DAB+ Oldtimer-Autoradio

• Einleitung
• Konzept und Aufbau des DAB+ Oldtimerradios
• Arduino DUE und Display (Platine oben)
• Tuner, Audiokomponenten und Stromversorgung (Platine unten)
• Versuchsaufbau und Test des Tuners

Einleitung

In diesem Projekt wurde der Gedanke wieder aufgegriffen, ein altes Autoradio mit neuer Technik auszustatten. Solche Radios im Retro-Design kann man käuflich erwerben, jedoch entspricht das Aussehen nicht den Originalgeräten aus der Zeit und sie sind damit sofort als moderne Nachbauten erkennbar. Oberstes Ziel war also der Erhalt des originalen Gehäuses und der Bedienelemente.

Bei früheren Projekten wurden zunächst einige Oldtimer-Autoradios der Marke Blaupunkt Frankfurt Rallye Stereo mit Bluetooth ausgerüstet. Diese Geräte sind in meinen Oldtimern seit Jahren erfolgreich im Einsatz.

Da in absehbarer Zeit der UKW-Bereich nicht mehr verfügbar ist, wurde in einem weiteren Projekt sie Technik eines modernen DAB+ Radios in das alte Gehäuse eines Blaupunkt Frankfurt eingebaut. Die Bedienung konnte komplett auf die alten Drehknöpfe umgestellt werden, das LCD-Display wurde hinter der originalen Skala „versteckt“. Die Funktion des gesamten Systems war somit gegeben, lediglich das Display ließ zu wünschen übrig.

Im vorliegenden Projekt sollte nun dieser Nachteil ausgeglichen werden und weitere Optionen eingebaut werden. Hieraus ergab sich folgende Aufgabenstellung:

• Verwendung eines alten Gehäuses mit den originalen Bedienelementen
• Einsatz eines DAB+/UKW-Tuners
• Steuerung des Tuners über einen Arduino Microcontroller
• Individuell gestaltbares TFT-Display als Skala
• Bluetooth Modul zum Freisprechen und zur Audio-Übertragung
• MP3-Modul als interner Musikspeicher
• Stereo-Endverstärker

Konzept und Aufbau des DAB+ Oldtimerradios

Wie sich aus der Aufgabenstellung erkennen lässt, ergeben sich zwei Schwerpunkte für die Realisierung des Projektes, einmal die Anzeige über TFT-Display und zum anderen der DAB+ Tuner. Für beides wurde auf einen Microcontroller (Arduino DUE) zurückgegriffen, der sowohl für die Ansteuerung des Displays wie auch des Tuners erforderlich war. Die übrigen Audio-Komponenten sind Stand der Technik und mussten „nur“ entsprechend eingebunden werden.

Aus dem Zusammenspiel aller Komponenten sowie aus den geometrischen Gegebenheiten des alten Autoradiogehäuses ergab sich ein sinnvoller Aufbau zwei Platinen, die übereinander angeordnet wurden:

Platine 1 (oben)

Auf dieser oberen Platine wurde der Arduino DUE zusammen mit dem Display untergebracht. Hierbei handelt es sich bei der Platine für das Display um eine separate Platine, die im rechten Winkel mit der Trägerplatine des Arduino verlötet wurde und somit mit dieser eine Einheit darstellte.

Platine 2 (unten)

Die zweite Platine ist auf dem Boden des Radiogehäuses positioniert und bildet die Basisplatine für die Aufnahme der drei Audio-Signalquellen (Tuner, Bluetooth-Modul und MP3-Player) sowie Endverstärker und die erforderliche Stromversorgung.

Beide Platinen werden über Steckverbindungen miteinander elektrisch gekoppelt und durch Schraubverbindungen gesichert.

Arduino DUE und Display (Platine oben)

Arduino Due

Für den vorliegenden Anwendungsfall war ein Microcontroller mit ausreichender Anzahl von Ein- und Ausgängen erforderlich. Somit kamen aus der Arduino-Serie nur der MEGA oder der DUE infrage. Beide sind vom Aufbau, d.h. Abmessungen und Anordnung der Pins, identisch. Die Wahl fiel letztlich auf den DUE, da er den leistungsfähigeren Prozessor enthält und die Betriebsspannung von 3,3 Volt den Erfordernissen der TFT-Displays entspricht.

