Разработка цифровой рации с MP3-плеером для водных видов спорта

Заказчик

Стартап, который выходит на рынок электроники с первым продуктом — цифровой рацией со встроенным MP3-плеером для активных видов спорта на воде (серфинга, кайтсерфинга, виндсерфинга).

 

Задача

Заказчик обратился к нам для получения экспертизы в сфере разработки нового устройства. Требования к устройству:

  • Высокая защита от внешних воздействий по стандарту IP67. Минимальный вес и габариты, простое кнопочное управление + аварийная кнопка.
  • Групповая радиосвязь на разрешённых частотах для легальной поставки на рынки Европы, Азии и Америки.
  • Качественная колонка для громкой связи без наушников в условиях шума воды и ветра.
  • MP3-плеер на 4 ГБ и работа без подзарядки 4–5 часов.

Одна из наших задач — разработка схемы электрической и печатной платы с учетом требований по размещению компонентов радиочастотной части устройства (RF) в компактном корпусе без внешней антенны. Мы должны были обеспечить дальность действия устройства, которая была бы сопоставима с аналоговыми рациями в том же форм-факторе.

Вторая задача — разработка ПО для микроконтроллера и приложения на ПК для удобной настройки станции и отправки файлов в MP3-плеер через внешний интерфейс USB.

The second task is software development for the microcontroller and PC applications for easy setting up the walkie

 

Решение

Мы разработали и подготовили к производству спортивную рацию со следующими характеристиками:

  • Защита корпуса от воды: IP67
  • Рация не тонет
  • LCD-дисплей с подсветкой
  • Виброзвонок, режим тишины
  • Мелодии вызова и сообщений
  • Автоматический поиск канала
  • Сигнал подтверждения при завершении разговора
  • Система подавление шумов
  • Отображение уровень заряда аккумулятора
  • Сканер радиоканалов
  • Сканер групп
  • Мощность передатчика 500 мВт
  • Стандарт связи PMR 446 МГц
  • 8 каналов
  • Коды шумоподавления: 38 СTCSS кодов, 83 CDS кода
  • Приват-коды: CTCSS Tone и DCS Code – 121
  • Номера групп: 122
  • Индивидуальный/прямой вызов
  • Групповой вызов
  • Индикация пропущенных вызовов
  • MP3-плеер
  • 4 ГБ встроенной памяти для музыки
  • Bluetooth

1. Концепция

Радиостанция состоит из печатной платы, аккумуляторной батареи, динамика и микрофона, которые устанавливаются в пластиковый корпус. Также внутри корпуса находятся антенны для радиоканала и Bluetooth.

На печатной плате расположены следующие модули:

  • модуль управления на базе микроконтроллера,
  • модуль цифрового приема/передатчика радиочастотного сигнала,
  • модуль управления и обработки аналогового аудио с шумоподавлением,
  • модуль внутренней памяти,
  • модуль внешней беспроводной связи.

Kорпус оборудован кнопками, которые включают разные функции в зависимости от режима работы:

  • PTT — запись и пeредача голосовой информации;
  • «+» / «-» — регулировка звука;
  • «<» /«>» — переключение радиоканалов в режиме радиостанции;
  • «<» /«>» — выбор трека для воспроизведения в режиме MP3-плеера.

2. Аппаратное обеспечение

Аппаратное обеспечение радиостанции построено на базе микроконтроллера STM32(MCU) с ядром ARM Cortex- M4. Связь посредством радиоканала реализована при помощи внешней микросхемы CC1120, подключенной к MCU по SPI. Запись и воспроизведение голоса происходит при помощи внешних микросхем-драйверов на базе микросхем CMX7262 и CS43L22, также связанных с MCU по SPI.

В состав аппарaтного обеспечения входит модуль Bluetooth на СС2564 и микросхема NAND-память емкостью 4 ГБ.

Информация отображается на внешнем ЖК-дисплее (LED).

3. Программное обеспечение

ПО в устройстве передает сжатые голосовые данные по радиоканалу в цифровом формате. Передача данных реализована по фреймам с проверкой целостности данных. Принятые данные раскодируются и преобразуются в аналоговый сигнал при помощи внешних микросхем, которыми управляет высокопроизводительный микроконтроллер STM32.

Бизнес-логика устройства реализует алгоритм перевода рации в режим глубокого сна (с малым энергопотреблением). После нажатия на кнопку устройство выходит из сна и начинает прослушивать слушать эфир (проверяет наличие фреймов с полезными данными). Включается возможность регулировка громкости звука, работает режим передачи/приема, который можно переключить на воспроизведения MP3-файлов из NAND-памяти устройства.

MP3-файлы воспроизводятся путем передачи данных PCM на внешнюю микросхему DAC, подключенную по I2S в режиме прямого доступа памяти.

MP3-файлы кодируются/декодируются при помощи библиотеки драйвера Helix.

Файлы записываются на устройство по USB из приложения, установленного на ПК. В приложении, написанном с помощью библиотеки Qt доступны также настройки всех модулей, входящих в состав устройства.

4. Дизайн и конструкция корпуса

Мы разработали дизайн корпуса, подготовили конструкторскую документацию, изготовили прототипы рации:

 

Результат

Заказчик получил устройство со следующими преимуществами:

  • Водонепроницаемый корпус со степенью защиты IP67: полная защита от пыли и выдерживает погружение в воду на глубину до одного метра в течение 30 минут.
  • Дисплей в торцевой части устройства: спортсмен может наблюдать за индикацией, не снимая рацию с крепления на поясе или на груди.
  • Компактные размеры рации за счет оптимизации компоновки элементов на печатной плате.
  • Внешняя микросхема-вокодер: эффективная компрессия голоса и пониженное энергопотребление.
  • Цифровой сигнал вместо аналогового: лучшая дальность и устойчивость к помехам.
  • Встроенный MP3-плеер c памятью 4 ГБ для музыки.
  • Поддержка Bluetooth для подключения беспроводной гарнитуры

 

Другие кейсы

Расскажите нам о своей задаче!

Вся предоставленная информация останется конфиденциальной.