MCSofA 1.0 - Микропроцессорная система управления усилителем

[ultima]

Всегда с восхищением и немного с завистью смотрел на людей, которые занимаются разработкой электроники на микроконтроллерах. Сам неоднократно предпринимал попытки изучить программирование микроконтроллеров, однако дальше, чем помигать светодиодом, подергать сервомашинкой и повращать шаговым двигателем, процесс почему-то не шёл. Ну неинтересно мне просто сидеть и разбирать чей-то исходник. Гораздо важнее и интереснее поставить глобальную задачу и начать с ней разбираться. Очень долго в голове крутилась идея собрать робота-гексапода, но идея так и осталась идеей, потому как практического применения, кроме как “поиграться”, для гексапода я придумать не смог. Да и очень хотелось связать микроконтроллеры с аудио тематикой.

И вот надо было доработать один из усилителей. По сути добавить релейный регулятор громкости, селектор входов и плату с реле для подачи / отключения питания. С пультом ДУ, естественно. В сети достаточно много устройств и конструкций на МК, хороших и не очень, заточенных под аудио тематику. Всевозможные селекторы входов, никитинские регуляторы громкости с ДУ и без с разными вариантами индикации. Многие из этих проектов — коммерческие, “Buy&Use”, некоторые морально устаревшие, на старой элементной базе. Изрядно полазив по сети, моё внимание привлекли вот эти проекты (заранее прошу прощения за ссылки, публикую их для ознакомления, а не в целях рекламы:

• Микропроцессорная система управления усилителем
• Регулятор громкости Никитина с ДУ от antecom

Можно было бы поступить просто — купить готовое устройство, однако решил попробовать сделать самому, с нуля, а заодно и разобраться, наконец, с микроконтроллерами. Таким образом и появился проект под названием MCSofA — Microprocessor Control System of Amplifier — Микропроцессорная система управления усилителем (название потянуто у Михаила, не сочтите, пожалуйста, за плагиат)

Цели следующие:

• сделать Open Source проект, с открытым исходным кодом, схемами и чертежами плат
• научится работать с системой контроля версий, например с GitHub
• и просто, just for fun

Итак, поехали =)

Структурная схема выглядит следующим образом:

Исполнительные устройства:

• I/O Selector — плата коммутации входов / выходов. Позволяет подключить несколько источников сигнала к усилителю, а также раздать один из подключенных входов на несколько выходов. Вся коммутация происходит на реле, реле управляются связкой микросхем 74нс595 + uln2003a
• Relay Attenuator — плата никитинского регулятора громкости на реле. Должен уже быть у каждого на слуху, кто занимается аудио ) Реле управляются также связкой 74нс595 + uln2003a
• IR / Remote control — обычный ИК фотоприемник, для приёма сигналов с пультов ДУ. Исполнительным модулем его назвать сложно, но надо было куда-то определить его в структурной схеме ) На момент написания этих строк под рукой оказалось несколько датчиков серии TSOPxxxxx. Решено было поэкспериментировать с ними. Ну и пульт ДУ, естественно

Индикация

• RGB LED — один или несколько RGB светодиодов. Один светодиод может использоваться для ндикации работы усилителя (в выключенном состоянии — горит красный светодиод, включаем усилитель — зеленый / синий). Несколькими светодиодами (линейкой) можно отображать текущий уровень громкости
• LED Display — модуль индикации на семисегментных светодиодных индикаторах. Отображение уровня громкости, отображение канала селектора сигналов при переключении и т.д. Тут на что фантазии хватит ). Управляем индикаторами с помощью 74нс595.

Элементы управления

• Mechanical Buttons — обычные механические кнопки, для вкл/выкл усилителя, регулировки громкости, переключения каналов.
• Encoder — два инкрементальных механических энкодера, с кнопками. Это даст возможность реализовывать интересные алгоритмы управления громкостью, селектором и другими функциями усилителя.
• Wafer Switch — галетный переключатель на 4-6 позиций. Будет такая возможность подключить галетник, для переключения каналов.
• Variable resistor — подключение переменного резистора, для регулировки уровня громкости. Как раз можно использовать вариант “переменный резистор + галетник” для громкости и переключения каналов

Сервисные

• Power On — плата с одним реле на борту и парой клеммников, для подачи сетевого напряжения на потребители. Плюс такого подхода в том, что для вкл/выкл усилителя можно использовать красивую слаботочную кнопку либо пульт ДУ
• Soft Start — плата с двумя реле. Функции такие же, как и у первого модуля, плюс ограничение тока заряда емкостей бп в момент включения. Скорее всего будет одна плата, на которой можно будет собрать либо просто подачу питания, либо софт старт

