Bezprzewodowe, stereofoniczne słuchawki z mikrofonem

Układ został zbudowany w oparciu o multimedialny moduł Bluetooth F2M03MLA firmy Free2move. W wykorzystanym module producent umieścił oprogramowanie, dzięki któremu w prosty sposób można zbudować pełnowartościowe słuchawki czy zestaw głośnomówiący.

Moduł Bluetooth ma wszystkie układy wraz z przetwornikami, dzięki czemu nie wymaga dużo elementów zewnętrznych a zarazem oferuje znakomitą jakość dźwięku. Układ został wyposażony w opcjonalne przyciski, które w zależności od funkcji pełnionej przez układ spełniają różne funkcje. W przypadku pracy jako bezprzewodowe słuchawki, dodatkowe przyciski umożliwiają zdalną obsługę odtwarzacza, z którego jest przesyłana muzyka (może to być odtwarzacz komputerowy lub odtwarzacz w telefonie komórkowym). Przyciski umożliwiają wybór poprzedniego/kolejnego utworu, zmianę głośności czy uruchomienie lub zatrzymanie odtwarzania. W przypadku pracy układu jako zestawu głośnomówiącego (może pracować z telefonem komputerowym lub komunikatorem np. Skype) przyciski umożliwiają ustawienie głośności, wybranie ostatniego numeru czy zakończenie polaczenia. Opcjonalnie moduł można wyposażyć w optyczne układy wejścia/wyjścia cyfrowego SPDIF, dzięki którym jest możliwość przesyłania cyfrowych danych audio. Jak na razie firmware modułu F2M03MLA ma wyłączoną obsługę tego typu interfejsu. Układ ma również możliwość sterowania za pomocą komend w kodach ASCII przesyłanych za pośrednictwem interfejsu RS232. Dlatego też istnieje możliwość wykorzystania układu w niestandardowych rozwiązaniach, w których układem może sterować dodatkowy mikrokontroler. Prezentowany układ można również wykorzystać jako układ przesyłający sygnały audio z komputera czy telefonu do domowego zestawu audio, gdzie odtwarzaniem utworów można sterować dodatkowymi przyciskami. W przypadku pracy układu z komputerem, może on bez problemu zastąpić kartę dźwiękową. Oczywiście układ może być zasilany z baterii lub akumulatorków. Do zasilania układu wystarczą już trzy ogniwa o napięciu 1,5 V. Dodatkowo dla oszczędności energii, układ podczas bezczynności sam się wyłączy po czasie kilku minut, a zasięg do 150 metrów będzie wystarczający w większości aplikacji.

Opis działania układu

Wszystkimi funkcjami układu steruje moduł Bluetooth F2M03MLA. Firmware modułu umożliwia obsługę funkcji związanych ze sterowaniem funkcjami układu za pomocą uniwersalnych wejść PIOx. Funkcje przycisków S1...S6 zależne są od stanu linii BN, której stan jest wymuszany za pomocą dodatkowych diod D4...D9. Umożliwiło to podłączenie większej ilości przycisków do mniejszej liczby wymaganych dla nich wejść. Sześć dostępnych przycisków obsługiwanych jest za pomocą tylko czterech wejść. Praca słuchawek sygnalizowana jest za pomocą diod LED D10 i D11, którymi sterują tranzystory T1 i T2. Elementy R16 i C24 tworzą prosty obwód zerowania modułu Bluetooth. Elementy układu zasilane są stabilizowanym przez U2 napięciem +3,3 V.

