Lettore MP3 e Radio FM con caricabatteria per due 18650 in serie

Sappiamo bene che in commercio si trovano casse acustiche con lettori MP3 e Bluetooth di tutti i tipi e tutte le forme, a tenuta stagna, subacquee e con varie potenze, ma soprattutto a prezzi bassissimi, tanto da scoraggiare l’autocostruzione; però sappiamo anche che la soddisfazione di creare qualcosa da sè non ha prezzo.

Il progetto che vi proponiamo in questo post non nasce per entrare in competizione con i numerosi prodotti commerciali, ma piuttosto per fornire uno spunto allo sperimentatore elettronico… al maker, come si dice oggi, spinto dalla passione di inventare e realizzare dispositivi con le proprie mani.

Il pubblico degli appassionati di elettronica non ama molto comprare qualcosa di già fatto che si alimenta e funziona senza poterci mettere le mani, ma spesso preferisce spendere qualcosa di più per realizzare un dispositivo in autonomia ed avere la soddisfazione di dire “l’ho fatto io e funziona”, piuttosto che avere la cosiddetta “pappa pronta”. Ecco, abbiamo deciso di realizzare il lettore MP3 descritto in questo articolo per questo tipo di pubblico.

Il dispositivo è facilmente realizzabile perché nel progettarlo abbiamo scelto componenti e moduli con funzioni specifiche come amplificatori, riproduttori MP3 ecc., tutti reperibili nello shop di questo sito. Tutti già montati e collaudati (tranne il circuito del caricabatterie che descriveremo tra breve): basta solo interconnetterli come spiegato nelle prossime pagine.

Il cuore del progetto

La base di partenza è il modulo riproduttore di file audio costituito da un lettore MP3 con radio FM integrata, interfaccia wireless Bluetooth e telecomando; questo prodotto, dotato dell’apposito frontalino, già da solo provvede a produrre il segnale audio che va amplificato e che potrebbe essere, ad esempio, inviato all’ingresso AUX di un impianto hi-fi car o della comune autoradio.

Per consentire l’ascolto in altoparlante abbiamo complementato il modulo con un amplificatore stereo da 10 watt e due altoparlanti da 3 watt; il tutto è alimentato a 12 Vcc (tramite alimentatore da rete o batteria tipo auto) o mediante 2 batterie ricaricabili al litio da 3,7 volt collegate in serie.

Ricorrendo alla stampa 3D, abbiamo inoltre realizzato un case (160x110x61 mm) per il nostro lettore MP3: anche questa volta abbiamo utilizzato Google Sketchup per progettarlo e una stampante 3D per costruirlo. Il contenitore è composto da tre parti: un blocco centrale, un pannello frontale ed uno posteriore.

Il lettore MP3 con radio

Tutto il progetto è basato sul modulo riproduttore (MP3FMBT) integrato, che per quanto riguarda la decodifica dei file audio è in grado di leggere i formati MP3, WMA e WAV (file audio di Microsoft Windows); questo modulo si presenta come un circuito elettronico fornito con tanto di frontalino dal quale si accede ai pulsanti di comando, nonché al connettore per le Pen Drive USB e allo slot per micro SD-Card. Sul frontalino si trova anche il display che costituisce, insieme ai pulsanti, l’interfaccia utente.

Il lettore MP3 con radio FM è dotato di un radioricevitore supereterodina con sintonia digitale che copre tutta la gamma della radiodiffusione a modulazione di frequenza, da 87,5 a 108 MHz. I canali sintonizzati vengono visualizzati sul display del frontalino. Oltre a ciò, il modulo incorpora un’interfaccia Bluetooth per riprodurre i file audio provenienti da smartphone (o altra fonte dotata di link Bluetooth) senza collegamenti, di una porta USB Host, uno slot per SD card (FAT16 e FAT32), un ingresso BF AUX (cui collegare, ad esempio, un lettore esterno o altra fonte audio esterna) su frontalino più un ingresso audio stereo da connettore su scheda e un’uscita di linea stereo (da amplificare).
Nel modulo MP3 è integrato un ricevitore infrarossi per il telecomando palmare in dotazione; il telecomando è utile nelle applicazioni casalinghe, mentre per impieghi in mobilità (per auto o da portare con sè nel cestino di una bicicletta o in un pic-nic) si possono utilizzare i tasti di accesso rapido posti sul pannello frontale.
Sul frontalino troviamo i pulsanti di controllo (Play, Pausa, Volume + e -, avanti, indietro, mute, ecc.) del modulo, che insieme al display costituiscono l’interfaccia utente.
Il modulo MP3 richiede una tensione di alimentazione di valore compreso tra 5 e 12 Vcc.