Вот в принципе основная часть девайсов, управление которыми хотелось бы реализовать. Вполне возможно, что-то будет убираться, что-то добавляться. Может кому-то приспичит часы прикрутить и включать / выключать усилитель по таймеру

Что касается платы МК (Main Unit), долго размышлял, на каком контроллере всё собирать. В итоге решил всё-таки на AVR. И более того, на платформе Arduino. Многие сейчас выскажут свое недоумение, кто-то, кто дочитал до этого места, и вовсе перестанет читать дальше. Однако, использовать Arduino меня подтолкнули следующие причины:

• У меня лежит несколько Arduino платок — Arduino Pro Micro на ATmega32U4 и Arduino Uno R3 ATmega328p, с которыми я начал ковыряться до того, как сел писать ТЗ. С ними и буду продолжать ковыряться
• Новичку будет гораздо проще разобраться в коде Arduino, изменить или написать под себя свою функцию / алгоритм
• Никогда не поздно выкинуть ардукод и написать на нормальном человеческом Си, так что опытные комрады могут просто использовать плату МК как заготовку, переписав всё с нуля.

Далее подробно рассмотрим схемы вышеперечисленных устройств и разберём, что, как и чем будет управляться.

Изменено 11 августа, 2017 пользователем ultima

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[ultima]

На данный момент готового изделия нет, как нет и прототипа ) всё в голове, решил на форуме ветку завести, чтобы единомышленников найти, так как вместе разрабатывать быстрее и интереснее.

Логичнее было бы начать с питания, с него и начал. Две схемы для модулей "Power On" и две схемы "Soft Start" для подачи питания на усилитель, в зависимости от того, что нужно, так сказать. Схемы для представлены ниже:

1) Простой модуль "Power On"

Я думаю, рассказывать, что и как, смысла нет, вроде понятен принцип работы. 

2) Модуль "Power On" с сетевым фильтром и фильтром постоянной составляющей (не знаю, насколько востребован)

3) Простой модуль SoftStart

4) По аналогии, самый продвинутый вариант питания, модуль SoftStart с сетевым фильтром и фильтром постоянной составляющей

На данный момент разрабатываются 4 платы для вышеприведённых схем

Изменено 11 августа, 2017 пользователем ultima

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[mail_robot]

было бы неплохо для начала разработать интерфейс, а потом уже обвешивать его мясом. То что вы рисуете, это по сути самое простое.

Еще здорово было бы определиться сразу с платформой. На каком именно камне все это будет работать. И еще одно из главных - будет ли дисплей или обойдетесь светодиодной индикацией?

Для начала в плане критики - убирайте все эти нафик фильтры. Для трансформаторного питания они лишнее усложнение. Софт-старт лечше перенести во вторичные цепи по низкой стороне, максимально избавив высокую от какой либо автоматики. Так надежнее

Изменено 11 августа, 2017 пользователем mail_robot

[Реклама]

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ очень важен контроль процесса заряда и разряда для избегания воздействия внешнего зарядного напряжения после достижения 100% заряда. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список таких решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[ultima]

Спасибо за критику.

1) Что касается платформы - видение такое. Использовать платку  Arduino Pro Micro на ATmega32U4, для неё собрать плату-шилд, к которой планируется подключать остальное "мясо". Далее - будет видно, если всё удачно получится, то хочется сделать одну плату с камнем на борту, к которой и подключать периферию.

2) Пока что надо разобраться со светодиодной индикацией. 

3) Фильтр постоянной составляющей, наверное, есть смысл выкинуть, он тут ни к чему. А вот варистор с LC фильтром думаю надо оставить, сам всегда ставлю его в усилители.

4) Перенос софтстарта на низкую сторону может и надёжнее, но не удобнее в плане юзабилити. Т.е если я дистанционно, с пульта, например, хочу отключить усилитель, то на трансформаторах будет присутствовать сетевое напряжение, а это не безопасно. Ставить ещё одну кнопку для полного отключения тоже не оч хороший вариант )

Изменено 11 августа, 2017 пользователем ultima

[sima8520]

Параллельно обмотке реле диод случаем не нужен?

