Egy PLC által vezérelt rendszerbe volt szükséges elkészítenem egy olyan analóg hangkeverő egységet, mely 4 forrás jelét keveri vonali szintű, analóg kimenetre.
Szükség volt egy AUX bemenetre, mely vonali szintű jelet fogad és gyakorlatilag az ott beérkező hangfrekvenciás jelet erősítés nélkül keveri rá a kimenetre.
Újabb csatornán egy aszimmetrikus bemeneten dinamikus mikrofon jelét kellett fogadni, felerősíteni vonali szintű jellé, majd rákeverni a kimeneti csatornára.
A harmadik bemenethez nem tartozott csatlakozó, hiszen ez a jelforrás a panelen került megvalósításra. Egy 1kHz-es hangfrekvenciás jelgenerátort kellett tervezni és építeni.
A negyedik bement pedig egy VS1000 D/A dekódertől érkezett. A chip egy hanglejátszó céláramkör, mely a hozzá kapcsolt külső memóriából képes adott formátumú hangminták lejátszására.
További igény volt, hogy minden bemenet jelét egy 24V-os feszültséggel engedélyezni és tiltani lehessen. Túl nagy rálátásom nem volt arra a rendszerre, amiben ez működni fog, hiszen a megrendeléshez a partner gyakorlatilag nem mellékelt semmilyen műszaki specifikációt, illetve az igénnyel foglalkozó leírás is mindössze kettő sorból állt. Én úgy voltam vele, ha ez az igény, akkor ezt kell elkészíteni, a többi része a dolognak önálló munka.
A vonali jelszint
A vonali hangfrekvenciás jel egy olyan feszültséget jelöl, ami 0,7-2V között gyakorlatilag bármekkora lehet. Sok internetes oldalt felkerestem a témával kapcsolatban és még hangtechnikában jártas ismerőssel is beszéltem, de nem sikerült rábökni egy olyan csúcstól csúcsig feszültségértékre sem, amire azt tudjuk mondani, hogy annyi az abszolút vonali jelszint. Ugyanis az van, hogy ahány megoldás, szabvány, annyiféle feszültség van meghatározva vonali szintnek, illetve az sem mindegy, hogy a hangtechnika mely korszakát vizsgáljuk, más-más értékeket látunk.
Ennek apropóján úgy döntöttem, hogy nem rögzítek minden erősítési értéket fixen, hanem mind a 4 jelforrás jelét a keverés előtt szabályozhatóvá teszem, így tökéletesen be lehet utólag állítani a megfelelő jelszinteket. Ha már beállíthatóság, akkor a hangkeverő egységet is úgy alakítottam ki, hogy alapesetben minimális erősítéssel dolgozzon, ugyanakkor, ha gyengének tűnik a kimeneti jel, akkor legyen lehetőség némi erősítés beállítására.
Csatornaválasztó egyszerűen
A csatornák egymástól független engedélyezéséhez, ill. tiltásához meg kellett oldanom azt, hogy miként tudom 24V DC feszültség hatására bármelyik csatornát leválasztani a keverőegységről. Azért a reléhez mégsem nyúltam hozzá, hiszen az bármennyire is egyszerű és jól működő megoldás lett volna, szakmai szemmel nézve igényesebb a feladatot valamilyen félvezetős megoldással, hogy mégse a relék csattogjanak a panelen. Nagyon sok megoldás van ma már integrált formában is olyan feladatra, ahol analóg jelet kell kapcsolni, kiválasztani és jelek összekapcsolását digitális áramkörök vezérlik. Ilyen céláramkör az analóg kapcsoló, illetve analóg multiplexer. Nem új keletű ez a dolog így 2016-ban, hiszen már nagyon régi eszközökben is fellelhetőek ilyen alkatrészek és megoldások.
Egy ilyen régi és sok helyen alkalmazott alkatrész a széles körben elterjedt CD4066 analóg kapcsoló. Ez egy CMOS áramkör IC, ami 4 analóg kapcsolót tartalmaz. Egy kapcsolóelemnek két kivezetése van, akár egy fizikai kapcsolónak, vagy relé érintkezőnek, illetve a kapcsolóhoz tartozik egy logikai vezérlőláb is, ami logikai feszültséggel működteti a kapcsolót.