La Fig. 1 illustra il modulo e le sezioni in cui è suddiviso il suo pannello frontale.

L’amplificatore e gli altoparlanti del lettore MP3 con radio

Siccome le uscite audio del lettore MP3 non sono amplificate, per ascoltare il suono in altoparlante abbiamo bisogno di un amplificatore di potenza; visto che utilizzeremo due altoparlanti da 3 watt su 8 ohm, sarebbe consigliabile un amplificatore di pari potenza come ad esempio il micro amplificatore in classe D 3+3 watt codice PAM8403POT.

Il problema è che questo amplificatore deve essere alimentato con 5 volt, mentre la nostra sorgente di alimentazione è di 7,4 volt con batterie ricaricabili e 9-12 volt con alimentazione esterna. La soluzione sarebbe utilizzare un regolatore di tensione o un convertitore DC/DC step-down per adattare la tensione di ingresso ai 5 volt di alimentazione dell’amplificatore.

Per semplificare il circuito abbiamo invece pensato di cambiare amplificatore optando per il modulo PAM8610, che è un finale in classe D capace di erogare 2×10 watt su 8 ohm, con un consumo a riposo di circa 20 mA, un’efficienza del 90% e una risposta in frequenza da 20 Hz a 50 kHz. Può essere alimentato con una tensione compresa tra 7,5 e 15 Vcc (quella consigliata 12 Vcc).

Il circuito è dotato di potenziometro per la regolazione del volume, due jumper (uno per il Mute e l’altro per l’interruttore di accensione), oltre che di morsettiere per gli altoparlanti e jack stereo per l’ingresso.

L’ascolto è affidato a due altoparlanti a larga banda da 3 W e 8 ohm, di forma ovale, nati per i TV LCD.
La risposta in frequenza di questi piccoli altoparlanti è compresa tra 200 e 10.000 Hz, con una sensibilità di 86dB (1W/0,5m). Visto che l’amplificatore può erogare una potenza più elevata di quella sopportabile dagli altoparlanti, dovrete impostare il livello del volume tramite gli appositi pulsanti del lettore (VOL+ e VOL-) oppure non portare al massimo il volume dell’amplificatore.

La Fig. 2 mostra l’amplificatore BF e le sue connessioni.

L’alimentazione e il caricabatteria

Il sistema funziona con due batterie al litio in serie, che vengono ricaricate, quando è applicata l’alimentazione esterna (tramite un alimentatore da 12 Vcc) attraverso il regolatore di cui vedete lo schema elettrico in queste pagine, che provvede anche a gestire l’alimentazione.

La sezione caricabatteria fa capo all’integrato MCP73844-840I/MS della Microchip, capace di ricaricare due elementi da 3,7V in serie; il circuito dispone di un interruttore per attivare/disattivare la tensione di uscita per il carico, un LED di stato di carica degli accumulatori (LD1, collegato al pin STAT dell’U1), connettore di ingresso alimentazione (+/- PWR) da 9 a 12 Vcc e connettore per le batterie agli ioni di litio da 3,7 volt (BAT).

I pin di ingresso/uscita alimentazione e batteria, sono disponibili anche attraverso un connettore strip a 6 contatti. La realizzazione della scheda richiede la preparazione del relativo circuito stampato, del quale potete scaricare il gerber in fondo all’articolo.

I componenti da montare sono SMD, quindi è richiesto un minimo di manualità, nonché l’utilizzo di un saldatore a punta fine, di filo in lega di stagno da 0,5 mm di diametro e del flussante, da spalmare sulle piazzole prima di applicare i componenti (con una pinzetta) e saldarli. Una lente d’ingrandimento vi aiuterà a verificare che i componenti siano tutti al loro posto e che non vi siano baffi di stagno a creare cortoircuito.

