HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Program for elektro-og datateknikk 7004 TRONDHEIM Forprosjekt Oppgavens tittel: USB Trådløse hodetelefoner. Project title: USB wireless headphones. Andreas Havnes tlf: 99461555, andreas.havnes@gmail.com Dagfinn Reiakvam tlf: 95992555, dagfinn@reiakvam.no Magnus Tinjar tlf: 98826323, mtinjar@gmail.com Dato: 26.01.05 Antall sider/bilag: 10 sider, 1 bilag Veileder: Stein Øvstedal tlf: 73559615 email: stein.ovstedal@hist.no Institutt/studieretning: HiST program for elektro- og datateknikk Studieretning: Teleteknikk og Elektronikk Oppdragsgiver: Nordic Semiconductors Vestre Rosten 81 7075 Tiller Prosjektnummer: 48 Kontaktperson hos oppdragsgiver: Kenneth Megård tlf: 72898900 email: kenneth.megard@nordicsemi.com Fritt tilgjengelig x Tilgjengelig etter avtale med oppdragsgiver Rapporten frigitt etter
Sammendrag Denne rapporten omhandler et forprosjekt som er utarbeidet for en hovedprosjektoppgave gitt av Nordic Semiconductors. Oppgaven går ut på å lage trådløse hodetelfoner basert på nrf24z1 chipen utviklet av Nordic Semiconductors. I rapporten er det definert en teknisk del som inneholder all teknisk informasjon. Det er bestemt prosjektmål og delmål. Det er også utarbeidet en tidsplan i form av et Gant-diagram som viser alle aktivitetene i løpet av prosjektet og en kostnadsplan. Vi har og plassert inn en foreløpig prinsippskisse av systemet.
INNHOLDSFORTEGNELSE: 1. INNLEDNING 4 1.1 Bakgrunn 4 1.2 Rettigheter 4 1.3 Definisjoner 4 2. TEKNISK DEL 4 2.1 Problemstilling 4 2.2 Prosjektmål 6 2.2.1 Effektmål 6 2.2.2 Resultatmål 6 2.2.3 Prosessmål 6 2.3 Prosjektbeskrivelse 6 2.4 Spesifikasjoner 7 2.5 Problemområder 7 3. ARBEIDSPAKKER 7 4 PROSJEKTORGANISERING 8 4.1 Prosjektdeltagere 8 4.2 Utstyr og ressurser 9 4.3 Prosjektleveranser 9 4.4 Tids- og kostnadsplan 9 4.4.1 Tidsplan 9 4.4.2 Kostnadsplan 10 4.5 Kvalitetssikring 10 Bilag 1 Gant-diagram
1. INNLEDNING 1.1 Bakgrunn Prosjektet er gitt av Nordic Semiconductors ASA våren 2006. Nordic Semiconductors er norsk industribedrift med ca. 110 ansatte fordelt over fire kontorer; Trondheim, Oslo, Hong Kong og Korea. Bedriften har spesialisert seg på løsninger på mikrochip nivå innen områdene trådløs kommunikasjon og multimedia. Nordic Semiconductors har investert mye i familiære produkter, og med bakgrunn i denne investeringen ønsker de å lage en trådløs hodetelefon som brukes opp mot en datamaskin. Tanken er en hodetelefon som gir ut lyd som sendes trådløst fra en datamaskin hvor man har mulighet for å endre innstillinger som volum (opp/ned), play/pause, stop og skip (previous/next). Endringene skjer fra hodetelefonen på datamaskinen og lydprogrammet. 1.2 Rettigheter Rettighetene ved dette prosjektet og resultatet tilfaller Nordic Semiconductors, da annet ikke er avtalt. 1.3 Definisjoner DAC - Digital til analog konverterer USB - Universal Serial Bus S/PDIF - Sony/Philips Digital Interface Format I2S - Integrated Interchip Sound SPI - Serial Peripheral Interface Bus ARX - Audio Receiver ATX - Audio Transmitter PCB - Printed Circuit Board 2. TEKNISK DEL 2.1 Problemstilling Vi skal i prosjektet lage en trådløs hodetelefon ved bruk av chipen nrf24z1 produsert av Nordic Semiconductors. Det skal være mulighet for tilkobling til datamaskin og vi må derfor benytte oss av en USB stereo DAC. Det er ønskelig at hodetelefonen har muligheter for endringer av essensielle audio innstillinger som volum, play/pause, stopp, next og previous. Vi trenger i den forbindelse en mikrokontroller som konverterer kontrollsignal fra mottakeren til parallellsignal til DAC en på sendersiden. Brikkene nrf24xx er blitt brukt i mange andre tilfeller hvor trådløs kommunikasjon er en nødvendighet. nrf24z1 er en trådløs audio streamer med støtte for S/PDIF, I2S, SPI og 2- wire. Det er i dag mange produsenter av trådløse hodetelefoner, men de baserer seg i hovedsak på analog overføring eller ved bruk av bluetooth. Vi skal i dette prosjektet lage en digital sender/mottaker som bruker 2.4 2.48 GHz båndet. 4
