значение и вводится вручную. После калибровки калибровочные коэффициенты сохраняются в ПЗУ памяти и учитываются при измерении и расчете конечного результата.

     Категория меню Телефония объединяет функции работы с GSM сетью. Разработанный алгоритм работы с GSM-GPRS модулем SIM900 обеспечивает включение, выключение, настройку модуля(параметры и скорость UART интерфейса, время, кодировка для SMS и др), контроль регистрации и параметров регистрации в сети, параллельно основной программе, не задерживая выполнение основных функций.

     Также алгоритм программы запускает подпрограмму ввода пин-кода, если используемая СИМ карта защищена.  При включении, в случае отсутствия СИМ карты выдается соответствующее сообщение, после чего программа возвращается в режим главного меню, а GSM модуль деактивируется.

При входе в меню Телефония, выводится телефонная книга с именами абонентов и номерами телефонов. 

     В памяти устройства организована область для хранения до 50 записей телефонных номеров и соответствующих имен абонентов. Листание записей происходит при нажатии боковых кнопок Up или Dn. Кнопкой Набрать можно перейти в режим набора телефонного номера нового абонента. 

При выборе абонента из телефонной книги пользователь попадает в меню вызова. 

     Отсюда можно перейти в подменю редактирования телефонной книги, активировать процедуру вызова и голосовой связи или перейти в подменю создания и отправки SMS(короткого текстового сообщения). 

     Перед активацией вызова или передачи SMS автоматически производится включение GSM модуля и проверка регистрации в сети.

     Редактирование записей осуществляется при нажатии на телефонный номер.

     В режиме редактирования можно изменить телефонный номер и имя абонента..

     Режим Набор номера используется для ввода номера телефона. Номер вводится при помощи десятичной сенсорной клавиатуры, выводимой на дисплей.

     При соединении, отсутствии соединения или сбросе вызова на дисплее отображается соответствующее сообщение.

     В случае удачного соединения отображается счетчик времени разговора, обновляемый ежесекундно. В процессе связи предусмотрена регулировка громкости.

     Режим Просмотра SMS. В этом режиме на дисплей выводится список всех сохраненных в памяти SIM карты  SMS сообщений. Присутствует классификация по признаку (прочитанные или не прочитанные сообщения).

     Открыть сообщение для чтения можно соответствующей дисплейной кнопкой. При открытии отображаются подробные данные об SMS-дата и время прихода, номер телефона или название отправителя, текст сообщения в латинской кодировке или киррилицей. 

     GSM модуль заранее настраивается на чтение SMS в Unicod коде. Перед выводом на дисплей с помощью алгоритма перекодировки происходит преобразование текста сообщения и номера телефона в символы русского, английского алфавита или в цифры.

     Категория Мультимедиа –MP3 плеер

     В этом режиме происходит воспроизведение MP3 файлов.  Поддерживаемые форматы аудио файлов: WAV, MP3 с битрейтом до 320 кбит. При старте программы проверяется наличие карты памяти, в случае ее отсутствия программа информирует пользователя соответствующим сообщением и возвращается в главное меню. Если карта присутствует, включаются и настраиваются аудио процессор и mp3 кодек.  По умолчанию воспроизведение начинается из папки "Music", расположенной в корневом каталоге карты памяти. Загружается файл плейлиста-список звуковых файлов в этом каталоге. При его отсутствии происходит сканирование папки и создание списка.

     Воспроизведение начинается с номера трека, сохраненного в EEPROM.

     Во время воспроизведения на дисплее индицируется название, полное и текущее время аудио файла, прогресс бар, визуально показывающий время до конца, число аудиоканалов (моно или стерео), уровень громкости, процент свободного места на карте памяти, текущее время. При воспроизведении mp3 файлов показывается битрейт файла.

     Имя файла должно быть не более 70 символов. Если символов больше, название трека отображается в формате 8.3.

     Общая и текущая длительность аудио файла рассчитывается на основе общего размера файла, текущей метки-счетчика в файле и  битрейта. Битрейт файла, длительность с начала воспроизведения и состояние карты памяти обновляются каждую секунду.

     Боковые кнопки Up и Down позволяют начать воспроизведение следующего или предыдущего файла. Регулировка громкости осуществляется в отдельном окне, при нажатии на пиктограмму уровня звука на дисплее. Доступ к проводнику файлов, эквалайзеру, выводу на дисплей подробной информации о файле,  реализовано через меню.

     Функция Проводник файлов позволяет вывести на дисплей список аудио файлов в данном каталоге, осуществить быстрый перебор названий файлов (без загрузки файлов на воспроизведение), выбрать требуемый файл, обеспечивает навигацию по каталогам.

     FM радиоприемник

     Приемник позволяет принимать радиостанции во всем УКВ и FM диапазоне (64-108)МГц. Для удобства  УКВ диапазон разделен на FM1-(64-76МГц), FM2-(76-88МГц) и FM3-(88-108МГц). При радиоприеме на дисплее отображаются: диапазон, номер и название канала, частота и длина волны радиостанции, аналоговая шкала настройки, S метр и уровень громкости. Кнопками “Вправо” и ”Влево” производится автопоиск радиостанций в пределах данного диапазона. Смена диапазона – через отдельное меню, при нажатии на “скрытую кнопку”-на значок диапазона.   

   Для регулировки громкости-используются боковые кнопки.

     Запись звука радиотрансляции, выбор радиостанций с возможностью пролистывания названия, ввод названия радиостанции и корректировка частоты настройки, сохранение и удаление канала осуществляется через соответствующее меню.

     В памяти устройства можно сохранить до 50 радиостанций, включая название радиостанции.

     При сохранении канала пользователю предлагается ввести название радиостанции и номер канала.

     Предусмотрена функция записи текущего фрагмента радиотрансляции. 

     USB порт предназначен для зарядки аккумулятора и информационного обмена.

При подключении USB кабеля на дисплей устройства выводится меню для выбора как использовать устройство.

     -Режим USB метеостанции - раз в секунду устройство посылает в компьютер строку  с текущими данными:

Main_2016.08.01;21:31:07;269;7473;62;76.07.31,11 N;047.23.28,00 E;0;0;0;4188;

Данные разделены знаком точка с запятой “;”

1-     Ключ - Main_

2-     Дата 2016.08.01;

3-     Время 21:31:07

4-     Температура *10 – 269  = 26,9 ºС.

5-     Давление *10  -  7473

6-     Влажность 62 %

7-     Широта и долгота 76.07.31,11 N;047.23.28,00 E

8-     Скорость на основе данных GPS

9-     Курс по GPS

10-  Количество GPS спутников

11-  Заряд аккумулятора в мВ.

   Данные в UART передаются параллельно основной текущей программы.

 

     -Режим GSM модема – позволяет использовать устройство как USB GSM модем. В USB выводится информационный обмен модуля SIM900 и микроконтроллера. Можно управлять GSM модулем посредством AT команд. Включение, настройка и контроль поиска сети производится автоматически.

     -Режим GPS навигатора.

В USB порт передаются все навигационные данные из GPS модуля в “сыром виде”, для последующей обработки.

Передаваемые данные: $GPGGA, $GPGSA, $GPGSV, $GLGSV, $GPRMC,

$GPVTG.

     -Режим USB FM радио – управление встроенным радиоприемником при помощи ПК.

Схема, печатная плата, прошивка для микроконтроллера и файлы со звуковыми фрагментами, сделанные при помощи голосового движка Akapella Alena, находятся в прикрепленных файлах.