AudioSwitcher - automação do que parece não ser necessário automatizar

Prefácio

Eu tenho alguns conjuntos de bons sistemas de alto-falantes soviéticos em casa. Mas essa técnica é bastante antiga e simplesmente não pode ser ligada a partir do controle remoto ou automaticamente, mas aproxima-se constantemente do amplificador de som e liga / desliga com muita preguiça. Eu resolvi esse problema. Inicialmente, o Arduino foi comprado e o projeto foi concluído, mas a qualidade do trabalho não me agradou e o projeto foi refeito para o STM32F103C8. Como resultado, obtive um dispositivo com 4 entradas de áudio, 1 saída de áudio, entrada de 220V e saída de 220V. Se houver pelo menos uma entrada de áudio ativa, uma tensão aparecerá na saída de 220V, incluindo um amplificador de som, e o canal de áudio ativo será transmitido para a saída.

Desafios de desenvolvimento

Parece simples: se o ADC não receber 0, considere o canal como ativo. Quase tudo está certo, mas só funciona se você ligar a fonte de áudio e desligar o som. Quando desligados, dispositivos diferentes produzem interferências diferentes, pois não são completamente desenergizados. E com fontes de som ruins, o microcontrolador pode captar ruídos quando o som é desligado e bastante forte. E esta é precisamente a interferência da fonte, o STMka não vê interferência na minha placa de áudio externa; além disso, o som silencioso é 0.

Como fazer você mesmo?

Vamos primeiro decidir o que precisamos. Não vou escrever o custo, porque isso depende muito da sua localização.

Do que precisamos:

• placa de circuito
• programador ST-Link v2
• 1 chip STM32f103C8
• 4 relés para mudar o canal de áudio de entrada para a saída
• 1 relé para ligar 220V para ligar o amplificador
• Conversor buck AC-DC 220V - 5V (pode ser retirado de uma tarifa antiga do telefone)
• cabo de alimentação e conector para fornecer corrente ao nosso dispositivo e amplificador
• tomada
• resistores, capacitores e outras pequenas coisas

Naturalmente, precisamos de fios de áudio e um minijack plug com tomadas.

Eu gostaria de focar na escolha do relé ... Se tudo estiver muito claro com a escolha do relé de 220V: ele deve poder "alternar" a tensão alternada de 220V e ser controlado por 3,3V. A escolha de relés de som não é tão simples. Nem todos os relés, mesmo os de estado sólido, não causam interferência na saída, e isso é muito importante para nós. Eu moro em Minsk e não consegui encontrar nada adequado e a um preço adequado; portanto, 4 relés PVT322A foram encomendados em uma conhecida loja chinesa. Talvez na sua área você possa encontrar algo mais barato.



Desde que começamos, continuaremos estudando os recursos de hardware. No diagrama que você pode encontrar no repositório na pasta Eagle, é necessário selecionar resistores limitadores de corrente (R4-7) para seus relés. No meu caso, são 30 ohms. Há também uma bobina L1: escolha qualquer filtro que suavize o ruído de alta frequência.

Você pode solicitar uma placa de circuito no PCBWAY ou JLCPCB. Seus preços são baixos, pedi ao JLCPCB e eles me cobraram apenas US $ 2. Ao solicitar uma placa de circuito, você precisará de arquivos gerber, poderá encontrar tudo na mesma pasta ou gerá-lo você mesmo.

Vamos para a parte do software

Não vou falar sobre como conectar o programador ao computador, instalar o ambiente de programação e o driver, porque Existem muitas dessas instruções e são extremamente acessíveis. No meu circuito são fornecidas saídas para programadores. Eu usei o Visual Studio 2017 + VisualGDB. Depois de baixar o projeto do mesmo repositório, podemos abrir o projeto. Gire imediatamente para o arquivo Settings.cpp.


Todas as configurações neste arquivo estão documentadas, mas pararemos em cada configuração de qualquer maneira.

 #define DEBUG0 0 #define DEBUG1 1 #define DEBUG2 0 

Se atribuirmos uma unidade a DEBUG0, nosso dispositivo parará de fazer qualquer coisa, exceto que ele emitirá os valores que recebe das entradas de áudio em um formato que o SerialPortPlotter possa "digerir" pelo UART.

Se você atribuir a unidade DEBUG1, o dispositivo já estará totalmente funcional, mas exibirá algumas informações sobre o trabalho no UART. Tudo isso é necessário exclusivamente para depuração.