En del av problemstillingen er rekkevidden mellom sender og mottaker. På utviklingskortene ARX og ATX er rekkevidden 15 meter. Det er mulig å øke rekkevidden, men dette vil gå utover batterilevetiden. PC USB + Power USB-Power Voltage regulator USB + Power µc SPI USB DAC USB-Power Play/Pause Next Previous Stop Volume +/- S/PDIF SPI ATX Wireless 4 DI [3:0] Play/Pause Next Previous Stop Volume +/- ARX I2S Buttons DAC 2xAAA / 2xAA 2.4V-3V Analog AMP Analog Headset Figur 1: Prinsippskisse av kommunikasjonssystemet. 5
2.2 Prosjektmål 2.2.1 Effektmål Utvikle en fungerende applikasjon med USB DAC og se at det fungerer. Se hvilke problemer som oppstår underveis og hvordan de kan løses. Bruke deler av skjema, layout etc til kunder som er ute etter en slik applikasjon. 2.2.2 Resultatmål Målet for prosjektet er å utvikle en prototype for en digital, trådløs USB audio streamer (sender og mottaker), hvor mottakeren skal kunne benyttes i hodetelefoner. Mottakeren skal ha visse funksjonelle krav: Play/pause Stopp Skip (next / previous) Volum (opp / ned) Prosjektet skal være ferdig 12. mai 2006. Vi skal da ha jobbet ca 450 timer hver på prosjektet. Fremdriftsplanen vil neppe være lineær, da erfaringsmessig vil det bli økt arbeidsmengde mot slutten av prosjektet. Påskeferien fra 10. 18. april vil medføre stopp i fremdriften. For nærmere informasjon, se punkt 4.4. 2.2.3 Prosessmål Kollektive forventninger til prosjektet er å lage en prototype som fungerer, med alle de funksjonene vi ønsker. Og selv om prosjektgruppen er tverrfaglig ønsker vi å få individuelt faglig utbytte. 2.3 Prosjektbeskrivelse 1. Forprosjekt 2. Utvikling 3. Testing 4. Kretsutlegg 5. Testing 6. Feilretting 7. Rapportskriving Forprosjektet trenger ikke å underbygges videre utover denne rapporten. Under utvikling finner vi ut hvilke komponenter vi ønsker å bruke i prosjektet og hvordan disse skal koples sammen. Vi vil og begynne å programmere mikrokontrolleren som vi bruker i senderen. Design av knapper som skal simulere play/pause, stopp, osv er en nødvendighet. Testingen av komponentene vi har valgt, skjer under punkt 3. Det er viktig å spesifisere at denne testingen skjer med utviklingskort designet av de ulike produsentene av komponentene. I arbeidspakke 4 skal vi designe kretsutleggene for senderen og mottakeren av det trådløse kommunikasjonssystemet. I den andre testfasen tester vi kretskortene. 6
2.4 Spesifikasjoner I utgangspunktet ca 15 meter rekkevidde USB 1.1 grensesnitt Stereo, over 25mW ved 2 V per kanal 6 knapper Mottaker, spenningstilførsel: 2x AA / 3x AAA 2.5 Problemområder Vi har kommet frem til følgende problemer som kan gjøre at vi ikke blir ferdig til fastsatt tid: Tekniske- og IT-problemer Testing og feilsøking Langvarig sykefravær 3. ARBEIDSPAKKER 1. Forprosjekt 2. Utvikling - Designe og lage kretsutlegg for knapper for testing. - Sammenkopling av systemet. - Programmere mikrokontrolleren. 3. Testing - Teste om funksjonaliteten er i henhold til målsettingen. 4. Kretsutlegg - Tegne kretsutlegg for sender og mottaker. 5. Testing - Testing av produktet. 6. Feilretting 7. Rapportskriving - Formalitetene må på plass. 7
4 PROSJEKTORGANISERING 4.1 Prosjektdeltagere ANDREAS HAVNES Adresse: Batterigt. 2, 7012 Trondheim Født: 14.08.1980 Utdanning: 2003-2006: Teleteknikk ved Programmet for Elektro, HiST 2003: Realfags-forkurs ved HiST 2001-2002: Militærtjeneste, MJK 1996-2001: Automasjonsmekaniker med almennefaglig påbygging Ansvarsområder: 4. Kretsutlegg 7. Rapportskriving DAGFINN REIAKVAM Adresse: Hospitalsløkkan 33, 7012 Trd Født: 17.11.1984 Utdanning: 2003-2006: Elektronikk ved Programmet for Elektro, HiST 2002-2003: Forkurs ved HiSF 2000-2002: Elektronikk ved Øyrane VGS. Ansvarsområder: 2. Utvikling 3. Testing 6. Feilretting 8