[mail_robot]

26 минут назад, ultima сказал:

Т.е если я дистанционно, с пульта, например, хочу отключить усилитель, то на трансформаторах будет присутствовать сетевое напряжение, а это не безопасно

на это случай можно поставить дежурку. Я для этих целей пользуюсь зарядниками для сторовых. 0,5 Вт вполне хватает для любых нужд управления и не накладно. По надежности тоже вопросов нет. Ну и удобные +5 вольт на выходе.

Вам так и так дежурку придется ставить, потому как если отключить трансформаторы, что тогда?

Ну и чисто от себя - аруино и все AVR это позапрошлый век. STM32 наше все. Это как делал бы я (конкретно делал бы на STM32F030K6T6). К вопросу в теме отношения не имеет, делайте на чем хотите

Изменено 11 августа, 2017 пользователем mail_robot

[KRAB]

разве что он уже есть в реле интегрированный ...

[Yanshun]

@sima8520 Думаю автор хочет использовать внутренний диод полевика. 

[ultima]

23 минуты назад, sima8520 сказал:

Параллельно обмотке реле диод случаем не нужен?

Да, верно, спасибо, Илья.

[mail_robot]

1 минуту назад, Yanshun сказал:

Думаю автор хочет использовать внутренний диод полевика

совсем не то пальто, даже если бы это было и так

[Yanshun]

@mail_robot Ясно.

[mail_robot]

@ultima

чисто от себя (и по опыту) я вам отрекомендую использовать 7002. Поставьте лучше IRLML2502. Будет гораздо надежнее и по цене не хуже. Ну а если реле будет много, то совсем не зазорно поставить и ULN2803. Эти звери вообще хрен когда уничтожатся, а выигрыш в разводке будет ощутимее чем на рассыпухе. Все равно у вас исполнительная система будет общая и реле будет гораздо больше чем парочка на силовом.

Вы зря делаете систему кусками, и совсем не с того конца начали.

По хорошему систему надо делать по типу CAN шины, потому как далеко не все модули будут использоваться в каждом усилителе. Надо в каждый блок ставить расширитель шинный, например на I2C с фиксированным адресом. При старте делать опрос доступных модулей и мутить динамическую конфигурацию. Иначе ваша система ничем не лучше всех остальных и умрет точно так же, почив на просторах интернетов

Изменено 11 августа, 2017 пользователем mail_robot

[Viktor26]

Буду следить. 

[Alexeyslav]

Это фигня очередная вырисовывается. Понадёргаете схем разных и каждая со своими проблемами, в итоге у вас количество проблем только умножится. Аттенюатор на реле? Вы это серьёзно? И кто такую ораву реле будет питать? А импульсы тока при переключении? Они по всей конструкции будут бегать... Каждое реле милиампер по 50, в итоге серьёзные токи выливаются - бороться с импульсными помехами будете для того чтобы в аналоговый тракт не попали.

Есть же прекрасный аналоговый интегральный аттенюатор(сейчас так не вспомню сразу), который обеспечивает регулировку громкости логарифмическую в диапазоне до 100дБ и отдельное состояние "MUTE" которое запирает вход-выход на 120дб, с реле таких параметров будет сложно добиться. И к тому же надо будет очень аккуратно с разводкой, малейший косяк и всё будет фонить, проникать в соседний канал и т.д.
Есть так же и интегральные коммутаторы, но им пока ещё далеко до идеала, к сожалению, а более качественный кусаются ценой.

Реле, пожалуй, можно использовать только для включения силового трансформатора.

Приёмник команд с пульта - реализовать на ATTINY13, которая просто в порт будет выдавать код принятой и проверенной команды пульта, а что делать - это вопрос центрального контроллера.

Под индикацию тоже не стоит сильно заморачиваться - светодиодная матрица на 4*8*8 с SPI стоит всего 4$, а более дорогой чип сможет поддерживать автономно 24x16 матрицу светодиодов с 4-мя уровнями градации яркости каждого светодиода.

Да, если не матрицы, то применять для светодиодных матриц регистры HC595 - верх непрофессионализма! Есть же регистры специальные с встроенными драйверами(стаб.тока!) для светодиодов! Только представьте себе - ни одного токоограничивающего резистора с регистра, ток для всех выходов задаётся ОДНИМ внешним резистором который, кстати, может быть ФОТОрезистором.

Для RGB-светодидов тоже есть прекрасный драйвер на 8 выходов каждый из которых имеет аппаратный ШИМ 12 бит и 5 бит регулировка тока... и никаких велосипедов. А, да, есть же WS2812 по вполне приемлемой цене - RGB+контроллер в одном корпусе, легко соединяются в цепочки до 512 светодиодов и требуют лишь 1 вывод контроллера для управления. Опять же - никаких плясок с организацией многоканального ШИМ для управления светодиодами.