Nagyon nem terveztem a témában elmerülni, hiszen rengeteg alkalmazási példát találtam az interneten és úgy gondoltam ezzel a megoldással biztosra lehet menni, ráadásul a 4 csatornát egyetlen tokba integrált áramkörrel tudom egymástól függetlenül kapcsolgatni. Természetesen a tervezés előtt még tesztelésre került egy analóg csatorna kapcsolgatása.
AUX csatorna
Legegyszerűbben kialakított csatorna, a bemeneti jelet egy kapacitáson keresztül mentesítem az esetleges DC feszültségtől, majd bevezetem a CD4066 egyik lábán, onnan továbbviszem egy trimmer potenciométer, ahol beállítható a kívánt jelerősség aztán a jel továbbmegy a hangkeverőbe.
Mikrofon csatorna
Ide már kellett némi tudomány, hiszen méretezni kellett egy megfelelő erősítésű váltakozó feszültségű erősítőfokozatot, ami egy dinamikus mikrofon jelét képes „vonali szintű” jellé erősíteni.
Gyakorlatias módon jártam el, hiszen azért csináltam már ilyet korábban is. Természetesen műveleti erősítőkkel dolgoztam, ebből is a hangtechnikában korábban elterjedt TL072-es típussal. Ez egy teljesen általános műveleti erősítő. Tény, hogy hangtechnikai célokra ma már sokkal jobbak is vannak, viszont ez az alkalmazás nem a high-end kategória, így ez is bőven megteszi.
Jelgenerátor
Ez a jelforrás a modulon került kialakításra. Mivel hangtechnikai a felhasználás jellege, így négyszögjel helyett szinuszt állítottam elő. A jelgenerátort praktikusan az előbb említett műveleti erősítővel építettem meg. Legegyszerűbbnek egy fázistoló visszacsatolást megvalósító oszcillátort tűnt felépíteni, melynek frekvenciára hangolását a visszacsatolás RC tagjainak méretezésével egyszerűen el tudtam érni. Ennek az oszcillátornak a kimenete viszont nem terhelhető túlságosan, hiszen akkor elhangolódna a frekvenciája, „négyszögesedne” a jel alapja, csökkenne a kimeneti jel amplitúdója, így a tokban lévő második erősítőt arra használtam, hogy a jelgenerátor kimenetén megjelenő jelet minimális erősítéssel kívánt szintre hozzam, valamint kiküszöböljem a keverőegység bemeneti impedanciája okozta jeltorzulást.
A szinuszjelet is természetesen egy trimmer potenciométer keresztül vezettem be a keverő újabb bemenetére, így ennek a jelnek a bemeneti szintje is egyszerűen beállítható.
VS1000 csatorna
Igény volt, hogy egy PLC által vezérelt dekóder áramkör kimenete is bekeverésre kerüljön. A megrendelő meghatározta, hogy a VS1000 dekódert szeretné használni, melyet RS232 porton keresztül egy PLC-vel vezérelne. Ez a digitális lejátszó tartalmaz egy flash memóriát, illetve egy SD kártya csatlakozást. A flash memóriába egy célszoftvert szükséges betölteni, a memóriakártyára pedig el kell helyezni a szükséges multimédiás tartalmat. Soros porton keresztül ezt követően már csak néhány jelzést szükséges küldeni az egységnek és az elvégzi a szükséges műveleteket. Ezzel a részével nekem nem kellett foglalkoznom, hiszen a partner végezte már ennek a résznek a beállítását, programozását.
Mivel a rendszer egy csatornával dolgozik és ez a dekóder áramkör pedig sztereó jelet szolgáltat, így a jobb és bal csatornát még közösíteni kellett. A közösítést egy műveleti erősítős keverőfokozattal oldottam meg, hasonlóan a kimeneti keverőhöz, viszont itt ellenállásokkal rögzítettem minden paramétert.
