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拆解:由语音激活、支持Wi-Fi连接的调光开关

2020-05-22 Brian Dipert 阅读:
想在家中实现“智能”照明吗?将Amazon Echo或Google/NestHome智能设备与Belkin WeMo开关结合起来,就可以实现这个目标,但这种方法需要两个不同的设备,而且语音不能超出麦克风的监听距离。“智能”灯泡也是一种选择,可是却没有语音控制功能,只能通过移动应用程序来操作。还有另一种方法,就是使用DWVAA-1BW Decora智能语音调光器—我们准备拆解的产品。

想在家中实现“智能”照明吗?可以通过语音激活的Amazon Echo或Google/Nest Home智能设备与Belkin WeMo或类似的开关结合起来,就可以实现这个目标。可是,如果采用这样的方法,首先需要购买两个不同的设备,而且在语音超出设备麦克风的监听距离时,就无法在本地进行调光控制了,而只能简单粗暴地开/关设备。如果你一定要用调光功能,“智能”灯泡可能也是一种选择,不过它没有语音控制功能,调光功能也只能通过专门的移动应用程序来操作,对用户而言这并不是最好的方法。Qrnednc

当然,你也可以使用Leviton公司的DWVAA-1BW Decora智能语音调光器——这就是我们准备拆解的产品。Qrnednc

DWVAA-1BW可用于功率高达300W的调光CFL、白炽灯或LED照明负载(需要中线),它包含一个多麦克风阵列和一个扬声器,支持亚马逊的Alexa协议(注:不需要单独的Echo设备)。该设备具有蓝牙和Wi-Fi功能,可与亚马逊服务器进行通信以实现语音输入解码及响应。另外,它支持前面提到的Leviton移动应用程序和Google助理,并通过IFTTT(If This Then That)支持其他协议。Qrnednc

图1显示了DWVAA-1BW Decora智能语音调光器的外观,以及与以1美分硬币(直径0.75in或19.05mm)相比的尺寸。Qrnednc

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图1:与1美分硬币相比,DWVAA-1BW Decora智能语音调光器的尺寸。Qrnednc

先说一下我对这个产品的总体印象。“调亮”与“调暗”两个按钮最大,“增加”按钮上有明显的划痕,Leviton的不良质检让人惊讶。这两个大按钮上方居中的位置是一个发光的“操作”按钮,它有几个作用,例如在一开始的时候激活Alexa,以后就不需要用手来操作了,也可以通过该按钮将麦克风静音或取消静音。Qrnednc

说到麦克风,请注意面板上有四个小孔,每个角各一个,我们稍后会讲到。扬声器的位置很容易判断,就在底部的“格栅”之下。扬声器的下面还有另一个不太容易发现的照明源,当室内的灯关闭时它会点亮,这样就可以在黑暗中找到调光器,它同时还反映连接状态和其他设备的状态。Qrnednc

设备两侧相对比较平淡,但是注意,两侧都有多个通风槽,如图2所示。Qrnednc

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图2:调光器两侧有多个通风槽。Qrnednc

图3显示了设备的背面,将三根电线移开后会发现一些有趣的东西。Qrnednc

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图3:调光器背面。Qrnednc

最后是调光器的顶部和底部,如图4所示。Qrnednc

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图4:调光器的顶部和底部。Qrnednc

现在来拆开调光器。首先,卸下在背部视图中见到的四个螺钉,你会发现这些螺钉出乎意料地长(至少我是这样认为的),如图5所示。Qrnednc

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图5:卸下调光器背面的四个螺钉。Qrnednc

撬开前面的两个侧视图中所见到的卡扣,将两个部分分开,如图6所示。Qrnednc

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图6:撬开调光器侧面的卡扣,将两个部分分开。Qrnednc

注意左边PCB部分从扬声器下方伸出的透明塑料导光管。你可能会猜测它对应右侧PCB“三明治”上的一个LED,你对了(晚点再说它)。还要注意两侧PCB之间的两条连接线:左侧板底部的扬声器,通过红色线(正)和黑色线(负,即“地”)以及多触点公/母连接器对(右侧PCB上标有J1),由右侧板上的电路驱动。顺便提一下,右侧PCB左上方的白色塑料管没什么用,它肯定是用来支撑两个PCB的,使整个组件装配更牢固。Qrnednc

