制作 | “会唱会跳”的手办展示盒

时间：02-24来源：作者：点击数：

我非常喜欢网上分享的一些手办，也会感慨这么多可爱、有趣的手办，如果能配上一个特别的展示盒，岂不会更加完美？于是，我决定制作一个手办展示盒，便开始构思展示盒的功能。

项目设计

首先，手办展示盒要能播放音乐，播放音乐的质量不能太差，腔体扬声器成为了我的首选。配置语音模块用来播放音乐文件，并且能够连接计算机，可以更换播放的音乐曲目。再增加一个蓝牙模块连接手机，既可以播放已存储音乐，也可以通过蓝牙播放手机里的音乐。然后我设计一个挥手感应雷达作为播放控制器，通过挥手就可以控制展示盒播放音乐。音乐是可以“跳动”的，我设计了 LED 音乐频谱电路，让灯光随音乐有节奏地跳动起来，以实现手办展示盒的灯光效果。手办展示盒采用 18650锂电池供电，同时配置充电电路和保护电路，再配置一个电池电量检测电路，用来显示电量剩余情况。构思到此，手办展示盒的“声”“光”“电”，全部设计完成。

外壳制作

功能确定后，进入元器件选型和制作环节。展示盒外壳该怎么做呢？开模注塑这种工业化制造，对于我们业余 DIY 爱好者而言，不具备选择条件。自己不能开模，那就挑选已经开模的市场产品，买回来进行二次加工，做出能满足需求的外壳就行。于是，我挑选了一款基本满足外形需求的普通展示盒，如图 1 所示，用电磨和工具刀手动处理，去除内部多余加强筋，经过开孔、挖槽、打磨、拼接，完成了手办展示盒外壳的制作，外壳加工前后如图 2 所示。

图1 普通展示盒

图2 外壳加工前后

电路设计

语音模块、USB Type-C 接口、挥手控制电路如图 3 所示。BY8301 模块支持 MP3、WAV 格式双解码，不需要上位机软件，通过数据线连接计算机，即可自由更新 Flash 内的音频内容。工作电压为3.6~5V，静态电流为 10mA。它支持最大16MB 的 SPI Flash 连接访问，仅需少量外接元器件，即可正常工作。

图 3 语音模块、USB Type-C 接口、挥手控制电路

挥手控制电路使用来自海凌科电子的HLK-LD102 雷达模块，如图 4 所示，该模块中心频率为 10.525GHz，非常方便进行扩展，实现对外围电路的信号控制。雷达输出控制端通过 O 端口，连接限流电阻R10，控制 NPN 型三极管 SS8050（VT4）基极，实现 IO1 端口低电平控制，进而对语音芯片的播放状态实现控制。

图 4 HLK-LD102 雷达模块

功放以及控制、电源、音频输出电路如图 5 所示，LY8006 模块是一个单声道、输出功率为 3.3W 的数字功放（D 类功放）模块，工作电压为 2.5~5.5V。数字功放的优点是效率高、功耗低，几乎不产生热量，所以芯片体积小，不需要额外设计散热电路，因此非常适合本次制作的设计需求。LY8006 模块 1 号引脚为关机控制引脚，低电平时进入关机状态，关机电流仅 2μA。考虑到软关机也能将功耗控制在微安级别，所以设计电路时，将该模块直接连电源，由 3 个电平信号来控制，实现功放电路开关。二极管 VD5 和 VD6 单向导通，有效防止 VOUT1 和 VOUT2 之间电压相互串扰，电阻 R29 和 R30 组成串联分压电路，为引脚 1 提供参考电压。VOUT1 和 VOUT2 通过开关 SW3 连接到电源 VCC，DOWN 则通过 3.5mm耳机插座 CN2 接地。当开关在 VCC 挡位，未插入耳机时，VOUT1、VOUT2 和DOWN 引脚都处于悬空状态，LY8006模块引脚 1 的电位通过电阻 R30 被拉低，模块处于关机状态。当开关拨到 VOUT1或 VOUT2 档位时，VCC 处电流从 VD5或 VD6 二极管经过 R29 和 R30 到地形成回路，串联电阻间形成分压，1 号引脚被拉至高电平，LY8600 模块开始工作，驱动扬声器播放音乐。如果此时有耳机插头插入，DOWN 引脚将会接地（AGND1），则 1 号引脚的电平将再次被拉低，模块停止工作，功放外音关闭，音频信号由耳机孔输出。