Gegenüber dem MEGA ist beim DUE zu beachten, dass er kein EEPROM enthält. Da für das Projekt jedoch eine permanente Speicherfunktion erforderlich ist, wurde dieser Mangel durch einen zusätzlichen FRAM-Speicher ausgeglichen. Weiter ist zu beachten, dass manche Exemplare bei Anlegen der Betriebsspannung nicht automatisch starten, es ist erst ein Betätigen des RESET-Tasters erforderlich! Durch einen 10 uF Kondensator zwischen dem RESET-Eingang und Masse konnte jedoch der Autostart hergestellt werden.

TFT-Display

Wie oben erwähnt war eine möglichst originalgetreue Ansicht der Skala mit optionaler Anzeige der Betriebsmodi bisher problematisch und sollte hier optimiert werden. Das folgende Bild zeigt eine Original-Skala mit den entsprechenden Abmessungen.

Die Lösung sollte in einem gleichgroßen TFT-Display bestehen. Dies war trotz intensiver Such jedoch nicht zu finden, daher wurde auf 5 kleine Displays zurückgegriffen (0,85 Zoll IPS TFT LCD-Module mit SPI Interface GC9107 Display-Treiber)

Als Standardanzeige konnte mit diesen Displays die Original-Skala des Autoradios abgebildet werden:

Als Nachteil erscheinen natürlich die senkrechten sichtbaren Trennkannten zwischen den Displays. Da jedoch auch eine temporäre Anzeige der Betriebsmodi erfolgen soll, stellen die einzelnen Displays einen Vorteil dar, da diese gezielt angesteuert werden können.

Zwischen Arduino und den Displays wurde ein Multiplexer 74HC4051 geschaltet. Dies bietet den Vorteil, dass die TFT-Bibliothek nur einmal verwendet werden muss, da über den Multiplexer das CS-Signal gezielt auf die einzelnen Displays geleitet werden kann. Andererseits können für einen schnellen Bootvorgang über einen Bypass alle Displays gemeinsam angesprochen werden.

Schaltplan der oberen Platine

Der Schaltplan zeigt den Arduino DUE mit der Ansteuerung der Displays über den Multiplexer sowie den Anschluss des FRAM-Speichers. Ebenso sind die Stiftleisten für die Verbindung zur unteren Platine ersichtlich.

Tuner, Audiokomponenten und Stromversorgung (Platine unten)

Tuner

Auf der Suche nach einem Arduino-kompatiblen Tuner bin ich auf die Fa. EXCITRON in Belgien gestoßen. Hier wurde ein Tuner zusammen mit einem Shield für den Arduino Uno angeboten. Ein Beispiel-Sketch für den Arduino Uno wurde ebenfalls zur Verfügung gestellt.

Als Tuner wurde der T4A von Keystone Semiconductor gewählt. Er kann DAB+/DAB und UKW empfangen. Es handelt sich um ein Slave-Modul, was bedeutet, dass Befehle an den Tuner gesendet werden müssen. Dies kann mit einem Arduino UNO oder anderen µControllern erfolgen. Diese Kommunikation erfolgt über UART oder I2C. Audio wird über LINE-OUT-Ausgänge bereitgestellt. Der Tuner arbeitet mit 3,3 V und 1,2 V.

Uno Interface

Für den Arduino UNO wurde eine Platine entwickelt, auf der die Teile bereitgestellt werden, um den Tuner mit den richtigen Spannungen zu versorgen, und dies zum richtigen Zeitpunkt (eine Spannung muss früher als die andere auftreten). Diese Schnittstelle ist bereits verlötet und mit allen notwendigen Headern und Anschlüssen ausgestattet. Die Schnittstellenplatine kann in den Arduino UNO gesteckt werden. Diese Platine wird als komplettes Set zusammen mit Tuner verkauft..