Elenco componenti e piano di montaggio del caricabatterie per due elementi in serie da 3,7V Li-Ion/LiPo

C1, C4: 100 nF ceramico (0805)
C2, C3: 10 μF 16 VL tantalio ©
R1: 100 kohm (0805)
R2: 330 mohm 1/2W (2010)
Q1: FDS4435BZ
U1: MCP73844-840I/MS
LD1: LED rosso (0805)
SW1: Deviatore slitta 2 vie
Varie:
- JST 2 vie passo 1,25mm da CS (3 pz.)
- JST 2 vie passo 1,25mm volante (3 pz.)
- Strip maschio 6 vie 90°
- Circuito stampato S1354 (22x35 mm)

Il contenitore del lettore MP3 con radio FM stampato 3D

Come accennato in precedenza il contenitore è stato progettato con Google Sketchup, abbiamo optato per questa soluzione perché volevamo realizzarlo secondo le nostre specifiche, anziché adattare il nostro progetto a contenitori esistenti. È costituito da un corpo centrale con le griglie per i due altoparlanti, foro per l’interruttore on/off e quattro fori per le viti di fissaggio dei due pannelli.

Il pannello frontale dispone di una cava per l’inserimento del lettore MP3 e un foro nel quale sarà inserito il potenziometro del mini amplificatore, che si fisserà tramite il dado del potenziometro e sul quale sarà inserita la manopola nera per la regolazione del volume. Il pannello posteriore dispone di tre fori: uno per l’inserimento del plug DC per la sorgente di alimentazione esterna e ricarica delle batterie, uno per la presa jack stereo da 3,5 mm per l’ingresso audio e uno per il filo dell’antenna per la radio FM. Per quanto riguarda l’antenna, abbiamo optato per uno spezzone di filo lungo 75 cm, che comunque va benissimo per la ricezione di moltissime stazioni radio. Volendo è possibile utilizzare un’antenna telescopica specifica per radio FM.

Sul frontale del contenitore si applicano il lettore MP3 e la manopola del volume, mentre sul retro abbiamo l’uscita BF e il jack di alimentazione.

L’assemblaggio del lettore MP3 con radio FM

Una volta stampato il corpo del nostro lettore MP3 e i due pannelli (anteriore e posteriore) possiamo iniziare a montare le varie parti nel seguente ordine.

Prendiamo l’interruttore tondo da pannello e saldiamo due fili (consigliati rossi) lunghi quanto basta, adesso inseriamo l’interruttore nel foro centrale del corpo del lettore, dovrebbe potersi incastrare senza particolari problemi. Prendiamo i due altoparlanti da 8 ohm e saldiamo due fili (meglio se di colore differente per + e -, oppure utilizzate un cavetto schermato), inseriamo dall’interno del corpo del lettore gli altoparlanti, inseriamo le quattro viti per fissarli e i dadi.

Adesso prendiamo il pannello frontale, inseriamo nella cava rettangolare il lettore MP3 e fissiamolo con due viti e dadi. Nel foro a fianco inseriamo il potenziometro del nostro amplificatore 2×10 watt, questo dovrà essere inserito con la faccia dei componenti verso il basso, ovvero il fondo del corpo stampato in 3D del lettore, avvitiamolo al pannello con il suo dado, adesso prendiamo la manopola per potenziometro e inseriamola verificando che il potenziometro sia girato a sinistra, in modo tale che il punto bianco sulla manopola sia posizionato quasi tutto in basso a sinistra, così facendo quando ruoteremo la manopola a destra il volume si alzerà.

Passiamo al pannello posteriore: prendiamo il portapile e inseriamolo nella sede, inseriamo una vite e facciamola passare attraverso il foro della scheda del caricabatteria (con il lato componenti verso il basso come visibile nelle foto del prototipo) e poi avvitiamo un dado per bloccare il tutto. Chi non vuole utilizzare le batterie ricaricabili può saltare questo passaggio. Prendiamo poi la presa DC da pannello e inseriamola, nel foro più grande e avvitiamo il dado; facciamo lo stesso con la presa jack audio 3,5 mm. A questo punto possiamo effettuare i collegamenti come mostrato nella figura seguente.
Una volta cablato l’insieme, possiamo dare tensione e verificare che tutto funzioni correttamente.