图 5 功放以及控制、电源、音频输出电路

蓝牙接收模块如图 6 所示，蓝牙为5.0 版本，双声道输出。标称电源电压为4.2~5V，将防电源反接的二极管更换为0Ω 电阻后（图 6 中红圈处），工作电压降为 3.4~4.2V。

图 6 蓝牙接收模块

电路调试期间，我遇到了信号干扰问题，当使用蓝牙模块作为音源，让扬声器播放音乐时，会出现“嘀嘀”的杂音，查阅相关文档，经过多次测试终于找到杂音来源，原来是蓝牙模块的地线同时作为电源接地和音频接地，导致产生电流噪声，于是我修改了电路，在蓝牙接地（AGND1）和功放接地（AGND）之间，新增一个0Ω 电阻，杂音问题得到了解决。

锂电池电量显示电路使用 LM3914N模块，它可以检测模拟电压电平，并驱动 10 个 LED，提供线性模拟显示。锂电池电量显示电路如图 7 所示，SW1 被按下后，BATON 引脚接地，电量检测系统开始工作。通过电阻 R15 和 R16 串联分压，将 VCC 的分压值送入信号输入引脚，以此获取电池电压变化。电阻 R18 和芯片内部的 10 个串联电阻并联后，再和电阻 R17 组成第二个串联分压电路。设置好 2 个分压电路的电压值，即可实现对电池电量的可视化显示。电阻 R19~R28 为LED 的限流电阻，因为使用到了不同颜色的 LED，所以阻值不同。

图 7 锂电池电量显示电路

电源切换电路如图 8 所示，当没有外部电源供电时，使用锂电池给系统供电，当接入外接电源时，则切断锂电池供电，使用外接电源对系统供电。通过一个PMOS 管 VT2、一个二极管 VD1，以及一个下拉电阻 R5 即可实现。当锂电池供电时，PMOS 管栅极电压被电阻 R5 拉至低电平，PMOS 管导通，VBAT 给 VCC供电，同时，因为二极管 VD1 单向导通，所以 VCC电压不会反灌到 PMOS管栅极。当有外接电源接入时，5V 端获得电压，使PMOS 管栅极拉至高电平，PMOS 管截止，锂电池停止给系统供电，5V 电压通过二极管 VD1 给 VCC 供电。

图 8 电源切换电路

LED 音乐频谱电路如图 9 所示，音频信号由 IN 引脚通过 R1 送入运算放大器中，经由运算放大器实现音频信号的放大和阻抗分离。放大后的音频信号被送入 4 路有源带通滤波器，通过设置带通滤波电路中电阻和电容，即可实现特定频段信号的筛选，将通过筛选的信号送入 LM3915 模块，该模块将模拟电压量转换为数字量，驱动10 个 LED 点亮或熄灭，从而实现特定频段下，LED 随节奏闪烁的效果。

图 9 LED 音乐频谱电路

组装和焊接

将元器件焊接在电路板上，然后将准备好的腔体扬声器、锂电池等与电路板安装在一起，安装完成的模块如图 10 所示。

图 10 安装完成的模块

焊接也是一个需要经验的工作，下面分享一下 BY8301 模块焊接步骤。

1. 定位。

2. 对角定位。

3. 焊接。

4. 对边焊接。

5.电烙铁头除锡。

6.涂焊油。

7.拖锡。

8.焊接完成。

LED 音乐频谱控制板上需要焊接的LED 比较多，这次改用热风枪吹锡浆的焊接方式来大面积焊接（见图 11），将温度调到 210℃，即可以熔化锡，也不会因为高温将元器件吹坏。加热过程中，先远距离加热，待元器件固定后，再近距离熔锡。锡浆是由锡珠和助焊剂等辅料混合而成的，具有一定的流动性，这样操作，元器件不容易被吹飞，如果直接近距离吹，元器件很容易随着锡浆滑动被吹飞。