Atribuir DEBUG2 apenas dará a inicialização do UART. Se você não entender por que isso ocorre, então não :-)

 #define MaxEqualToZeroValue 3 

Em seguida, temos um parâmetro cujo valor correspondente ou menor será considerado zero. Como mencionado anteriormente, algumas fontes de som são de baixa qualidade e muito barulhentas.

 #define MaxAvarageForNoise (float)0.4 

Se o canal de áudio estiver atualmente inativo (ou seja, o canal que não está atualmente no modo de saída) e o valor médio de medição para um ciclo de medição nesse canal for menor que o valor desse parâmetro, o canal será considerado sem som.

 #define MaxAvarageForActiveNoise (float)0.06 

Este parâmetro é quase o mesmo que o anterior, apenas para o canal que está ativo no momento. O fato é que, quando o canal está ativo e o amplificador está funcionando, a tensão do canal de áudio cai. E se você negligenciar essa configuração, o dispositivo considerará que há som mesmo quando o fio não estiver conectado a nenhum dispositivo.

 #define CountOfConsecutiveZeroValueForNoise 250 

Este parâmetro é apenas para otimizar o consumo da CPU. Se o dispositivo encontrar um número predeterminado de zeros seguidos, ele considerará que esse sinal não é um som.

 #define MinCountOfZeroValue 550 

E este é um cenário importante. Alguns dispositivos, quando desligados, criam ruídos estranhos, mas destaquei um fator comum entre eles: eles raramente caem para zero. Por isso tive que inserir esse parâmetro. Se o número de valores zero por ciclo de medição for menor que o valor especificado, o sinal será considerado ruído.

 #define USE_LED 1 #define LED_GPIO_PERIPH RCC_APB2Periph_GPIOC #define LED_GPIO_GROUP GPIOC #define LED_GPIO_PIN GPIO_Pin_13 #define USE_AMP 1 #define AMP_GPIO_PERIPH RCC_APB2Periph_GPIOB #define AMP_GPIO_GROUP GPIOB #define AMP_GPIO_PIN GPIO_Pin_12 

Este bloco é extremamente compreensível para quem já programou microcontroladores. Ele seleciona o pino no qual o LED estará localizado e a saída para o relé de controle do amplificador. Se você não alterar meu esquema, não precisará desses parâmetros.

Vamos seguir para as seguintes configurações:

Ao abrir o arquivo main.cpp, no início da função

 int main() 

Você encontrará uma definição de várias variáveis.

Vamos nos debruçar sobre isso com mais detalhes. Existem muitos parâmetros responsáveis ​​pela configuração de hardware do microcontrolador. Nós não vamos tocá-los.

 const uint8_t channelsCount = 2; 

Este é o número de canais de entrada de áudio a serem usados.

 const uint8_t countOfIterationsForSwitch = 5; 

O número de ciclos de medição necessários para alterar o estado ativo / passivo.

 const uint8_t ADCSampleTime = ADC_SampleTime_239Cycles5; 

Este parâmetro é responsável pela qualidade da medição. Está definido como máximo, não recomendo alterá-lo.

 const uint16_t measurementsDuration = 2000; 

Este é o tempo em ms durante o qual um ciclo de medição será executado.

 const uint32_t measurementFrequencies[] = { 1000, 1000, 1000, 1000 }; 

Não sei por que, mas implementei uma função que me permite medir os canais de entrada com frequências diferentes para cada canal. Talvez alguém precise desse recurso.

Conclusão

Bem, isso é tudo. Eu descrevi todas as configurações necessárias. Resta apenas montar o circuito, compilar o projeto, preencher o firmware no microcontrolador e se alegrar.

Para concluir, gostaria de dizer que você não pode simplesmente deixar o fio de áudio de entrada "não preso" em nada, é necessário inseri-lo em qualquer dispositivo ou conectar na forma de uma tomada minijack na qual todos os contatos estão interconectados.


Se suas fontes de som são muito boas, é possível definir configurações baixas, mas mudar o estado do som pode exigir a desativação (não de uma tomada). Talvez um dia eu adicione um link ao modelo 3D do gabinete, mas até agora não tenho uma impressora 3D e o gabinete é atualmente. Mas isso é apenas por enquanto: a impressora 3D já está funcionando :-)


Este é o meu primeiro artigo, terei prazer em receber qualquer crítica fundamentada. Entendo que isso não é uma obra-prima, mas tentei o meu melhor.

Obrigado pela leitura.

UPD1: Adicionado imagens esquemáticas e de fiação no artigo.

UPD2: Adicionadas imagens esquemáticas e de fiação ao repositório, adicionadas novos comentários no código.