Насчет общей шины, это не то что обязательно нужно в любительской открытой разработке, оно конечно многое упрощает в плане модульности и простоты добавляния модулей в конструкцию но и накладывает серьезные ограничения на каждый из модулей в виде поддержки такой шины, а это порой бывает проблематично.

Цитата

При старте делать опрос доступных модулей и мутить динамическую конфигурацию.

ИМХО, именно как раз это погубит проект... закопаетесь на самом старте реализуя данный функционал, так и не приступив к основному. А потом всё обрастёт костылями. Динамическая конфигурация это хорошо, до тех пор пока не понадобится поддерживать все мыслимые подключаемые модули в многочисленном их разнообразии.

Изменено 11 августа, 2017 пользователем Alexeyslav

[mail_robot]

15 часов назад, Alexeyslav сказал:

Аттенюатор на реле? Вы это серьёзно?

вообще то лучшие модели аттуньюаторов именно на реле и реализованы. Тот же РГ Никитина. И вовсе там не орава, а штук 6-7 реле всего с микроскопическими токами. Потому как релюшки там совсем не силовые и очень мелкие.

15 часов назад, Alexeyslav сказал:

Насчет общей шины, это не то что обязательно нужно в любительской открытой разработке, оно конечно многое упрощает в плане модульности и простоты добавляния модулей в конструкцию но и накладывает серьезные ограничения на каждый из модулей

так если модули и создаются для этой шины, то какие ограничения? Набор их стандартный для усилителя в общем случае. В частном какие то из модулей просто не будут устанавливаться. В чем проблема то конкретно?

15 часов назад, Alexeyslav сказал:

Динамическая конфигурация это хорошо, до тех пор пока не понадобится поддерживать все мыслимые подключаемые модули в многочисленном их разнообразии.

заявление не имеющее ничего общего с реальностью

15 часов назад, Alexeyslav сказал:

закопаетесь на самом старте реализуя данный функционал

да он элементарно реализуется опросом шины на старте, так же как и при использовании DS18B20. Дальше просто блокируются участки кода управляющие не ответившими модулями. Слишком сложно?

[Alexeyslav]

Вот это "элементарно" микрософт реализует уже 20 лет, и тем не менее всеравно нужны какие-то драйвера ставить.

Усилитель это не та конструкция которую необходимо усложнять. Ну вот к примеру придумаете вы супер шину, а чтобы реализовать какую-то мелочь из-за того что функционал шины не влазит в мелкий контроллер надо будет в каждый пихать STM32 с минимум 16К флешем и т.д. Это уже будет не смешно а грустно.

Цитата

просто блокируются участки кода

Это просто феерическое поле для граблей. "просто" не получится, код обрастёт тонной костылей и т.д. начнутся странные глюки которые, естественно, никто не захочет решать.

Проще, соотвествующие куски кода просто не включать в прошивку, сделать прошивку индивидуальной и конфигурируемой под железо на этапе компиляции. Это надёжнее чем плодить универсального программного монстра.

Цитата

штук 6-7 реле всего с микроскопическими токами

Очень сомневаюсь. Даже сигнальные реле плохо работают с малыми напряжениями. Речь идёт даже о миливольтах - контакты за счет образующегося окисла создают потенциальный барьер и непредсказуемое смещение напряжения для малых напряжений. Я бы сказал что реле в аттенюаторе ещё надо правильно использовать, например герконовое с ртутными контактами, учитывать сопротивление и монтажную ёмкость дорожек на плате ибо так даже 80Дб диапазона не достичь.

И это всё кроет аттенюатор LM1972 - 78Дб регулировка по каждому каналу + 104Дб ослабления в режиме MUTE. угу, и по цене двух сигнальных реле.

[mail_robot]

28 минут назад, Alexeyslav сказал:

угу, и по цене двух сигнальных реле

расскажите это аудиофилам. Они наверное не в курсе и продолжают тулить реле в свои конструкции с упорством баранов. Пытаясь навязать свое "простое" не зная нюансов вы мгновенно делаете систему мертворожденной.

28 минут назад, Alexeyslav сказал:

Это уже будет не смешно а грустно

не надо ничего придумывать. Есть I2C и она сможет реализовать весь необходимый функционал без особых трудностей. А ссылаясь на микрософт вы путаете кислое с мягким. Эмбедед решение утилитарного характера в рамках конкретной системы и задачу мирового потребительского масштаба.