Áramkör tervezés, prototípus teszt és az első példány
Az analóg részek megtervezése során műveleti erősítőkkel kapcsolatos minimális számítások elvégzésére volt szükség, valamint a tápvonalak lehető legjobb zavarvédelmének kialakítása volt a cél a NYÁK megtervezésekor. Az analóg rész 12V egyenfeszültségről működik, melyet a PLC rendszerből becsatolt 24V-ból állítottam elő, egyszerű feszültségstabilizátor IC-vel. Talán alkalmazhattam volna kapcsolóüzemű DC-DC konvertert is, de analóg rendszerben a hagyományos 7812 jobbnak bizonyult, hiszen működéséből adódóan nem termel zajt, valamint a csekély fogyasztás miatt melegedéssel sem kell számolni.
A 12V-ból soros RC szűrőt követően egy újabb stabilizátor IC állít elő 5V-ot a digitális rész számára. A VS1000 áramkör felől egy nagyjából 3kHz-es frekvenciájú impulzusos zavar került a tápvonalra, emiatt volt szükség az előbb említett szűrőre, hiszen enélkül a zavar hallható volt a kimeneti jelben, ráadásul a keverőfokozat erősítésének növelésével a zaj is növekedett. A tápvonal megfelelő szűrésével ezt a problémát sikerült kiküszöbölni.
A digitális részen a VS1000 saját tápellátó áramkörrel rendelkezik, mely a bementi 5V-ból minden szükséges feszültséget előállít magának. A kapcsolás tervezésénél a kereskedelmi forgalomban is beszerezhető VS1000 hangmodul kapcsolási rajzát vettem alapul, illetve az RS232 csatlakozás kialakításához is találtam gyártói ajánlást, így ennek a résznek a tervezésével igazából nem volt probléma.
A NYÁK tervet az alább látható módon sikerült elkészíteni és kivitelezni.
És íme alább, a már valóságos, összeszerelt példány. Mint általában az első verziós elektronikák esetében lenni szokott, itt is akadt némi módosítani való a véglegesítés során, de szerencsére nem komoly átalakítások voltak ezek, illetve sikerült a már legyártott panelen nagy feltűnés nélkül megoldani. Újabb gyártás esetén ezek a hibák már javításra kerülnek.
DSC_0795_1200.JPG
Egy PLC által vezérelt rendszerbe volt szükséges elkészítenem egy olyan analóg hangkeverő egységet, mely 4 forrás jelét keveri vonali szintű, analóg kimenetre.
Szükség volt egy AUX bemenetre, mely vonali szintű jelet fogad és gyakorlatilag az ott beérkező hangfrekvenciás jelet erősítés nélkül keveri rá a kimenetre.
Újabb csatornán egy aszimmetrikus bemeneten dinamikus mikrofon jelét kellett fogadni, felerősíteni vonali szintű jellé, majd rákeverni a kimeneti csatornára.
A harmadik bemenethez nem tartozott csatlakozó, hiszen ez a jelforrás a panelen került megvalósításra. Egy 1kHz-es hangfrekvenciás jelgenerátort kellett tervezni és építeni.
A negyedik bement pedig egy VS1000 D/A dekódertől érkezett. A chip egy hanglejátszó céláramkör, mely a hozzá kapcsolt külső memóriából képes adott formátumú hangminták lejátszására.
További igény volt, hogy minden bemenet jelét egy 24V-os feszültséggel engedélyezni és tiltani lehessen. Túl nagy rálátásom nem volt arra a rendszerre, amiben ez működni fog, hiszen a megrendeléshez a partner gyakorlatilag nem mellékelt semmilyen műszaki specifikációt, illetve az igénnyel foglalkozó leírás is mindössze kettő sorból állt. Én úgy voltam vele, ha ez az igény, akkor ezt kell elkészíteni, a többi része a dolognak önálló munka.
A vonali jelszint
A vonali hangfrekvenciás jel egy olyan feszültséget jelöl, ami 0,7-2V között gyakorlatilag bármekkora lehet. Sok internetes oldalt felkerestem a témával kapcsolatban és még hangtechnikában jártas ismerőssel is beszéltem, de nem sikerült rábökni egy olyan csúcstól csúcsig feszültségértékre sem, amire azt tudjuk mondani, hogy annyi az abszolút vonali jelszint. Ugyanis az van, hogy ahány megoldás, szabvány, annyiféle feszültség van meghatározva vonali szintnek, illetve az sem mindegy, hogy a hangtechnika mely korszakát vizsgáljuk, más-más értékeket látunk.