Antenne

Der Anschluss der Antenne erfolgt unmittelbar an den Tuner über ein Koaxialkabel mit einer Impedanz von 50 . Es sind 3 verschiedene Arten von Antennen möglich:

• Teleskopantenne mit einer Gesamtlänge von 510-750 mm. Für das beste Ergebnis wird eine Länge von 750 mm empfohlen.
• Wurf-Antenne mit einer Gesamtlänge von 1200-1600 mm. 1274 mm (Mitte des DAB-Bands III) wird empfohlen. Die typische FM-Länge von 1500 mm ist OK.
• Antennendipol mit den Abmessungen L: 1500 mm und D = 300 mm

Versuchsaufbau und Test des Tuners

Mit wenigen externen Komponenten (4 × 40 LCD und 4 Tastern) sowie dem Arduino UNO Board mit dem Tuner lässt sich zu Testzwecken folgender Versuch aufbauen.

Die Baudrate muss auf 115200 eingestellt werden und die Tasten wie folgt verbunden werden:

ONOFF auf Pin 3, MODUS auf Pin 8, ENTER auf Pin 9, UNTEN auf Pin 10

Die mitgelieferte Software bezieht sich auf diesen Versuchsaufbau.

Mit Betätigung der MODUS-Taste wird der nächste Modus zur Auswahl eingestellt und in der zweiten Zeile mit einem M dargestellt. Nach dem M wird der Code für die verschiedenen Modi angezeigt. Der Modus ist nach Betätigung der ENTER-Taste aktiv:

• T = TUNE Auswahl eines anderen Senders
• V = VOLUME Änderung der Lautstärke
• E = EQUALIZER Auswählen verschiedener Sounds
• D = DAB oder UKW
• S = SEARCH Suche nach DAB-Sendern oder UKW-Sendern. Im DAB-Modus wird der komplette Frequenzbereich gescannt. Im FM-Modus wird bis zum nächsten Sender gesucht.
• P = PRUNE beschneidet die Senderlisten und entfernt ungültige Sender
• M = Speicher voreingestellt
• G = Voreinstellung abrufen

Bluetooth Modul

Für die drahtlose Übertragung von Musik sowie für die Freisprechfunktion des Telefons kommt das Mini CSR8645 APTx Hifi Bluetooth 4,0 Modul zum Einsatz.

Wenn die Verbindung zum Handy einmal eingerichtet wurde, verbindet sich das Modul bei Anlegen der Betriebsspannung automatisch mit dem in Reichweite befindlichen Telefon. Über entsprechende Tasten können die Wiedergabefunktionen des Handys gesteuert werden.

Technische Daten:

• Bluetooth Version: 4.0
• Betriebsspannung: 3,3 V
• Arbeitsstrom: <=30mA
• Stand-by-Strom: <50uA
• Drahtlose Reichweite: <= 10 m
• Frequenzbereich: 2,4 GHZ ~ 2.480 GHZ

MP3 Audio Modul

Als weitere Audio-Quelle soll ein MP3-Player eingeplant werden. Hierzu werden zahlreiche Module kostengünstig angeboten, die sich jedoch in Ausstattung und Qualität unterscheiden. Für mein Projekt waren folgende Merkmale entscheidend:

• Geringe Abmessungen
• Automatische Wiedergabe
• Leichte Bedienung über Tasten

Nach Vorversuchen mit verschiedenen Modellen habe ich mich für das folgende MP3 Audio Modul entschieden, welches mit SD-Karten Slot und USB-Port ausgestattet ist. Leider lagen die Abmessungen mit 45 x 36 mm über dem Limit, da jedoch der Endverstärker, die Klinkenbuchse und die Tasten auf der Platine überflüssig waren, konnte ein erheblicher Teil der Platine abgetrennt werden und somit die Maße auf 30 x 36 mm reduziert werden. Mit dem MP3 Audio Modul können MP3-Dateien per USB-Stick (bis 32 GB) oder Micro-SD-Karte (bis 16 GB) wiedergegeben werden.