MAGNUS TINJAR Adresse: Moholt Allé 1-53, 7050 Trd Født: 16.02.1981 Utdanning: 2003-2006: Teleteknikk ved Programmet for Elektro, HiST 2001-2003: Informatikk ved NTNU 2000-2001: Militærtjeneste ved HMKG 1997-2000: Almennefag ved Asker VGS Ansvarsområder: 1. Forprosjekt 5. Testing 4.2 Utstyr og ressurser 1. Utviklingskort for nrf24z1 (ATX og ARX) fra Nordic Semiconductors 2. Utviklingskort for USB DAC PCM2705 fra Texas Instruments 3. Utviklingskort for Atmel mikrokontrollere, STK500 I tillegg har vi privat utstyr og skolen har utstyr til utlån (kabling, strømforsyning, div målinstrument o.l.). Det meste av utstyret og ressursene har vi fått tilgjengelig gjennom Nordic Semicondutors. Nordic Semiconductors har tilbudt seg sin kompetanse og kontaktnett ved produksjon av kretskort. 4.3 Prosjektleveranser Under prosjektperioden skal vi levere følgende: 1. Forprosjektrapport (dette dokumentet) 2. Toukersrapporter (hver fjortende dag) 3. Sluttrapport 4. Kretsutlegg 5. Sluttprodukt / prototype 4.4 Tids- og kostnadsplan 4.4.1 Tidsplan Da Gantskjemaet viser seg og ta veldig stor plass, er dette lagt ved som vedlegg ved denne forprosjektrapporten. Under kan du se et lite utkast av Gantskjemaet. 9
Aktiviteter Timeforbruk Forprosjekt 90 Designe knapper 50 Testing av nrf24z1 (ATX / ARX) 40 Oppkopling og systemoversikt 60 Programmering av mikrokotrolleren 160 Testing 70 Kretsutlegg 410 Testing 200 Feilretting 60 Sluttrapport 210 Totalt 1350 4.4.2 Kostnadsplan Under ser vi et forslag til kostnadsplan. Det er viktig å merke seg at dette ikke er kostnader som vi i gruppa nødvendigvis betaler, da noe er fått fra oppdragsgiveren. Produkt / aktivitet Kostnad [kroner] 2 stk utviklingskort nrf24z1 (ATX og 9 400,0 ARX) à 4 700 kroner per stk. 1 stk. utviklingskort PCM2705 USB DAC (330 USD*6,587 kr/usd =) 2 173,7 1 stk utviklingskort STK500 fra Atmel 500,0 Kretskort + komponenter 1 500,0 Reise 150,0 Div. materiell 250,0 Sum 13973,7 4.5 Kvalitetssikring For å sikre kvaliteten på prosjektet er det viktig å kunne dokumentere arbeidet som er utført og samtidig kontrollere fremdriften. Statusrapportering: Standardiserte skjemaer: Journalføring: Møter Hver 14. dag vil det bli utarbeidet en statusrapport som blir tilsendt veileder. Timelister blir ført kontinuerlig. Tittelside, 2-ukersrapport, møteinnkalling og møtereferat. Her vil vi notere telefonnummer, adresser og informasjon som kan være nyttig videre i prosjektet. Prosjektgruppen har møte hver uke og sammenlikner planlagt og faktisk fremgang. 10
ID Task Name Duration Start Finish 1 Forprosjekt 12 days? Thu 12.01.06 Fri 27.01.06 2 Utvikling 0 days Mon 30.01.06 Fri 03.02.06 3 Designe knapper 3 days Mon 30.01.06 Wed 01.02.06 4 Testing av nrf24z1 (ATX / ARX) 4 days? Tue 31.01.06 Fri 03.02.06 5 Oppkopling og systemoversikt 3 days? Mon 06.02.06 Wed 08.02.06 6 Programmere mikrokontrolleren 9 days? Thu 09.02.06 Tue 21.02.06 7 Testing 5 days Mon 20.02.06 Fri 24.02.06 8 Kretsutlegg 20 days? Mon 27.02.06 Fri 31.03.06 9 Testing 15 days? Mon 03.04.06 Fri 28.04.06 10 Feilretting 8 days? Wed 19.04.06 Fri 28.04.06 11 Sluttrapport 9 days? Tue 02.05.06 Fri 12.05.06 6 16 Jan '06 23 Jan '06 30 Jan '06 W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S 30.01 Project: gant_forprosjekt_medbaseline Date: Thu 26.01.06 Task Split Progress Milestone Summary Project Summary External Tasks External Milestone Deadline Page 1
06 Feb '06 13 Feb '06 20 Feb '06 27 Feb '06 06 Mar '06 13 Mar '06 20 Mar '06 S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S Project: gant_forprosjekt_medbaseline Date: Thu 26.01.06 Task Split Progress Milestone Summary Project Summary External Tasks External Milestone Deadline Page 2
27 Mar '06 03 Apr '06 10 Apr '06 17 Apr '06 24 Apr '06 01 May '06 08 May '06 S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S Project: gant_forprosjekt_medbaseline Date: Thu 26.01.06 Task Split Progress Milestone Summary Project Summary External Tasks External Milestone Deadline Page 3