Réseau stéréo Bluetooth ECE 445 (projet électronique)

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ABSTRAIT

Notre groupe a conçu et construit un réseau stéréo qui diffuse l’audio à partir d’un appareil compatible Bluetooth et gère automatiquement la lecture à partir des haut-parleurs les plus proches de l’utilisateur. Le système est composé d’un concentrateur auquel l’appareil de l’utilisateur se connecte à et des adaptateurs de haut-parleur, qui permettent à tout haut-parleur doté d’une prise audio de 3,5 mm de s’interfacer sans fil avec notre hub.

Chaque unité se compose d’une puce Bluetooth et d’un microcontrôleur. Le concentrateur diffuse l’audio vers l’adaptateur de haut-parleur, qui renvoie en permanence des données sur la puissance du signal concernant le périphérique audio de l’utilisateur. Chacun de nos composants est alimenté par une batterie lithium-ion et chargé via USB. Grâce à notre réseau stéréo Bluetooth, un utilisateur peut profiter de sa musique sans interruption du salon à la chambre sans avoir à se soucier de connecter ou de couper les haut-parleurs.

CONCEPTION

Figure 2: Schéma fonctionnel du concentrateur

Figure 2: schéma de principe du concentrateur.

Le concentrateur est responsable de la diffusion en continu de l’audio sans fil qu’il reçoit de l’UE vers les adaptateurs de haut-parleur. Il reçoit également des valeurs RSSI indiquant la proximité de l’adaptateur avec l’UE via le canal BT RFComm des adaptateurs de haut-parleur; le hub sélectionne l’adaptateur vers lequel diffuser en fonction des valeurs RSSI qu’il reçoit. Un schéma de principe de haut niveau du concentrateur est illustré à la figure 2.

Figure 3: Schéma fonctionnel de l'adaptateur de haut-parleur

Figure 3: Schéma fonctionnel de l’adaptateur de haut-parleur.

L’adaptateur de haut-parleur convertit les haut-parleurs standard sur étagère avec une prise audio 3,5 mm en haut-parleurs BT sans fil. Il enregistre également les valeurs RSSI de l’UE à proximité et transmet ces données au concentrateur afin que le concentrateur puisse sélectionner le haut-parleur approprié vers lequel diffuser. Le schéma fonctionnel de haut niveau de l’adaptateur de haut-parleur est illustré à la figure 3.

EXIGENCES ET VÉRIFICATION

La première exigence était d’avoir suffisamment de microcontrôleurs programmables à insérer dans chacun de nos modules. Le PCB conçu pour le MSP430 comprend des broches d’en-tête pour la connectivité à l’interface de débogage USB MSP-FET430UIF. Nous avons choisi de renoncer à utiliser des outils de développement tels que les Launchpads et les Arduinos, car nous voulions développer autant que possible un produit final.

Tableau 3: Performances de l'amplificateur audio

Tableau 3: Performances de l’amplificateur audio.

À l’extrémité de l’adaptateur de haut-parleur, l’interface audio doit également fournir une lecture correcte de la prise audio analogique dans le haut-parleur lui-même. Le simple fait d’entendre l’audio n’est pas un test suffisant, car nous avons précédemment quantifié nos mesures sonores et mesuré les performances de l’amplificateur maintenant disparu en utilisant le décibel mètre 1800 éloigné du haut-parleur. Nous avons ajusté le volume de deux manières. Tout d’abord, en envoyant les commandes I2C pour réinitialiser le registre 0x02. Le volume de l’amplificateur audio varie de 00 pour la sourdine à 3F. Deuxièmement, par le contrôle physique du bouton de volume sur les haut-parleurs. Les résultats que nous avons capturés sont présentés dans le tableau 3.

FRAIS

Étant donné que notre appareil est le seul appareil qui offre une lecture basée sur la proximité et qu’il est compatible avec n’importe quel appareil audio Bluetooth sans avoir besoin d’une application spéciale (iOS, Android, etc.), nous nous attendons à ce qu’il y ait un marché important pour ce système. Un système de diffusion sans fil remarquable de Sonos permet la diffusion vers des haut-parleurs spécifiques à l’aide d’une application mobile pour contrôler la lecture, mais les haut-parleurs du système vont bien au-delà de la gamme de 300 $. De plus, si l’utilisateur ne dispose pas d’un Android ou d’un «iDevice», il doit acheter une télécommande propriétaire pour 349 $, ce qui met le système Sonos hors de portée pour la plupart des consommateurs.

les pièces

Chacun des modules WT32 coûte 30 $. Lorsqu’il est commandé pour une production de masse, le coût tombe à 24 $. En considérant toutes ces pièces en quantités massives, y compris les circuits imprimés à 2 couches avec sérigraphie sur la face inférieure, nous estimons le coût à environ 50 $ par unité, ce qui ramène le coût de nos pièces à 150 $ de 161: 09 $.

La main d’oeuvre

Ces coûts reposent sur l’hypothèse que chacun de nous a travaillé 10 heures par semaine sur le projet, bien qu’en réalité notre temps de travail sur le projet ait grimpé en flèche dans la dernière semaine ou deux. Cependant, si l’on s’en tient à nos 150 heures de travail estimées à un taux de 75 $ l’heure, notre coût total hors pièces est de 84 $; 375.

CONCLUSIONS

Grâce à notre travail au cours du semestre, nous avons démontré avec succès un réseau stéréo Bluetooth qui joue aux haut-parleurs les plus proches de l’utilisateur. En traversant une pièce d’un ensemble de haut-parleurs à un autre, nous avons observé que le son passait automatiquement au haut-parleur à côté de l’utilisateur. Ainsi, notre projet fournit la solution pour diffuser de la musique dans différentes pièces sans commutation automatique de paquets audio entre les haut-parleurs.

Notre projet a réussi, mais il y a certainement des améliorations et des modifications sur lesquelles nous pouvons travailler à l’avenir. L’entreprise la plus évidente est la qualité audio. En utilisant l’entrée audio analogique, nous avons constaté une forte dégradation de notre son provenant de l’UE. C’est quelque chose qui peut être évité en implémentant une interface de récepteur entièrement numérique et en utilisant l’audio I2S que nous avons démontré dans la maquette en sortie, ou en améliorant notre câblage sur toutes les entrées / sorties analogiques.

Cette interface numérique n’est cependant pas sans compromis, car nous avons constaté que notre conception finale était nouvellement compatible avec n’importe quel appareil audio, pas seulement ceux compatibles Bluetooth. Si nous décidons que la compatibilité universelle est suffisamment importante, continuez avec notre conception actuelle, l’amélioration de la qualité audio est une question de soudure et de câblage améliorés sur les entrées et sorties analogiques.

Source: Université de l’Illinois
Auteurs: Je Wheeler | Rishi Ratan | Jerry Sun

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