Technische Daten:

• USB-Port und Micro-SD-Slot
• Bedienung über 4 Tasten
• On-Board 2 W Monoverstärker
• 3,5 mm Kopfhörerbuchse
• Spannungsversorgung 3,7 V – 5,5 V
• Hauptchip GPD2856C
• Abmessungen 45 mm x 36 mm

Die Wiedergabe der MP3-Dateien erfolgt automatisch beim Anlegen der Betriebsspannung. Beim Abspielen blinkt die rote LED. Hierbei hat die Micro-SD-Karte Vorrang, wenn diese nicht vorhanden ist, werden automatisch die Dateien des USB-Sticks wiedergegeben. Wenn beide Karten vorhanden sind, kann manuell das Quellgerät ausgewählt werden.

Die Bedienung erfolgt über 4 Tasten, die kurz oder lang (ca. 2 Sekunden) betätigt werden.

Audio-Signalquellenumschaltung

Die Umschaltung der drei Signalquellen sollte durch Tastendruck hintereinander erfolgen. Beim Einschalten des Systems sollte immer zunächst der Tuner aktiv sein, beim ersten Betätigen der Taste die Bluetooth-Verbindung, beim zweiten Betätigen der Taste der MP3-Player und anschließend wieder der Tuner. Dieser Vorgang wurde durch eine elektronische Schaltung mit 3 IC`s realisiert:

Zunächst kommt der Dekaden Zähler CD4017 zum Einsatz. Der 4017 hat 10 Ausgänge. Es ist immer nur ein Ausgang 0 / Low, alle anderen sind 1 / High. Bei einer steigenden Flanke (Takt von Low nach High) am Eingang Pin 14 wird auf den jeweils nächsten Ausgang weiter geschaltet, bis alle 10 durch sind. Der Enable -Eingang (ENA) muss dabei auf Low sein, sonst wird kein Takt durchgelassen. Wird der Reset-Eingang (RST) auf High gelegt, wird der erste Ausgang Low, alle anderen High, d.h. der Zähler startet wieder am Ausgangspunkt. Wird der Reset- Eingang an einen Ausgang angeschlossen, wird nicht bis zehn hochgezählt sondern der Zählvorgang wird an der gewünschten Stelle abgebrochen und neu gestartet. Da im vorliegenden Fall nur 3 Zählvorgänge erforderlich sind, wird der Reset- Eingang also mit Pin 7 (Out3) verbunden.

Die 3 Ausgänge des CD 4017 werden nun auf die Eingänge zwei bilateraler Schalter CD 4066 geführt. In jedem IC befinden sich insgesamt 4 Analogschalter, die komplett voneinander unabhängig arbeiten. Für jede Signalquelle sind bei Stereobetrieb zwei Analogschalter erforderlich, es müssen also 2 ICs zum Einsatz kommen, wobei beim zweiten IC nur zwei Analogschalter Verwendung finden.

Die Schaltung der kompletten Signalquellenumschaltung wird aus dem später aufgeführten Gesamtschaltplan der Audio-Platine ersichtlich.

Endverstärker

Als Endverstärker wurde ein Bluetooth Verstärker Platinen Modul gewählt. Dieser Verstärker kann mit 5 - 27 Volt betrieben werden und leistet maximal 2 x 50 Watt. Bei 12 V Bordspannung im Auto beträgt die Leistung 2 x 20 Watt. Leider konnte das integrierte Bluetooth-Modul nicht genutzt werden, da keine Umschaltmöglichkeit zwischen Bluetooth-Betrieb und dem vorhandenen Audio-Eingang gegeben war. Daher wurde die komplette Eingangsstufe abgetrennt und die Signalquellenumschaltung wie oben beschrieben realisiert.

Schaltplan der unteren Platine

Der Schaltplan zeigt die Audio-Komponenten (Tuner, Bluetooth-Modul, MP3-Modul und den Endverstärker) sowie die Signalquellenumschaltung und die Spannungsversorgungen. Ebenso sind die Stiftleisten für die Verbindung zur unteren Platine ersichtlich.

Ansicht und Bedienung des fertigen Gerätes

Im folgenden Bild wird das fertige Gerät mit den Bedienungselementen gezeigt.