Ennek apropóján úgy döntöttem, hogy nem rögzítek minden erősítési értéket fixen, hanem mind a 4 jelforrás jelét a keverés előtt szabályozhatóvá teszem, így tökéletesen be lehet utólag állítani a megfelelő jelszinteket. Ha már beállíthatóság, akkor a hangkeverő egységet is úgy alakítottam ki, hogy alapesetben minimális erősítéssel dolgozzon, ugyanakkor, ha gyengének tűnik a kimeneti jel, akkor legyen lehetőség némi erősítés beállítására.
Csatornaválasztó egyszerűen
A csatornák egymástól független engedélyezéséhez, ill. tiltásához meg kellett oldanom azt, hogy miként tudom 24V DC feszültség hatására bármelyik csatornát leválasztani a keverőegységről. Azért a reléhez mégsem nyúltam hozzá, hiszen az bármennyire is egyszerű és jól működő megoldás lett volna, szakmai szemmel nézve igényesebb a feladatot valamilyen félvezetős megoldással, hogy mégse a relék csattogjanak a panelen. Nagyon sok megoldás van ma már integrált formában is olyan feladatra, ahol analóg jelet kell kapcsolni, kiválasztani és jelek összekapcsolását digitális áramkörök vezérlik. Ilyen céláramkör az analóg kapcsoló, illetve analóg multiplexer. Nem új keletű ez a dolog így 2016-ban, hiszen már nagyon régi eszközökben is fellelhetőek ilyen alkatrészek és megoldások.
Egy ilyen régi és sok helyen alkalmazott alkatrész a széles körben elterjedt CD4066 analóg kapcsoló. Ez egy CMOS áramkör IC, ami 4 analóg kapcsolót tartalmaz. Egy kapcsolóelemnek két kivezetése van, akár egy fizikai kapcsolónak, vagy relé érintkezőnek, illetve a kapcsolóhoz tartozik egy logikai vezérlőláb is, ami logikai feszültséggel működteti a kapcsolót.
Nagyon nem terveztem a témában elmerülni, hiszen rengeteg alkalmazási példát találtam az interneten és úgy gondoltam ezzel a megoldással biztosra lehet menni, ráadásul a 4 csatornát egyetlen tokba integrált áramkörrel tudom egymástól függetlenül kapcsolgatni. Természetesen a tervezés előtt még tesztelésre került egy analóg csatorna kapcsolgatása.
AUX csatorna
Legegyszerűbben kialakított csatorna, a bemeneti jelet egy kapacitáson keresztül mentesítem az esetleges DC feszültségtől, majd bevezetem a CD4066 egyik lábán, onnan továbbviszem egy trimmer potenciométer, ahol beállítható a kívánt jelerősség aztán a jel továbbmegy a hangkeverőbe.
Mikrofon csatorna
Ide már kellett némi tudomány, hiszen méretezni kellett egy megfelelő erősítésű váltakozó feszültségű erősítőfokozatot, ami egy dinamikus mikrofon jelét képes „vonali szintű” jellé erősíteni.
Gyakorlatias módon jártam el, hiszen azért csináltam már ilyet korábban is. Természetesen műveleti erősítőkkel dolgoztam, ebből is a hangtechnikában korábban elterjedt TL072-es típussal. Ez egy teljesen általános műveleti erősítő. Tény, hogy hangtechnikai célokra ma már sokkal jobbak is vannak, viszont ez az alkalmazás nem a high-end kategória, így ez is bőven megteszi.