28 минут назад, Alexeyslav сказал:

"просто" не получится

готов поспорить, ибо сам уже реализовывал подобные решения. Без всяких костылей все предельно просто решается в рамках обычной RTОS.

28 минут назад, Alexeyslav сказал:

из-за того что функционал шины не влазит в мелкий контроллер надо будет в каждый пихать STM32

вы мыслите категориями закостенелого старпера. К вашему сведению воткнуть нынче STM32 куда проще чем AVR. Если говорить метафорически, то вы говорите, что проще прицепить лошадь к трамваю, чем поставить электромотор. А жигули лучше тойоты потому что тоже умеет ездить

 

А теперь по теме. Про шину. В I2C очень просто реализовать свободно конфигурируемую систему, просто присвоив каждому типу модуля свой фиксированный адрес. По типу МАС. Если контроллер отправляет запрос на этот адрес и не получает ACK, то считает, что модуля нет. Ка я себе мыслю набор модулей будет ограничен ну максимум десятком. Едва ли половина из этого десятка будет востребована в большинстве конструкций усилителей. Прошивку под каждую конфигурацию не имеет смысла писать. Лучше написать одну, для всех возможных конфигураций. Тем более что уровень управления только дискретный и довольно медлительный (по меркам МК и даже шины I2C) и особого интеллекта от системы не требуется. Вопрос теперь стоит только в функционале блоков и их наборе для данной конкретной системы, которая будет разработана (я надеюсь) автором этой темы.

Изменено 12 августа, 2017 пользователем mail_robot

[Alexeyslav]

Это пример того как неправильно выбранная архитектура создаёт проблемы в дальнейшем. Да, сам алгоритм опроса и исключения отсутствующих блоков прост, но... что делать с взаимосвязями между блоками? Несмотря на то что система автоматически определяет наличие блоков для системы они мёртвый груз, ядро должно решать как и какие блоки будут связаны друг с другом - а это уже конфигурация привязанная к конфигурации железа, предусмотреть надо будет все возможные варианты подключения блоков и реакции на них. Большинство конфигураций будут невалидными. Что делать в таких случаях? Реакция системы даже на невалидную конфигурацию должна быть прописана.

Потом кто-то додумается что неплохо бы подключить блютуз-модуль... но ни места ни подходящей шины для него просто нет потому что превоначально такое небыло предусмотрено. А LAN? А WiFi? Кто-то наверняка захочет аткой функционал в усилителе. В итоге прошивка всеравно будет железо-зависимая.

[mail_robot]

14 минуты назад, Alexeyslav сказал:

Потом кто-то

этого кто-то нет. Есть разработчик системы. Единственной и не повторимой. А если и найдется тот кто-то, то пусть включает думалку и правит код под свою собственную систему

14 минуты назад, Alexeyslav сказал:

предусмотреть надо будет все возможные варианты подключения блоков и реакции на них

никто не спорит. Но и это вполне решаемая задача. Разумеется ели не подходить к ней по методу - а налепим клочками а там уж как нибудь код напишем. Любая грамотная задача начинается с грамотного проектирования. Чего у автора пока не заметил

15 минут назад, Alexeyslav сказал:

А LAN? А WiFi?

давайте еще про сфероконей в вакууме порассуждаем. Накой весь этот бред в нормальном усилителе?

Изменено 12 августа, 2017 пользователем mail_robot

[Alexeyslav]

Для Remote Control, вестимо. Ик-управление не всегда возможно. Да и почему, раз в усилителе есть селектор входов, не реализовать в нём же клиент потокового вещания? Это никак не отразится на функционале усилителя, просто будет отдельным каналом. Телевизоры умеют воспроизводить потоковое вещание, а почему усилителю не иметь?

[mail_robot]

Ну давайте тогда уже и кнопку ГЛОНАСС туда запихаем. В случае чего на помощь всегда позвать можно. А чо, в машинах же ставят, а там тоже музыка есть

[Alexeyslav]

Глонасс в машине не для музыки. Но идея интересная - такие приёмники ставят во многие высокоточные станки, чтобы их не перевозили в другое место. Так же и с усилителем - перевёз на 100 метров дальше обычного места - вводи код для разблокировки, 3 раза ввёл неправильно и на свалку.

[mail_robot]

тема утратила смысл. Так как разработчик не участвует в беседе

Изменено 18 августа, 2017 пользователем mail_robot

[getshket]

Разработкой занят, наверное.