Przenośny głośnik Bluetooth

Cześć,

pokażę Wam, jak zrobić przenośny głośnik na Bluetooth z dotykowymi przyciskami i możliwością ładowania baterii. Pomysł na wykonanie takiego sprzętu pojawił się przed wyjazdem na wakacje. Zależało mi, żeby był w miarę głośny, lekki i dobrze się prezentował. 

Będą potrzebne:

• drukarka 3D i filament PLA (najlepiej w dwóch kolorach)
• wzmacniacz Audio TPA3110
• moduł Bluetooth BK8000L
• przetwornica step-up regulowana lub 12 V
• 5 przycisków dotykowych TTP223
• 2 ogniwa Li-ion 18650 2200 mAh
• kilka LED-ów
• rezystor ok. 100 R
• kondensator elektrolityczny ok. 2200 uF
• przełącznik 
• 2 głośniki o średnicy ok. 65 mm
• moduł ładowarki TP4056 z zabezpieczeniem przed rozładowaniem
• przewody
• 8 śrub M3 z łbem stożkowym
• płytka prototypowa i kynar

Oczywiście nie muszą to być dokładnie takie elementy – ja akurat miałem sporo chińskich modułów oraz głośniki i ogniwa z odzysku.

Obudowa:

Obudowę zaprojektowałem w programie SolidWorks. Niestety głośniki użyte w projekcie pochodziły z taniego kina domowego, więc nie znałem ich parametrów i nie mogłem obliczyć wymiarów obudowy. Starałem się zatem, żeby była jak najbardziej kompaktowa. W celu łatwego sterowania, bez wyciągania telefonu z kieszeni, na górze obudowy zamodelowałem dotykowe przyciski.

Głośnik w programie prezentował się tak:

Nie modelowałem wszystkich elementów, tylko te najważniejsze. Części takie jak diody, czy wyłącznik miałem na biurku, więc wystarczyło je zmierzyć i zrobić otwory w modelu. W obudowie jest jeszcze odrobinę luzu, bo chciałem być pewny, że wszystko się zmieści.

Z przodu obudowy, oprócz głośników szerokopasmowych, znajduje się jeszcze niewielki głośnik wysokotonowy, dioda sygnalizująca stan Bluetootha i coś w rodzaju tunelu bass reflex. Do środkowej części obudowy (tej żółtej) dołączone są tulejki, na których opierają się głośniki. Przykręcenie przedniego panelu powoduje unieruchomienie głośników. Na przedni panel jest jeszcze maskownica, która zasłania śrubki i zabezpiecza głośniki przed uszkodzeniem. Maskownica jest spasowana na wcisk, więc nie ma potrzeby klejenia.

Sposób montażu tylnej części obudowy rozwiązałem podobnie. Znajduje się na niej złącze micro-USB, diody sygnalizujące stan ładowania i wyłącznik zasilania. Tutaj śrubki też są zasłonięte przez maskownicę. Oprócz obudowy wydrukowałem również uchwyty mocujące akumulatory. Uchwyty zamocowałem na klej akrylowy.

Części drukowałem z PLA na drukarce VERTEX K8400. Grubość warstwy to 0,2 mm. Niektóre elementy musiałem drukować z podporami.

Elektronika:

Cała elektronika to kilka modułów połączonych zgodnie z poniższym rysunkiem. Moduły umieściłem na płytce prototypowej i przykręciłem do tylnego panelu obudowy (w modelu są już przewidziane tulejki po śruby). 

Przydadzą się też wyprowadzenia modułu Bluetooth: 

Modułu nie trzeba programować, obsługa przycisków i diody jest już zaimplementowana.

Przy składaniu elektroniki trzeba zwrócić uwagę na kilka problemów.

Moduł bluetooth BK8000L posiada wyjścia różnicowe, a moduł wzmacniacza TPA3110 ma wejścia względem masy. Przy próbie podłączenia okazało się, że Bluetooth błyskawiczne robi się gorący. Na szczęście sam układ scalony wzmacniacza posiada wejścia różnicowe, ale są one na płytce podłączone do masy. Trzeba więc przeciąć ścieżki RINN i LINN, które idą do masy i podać sygnał różnicowy bezpośrednio na piny układu scalonego. Oczywiście lepiej będzie zastosować moduł, który już ma wyprowadzone wejścia różnicowe lub nawet gotową płytkę wzmacniacza z Bluetoothem.

Zastosowany wzmacniacz działa w przedziale napięć 8-18 V. Potrzebna była więc przetwornica podwyższająca napięcie. Im wyższe napięcie, tym mniejsze zniekształcenia harmoniczne, ale też mniejsza sprawność przetwornicy. Metodą prób i błędów dobrałem napięcie zasilające wzmacniacza na 12 V. Dla poprawienia sprawności można połączyć ogniwa szeregowo, jednak wtedy trzeba jeszcze zająć się problemem balansowania akumulatorów podczas ładowania. Przy połączeniu równoległym taki problem nie występuje i można użyć taniego modułu ładowarki, który ma dodatkowo zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem (czyli zniszczeniem) akumulatorów.

Po chwili testów okazało się, że przy mocnym basie chwilowy prąd jest na tyle duży, że przetwornica nie dawała rady – wyłączała się lub przysiadało napięcie. Zastosowanie dużego kondensatora elektrolitycznego rozwiązało problem.

Przyciski dotykowe przykleiłem od spodu obudowy na piankową taśmę. Diody wlutowane w płytkę przeniosłem na przewody i wkleiłem we wcześniej przygotowane zagłębienia. Dzięki temu diody widoczne są dopiero, gdy zaświecają się po dotknięciu przycisku.

Diody z modułu ładowarki także wylutowałem i zastąpiłem przewlekanymi, umieszczonymi na tylnym panelu.

Po podłączeniu wszytkiego wyglądało to tak:

Głośnik ze zdjętą maskownicą:

I ostateczny efekt:

Jeszcze podświetlenie po naciśnięciu przycisku:

Podsumowanie:

Udało się niewielkim kosztem wydrukować kompletny i działający gadżet, który gra i wygląda całkiem nieźle. Jednak chyba najciekawszy był sam proces projektowania i wykonania. I ta satysfakcja, gdy części do siebie pasują :)

Masa głośnika: 800 g

Wymiary: (192 x 82 x 72) mm

Pliki załączone do artykułu:

• glosnik_model.zip
• glosnik_stl.zip