Jelgenerátor
Ez a jelforrás a modulon került kialakításra. Mivel hangtechnikai a felhasználás jellege, így négyszögjel helyett szinuszt állítottam elő. A jelgenerátort praktikusan az előbb említett műveleti erősítővel építettem meg. Legegyszerűbbnek egy fázistoló visszacsatolást megvalósító oszcillátort tűnt felépíteni, melynek frekvenciára hangolását a visszacsatolás RC tagjainak méretezésével egyszerűen el tudtam érni. Ennek az oszcillátornak a kimenete viszont nem terhelhető túlságosan, hiszen akkor elhangolódna a frekvenciája, „négyszögesedne” a jel alapja, csökkenne a kimeneti jel amplitúdója, így a tokban lévő második erősítőt arra használtam, hogy a jelgenerátor kimenetén megjelenő jelet minimális erősítéssel kívánt szintre hozzam, valamint kiküszöböljem a keverőegység bemeneti impedanciája okozta jeltorzulást.
A szinuszjelet is természetesen egy trimmer potenciométer keresztül vezettem be a keverő újabb bemenetére, így ennek a jelnek a bemeneti szintje is egyszerűen beállítható.
VS1000 csatorna
Igény volt, hogy egy PLC által vezérelt dekóder áramkör kimenete is bekeverésre kerüljön. A megrendelő meghatározta, hogy a VS1000 dekódert szeretné használni, melyet RS232 porton keresztül egy PLC-vel vezérelne. Ez a digitális lejátszó tartalmaz egy flash memóriát, illetve egy SD kártya csatlakozást. A flash memóriába egy célszoftvert szükséges betölteni, a memóriakártyára pedig el kell helyezni a szükséges multimédiás tartalmat. Soros porton keresztül ezt követően már csak néhány jelzést szükséges küldeni az egységnek és az elvégzi a szükséges műveleteket. Ezzel a részével nekem nem kellett foglalkoznom, hiszen a partner végezte már ennek a résznek a beállítását, programozását.
Mivel a rendszer egy csatornával dolgozik és ez a dekóder áramkör pedig sztereó jelet szolgáltat, így a jobb és bal csatornát még közösíteni kellett. A közösítést egy műveleti erősítős keverőfokozattal oldottam meg, hasonlóan a kimeneti keverőhöz, viszont itt ellenállásokkal rögzítettem minden paramétert.
Áramkör tervezés, prototípus teszt és az első példány
Az analóg részek megtervezése során műveleti erősítőkkel kapcsolatos minimális számítások elvégzésére volt szükség, valamint a tápvonalak lehető legjobb zavarvédelmének kialakítása volt a cél a NYÁK megtervezésekor. Az analóg rész 12V egyenfeszültségről működik, melyet a PLC rendszerből becsatolt 24V-ból állítottam elő, egyszerű feszültségstabilizátor IC-vel. Talán alkalmazhattam volna kapcsolóüzemű DC-DC konvertert is, de analóg rendszerben a hagyományos 7812 jobbnak bizonyult, hiszen működéséből adódóan nem termel zajt, valamint a csekély fogyasztás miatt melegedéssel sem kell számolni.
A 12V-ból soros RC szűrőt követően egy újabb stabilizátor IC állít elő 5V-ot a digitális rész számára. A VS1000 áramkör felől egy nagyjából 3kHz-es frekvenciájú impulzusos zavar került a tápvonalra, emiatt volt szükség az előbb említett szűrőre, hiszen enélkül a zavar hallható volt a kimeneti jelben, ráadásul a keverőfokozat erősítésének növelésével a zaj is növekedett. A tápvonal megfelelő szűrésével ezt a problémát sikerült kiküszöbölni.
A digitális részen a VS1000 saját tápellátó áramkörrel rendelkezik, mely a bementi 5V-ból minden szükséges feszültséget előállít magának. A kapcsolás tervezésénél a kereskedelmi forgalomban is beszerezhető VS1000 hangmodul kapcsolási rajzát vettem alapul, illetve az RS232 csatlakozás kialakításához is találtam gyártói ajánlást, így ennek a résznek a tervezésével igazából nem volt probléma.
A NYÁK tervet az alább látható módon sikerült elkészíteni és kivitelezni.
És íme alább, a már valóságos, összeszerelt példány. Mint általában az első verziós elektronikák esetében lenni szokott, itt is akadt némi módosítani való a véglegesítés során, de szerencsére nem komoly átalakítások voltak ezek, illetve sikerült a már legyártott panelen nagy feltűnés nélkül megoldani. Újabb gyártás esetén ezek a hibák már javításra kerülnek.