Stabilizator wyposażony jest w komparator ze źródłem napięcia odniesienia oraz zabezpieczeniem nadprądowym oraz termicznym. Dodatkowo wejście zezwolenia pracy EN stabilizatora umożliwiło realizację funkcji związanych z oszczędzaniem energii co ma duże znaczenie podczas zasilania bateryjnego. Moduł Bluetooth, jeśli nie jest wykorzystywany, może sam wyłączyć swoje zasilanie. Wyzwolenie działania układu umożliwia przycisk S1, który został dołączony do źródła zasilania przed stabilizatorem. Jego naciśnięcie powoduje pojawienie się stanu wysokiego na wejściu ON modułu U1 oraz poprzez diodę D3 załączany jest stabilizator U2. Po uruchomieniu się modułu U1, linia POW_H zmienia swój stan na wysoki i poprzez diodę D2 podtrzymywane jest włączenie stabilizatora. Aby wyłączyć zasilanie układu, wystarczy że moduł U1 zmieni stan linii POW_H na niski. Rezystor R27 ściąga wejście uruchomienia stabilizatora do masy. Dioda D1 zabezpiecza układ przed odwrotnym podłączeniem napięcia zasilającego. Dodatkowo moduł Bluetooth ma możliwość monitorowania napięcia dołączonego do układu baterii, co może być wykorzystane do sygnalizacji ich rozładowania. Poziom baterii mierzony jest przez przetwornik ADC, którego wejściem jest linia AIO0 modułu U1. Mierzony poziom napięcia z baterii dodatkowo dopasowywany jest z wykorzystaniem prostego dzielnika zbudowanego z elementów R17 i R18. Pomiar poziomu napięcia baterii nie jest wykorzystywany w bezprzewodowych słuchawkach, ale jest możliwość jego włączenia. Moduł Bluetooth posiada stereofoniczne wejścia oraz wyjścia liniowe, do których zostały dołączone przetworniki wraz ze wzmacniaczami i filtrami.

Elementy C4...C11 oraz R12...R15 tworzą obwody kanałów wejściowych dla dołączonego/nych mikrofonów, których wejściem jest gniazdo Z3. Do układu może być dołączony najprostszy mikrofon elektretowy. Napięcie odniesienia dla obwodu wejściowego pobierane jest z linii AUX, na której występuje napięcie równe 1,8 V. Liniowe wyjścia (różnicowe) modułu Bluetooth zostały dołączone poprzez elementy C16...C19 i R19...R22 do prostego wzmacniacza słuchawkowego U5.

Wzmacniacz prócz roli wzmocnienia został wykorzystany również do zamiany wyjść symetrycznych modułu Bluetooth na niesymetryczne. Wyjścia wzmacniacza poprzez kondensatory C22 i C23 zostały dołączone do gniazda wyjściowego Z4. Do gniazda Z4 można dołączyć słuchawki lub wzmacniacz mocy. Elementy C20, C21 i R23...R26 są wymagane do poprawnej pracy wzmacniacza U5. Moduł Bluetooth oprócz linii wejścia i wyjścia analogowych, posiada linie wejścia/wyjścia cyfrowego audio zgodnego z SPDIF. W układzie można zamontować opcjonalne nadajnik/odbiornik optyczny SPDIF (układy U3, U4), które zostały pokazane na schemacie, ale jak na razie firmware modułu Bluetooth ma wyłączoną tego typu transmisję. Kondensatory C12 i C13 służą do filtrowania napięcia zasilającego transmitery U3 i U4. Napięcie zasilające odbiornik optyczny U4 dodatkowo filtrowane jest z wykorzystaniem dławika L1. Modułem Bluetooth można również sterować z wykorzystaniem interfejsu UART. Linie TXD i RXD interfejsu UART wraz z liniami zasilającymi zostały wyprowadzone na gniazdo Z2 układu. Za jego pomocą można sterować i konfigurować układ bez wykorzystywania przycisków S2...S5. Na przykład słuchawki mogą być sterowane innym układem wyposażonym w interfejs UART. Kondensatory C1...C3, C14 i C15 odpowiedzialne są za prawidłową filtrację napięć zasilających układ. Budowa słuchawek nie jest skomplikowana ze względu na to, że całym sterowaniem zajmuje się moduł Bluetooth.