图7显示了图6中调光器左半部分的放大图,看起来没什么亮点。Qrnednc

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图7:图6中调光器左半部分的放大图。Qrnednc

图8显示的调光器右侧组件更有意思一些(至少对我而言)。Qrnednc

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图8:图6中调光器右半部分的放大图。Qrnednc

还记得前面提到的导光管吗?右侧“三明治”最下层PCB的底部有两个LED,分别标记为LD1和LD2。图9显示了这个透明的塑料导光管(放在我那个用了30多年还没坏的HP-15C科学计算器的破皮套上)。Qrnednc

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图9:透明塑料导光管。Qrnednc

再回到左侧PCB。将扬声器和PCB取出来,如图10所示。Qrnednc

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图10:将扬声器和PCB取出之后的左侧外壳。Qrnednc

要特别注意顶部通向外部的两个“孔”周围的橡胶垫(这个也稍后再说)。Qrnednc

图11显示出拆下来的扬声器背面,清楚地显示出导光管通过的凹口。Qrnednc

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图11:拆下来的扬声器背面清楚地显示出导光管通过的凹口。Qrnednc

图12是扬声器的正面,这部分比较有趣。Qrnednc

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图12:扬声器正面。Qrnednc

为什么说它有趣呢?我承认从图片上来看并不明显,所以需要解释一下。扬声器的周围主要是硬塑料,但是图片最左边的部分却是橡胶材料。实际上,有两片这种材料,中间有一个缺口,在装上PCB时要与之相配。它起着垫片的作用(稍后再说它),同时也请注意最下面那一片上面的孔。Qrnednc

现在我们来看看与那块垫片相配的PCB,如图13所示。Qrnednc

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图13:与橡胶垫片相配的PCB。Qrnednc

安装扬声器的那部分PCB之前被挡住了,现在才可见。我猜测,蓝牙和Wi-Fi天线嵌在这个特定的PCB中,它们通过前面提到的PCB间的连接器与系统其余部分进行通信,位置靠上,这样才能获得最好的发送和接收性能,并尽可能远离嘈杂的AC/DC和开关深处的调光器电路。将PCB板翻过来后更有意思,如图14所示。Qrnednc

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图14:将PCB板翻过来后更有意思。Qrnednc

首先,PCB中央有个长方形的银色IC,标有U2。用Google搜了一下,一无所获。上面的logo让人想到美光科技,但又不完全相同,所以我认为它不是美光的产品(总之,我想不通为什么在这个位置会有一个存储芯片)。相反,四个前面板开关则很明显(顶部的两个对应“操作”按钮,关联的LED位于它们之间,另外两个实现“调亮”和“调暗”的功能)。Qrnednc

现在,终于到时候解释之前提到的DWVAA-1BW前面板上的4个孔及垫片了。DWVAA-1BW右上角的位置U7和左下角的位置U8很明显有两个MEMS麦克风(供应商未知)。但是,右下角的孔似乎并没有麦克风输入功能,我猜它充当了扬声器的低音反射端口。左上方的孔又是做什么的呢?其位置对应标有U6的芯片占位,但实际上那里没有芯片。Qrnednc

我的推论是:这是一种经典的双麦克风定向阵列配置,其目的是通过算法消除常见的背景噪声,我首次在EDN上谈到这个概念已经是差不多二十年前了(不小心暴露了年龄)。我猜想PCB板上为U8扩展的位置原本根本不存在;最初的设计是,MEMS麦克风在U6和U7位置(记得吗?两个位置都有垫片)。我敢打赌,到设计后期,开发人员发现U6和U7距离不够远,难以实现“波束成形”,于是将U6位置的MEMS麦克风移到了新加的U8位置。Qrnednc

现在,我们回头看看图6中右侧的PCB,如图15所示。Qrnednc

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图15:图6中右侧的PCB放大图。Qrnednc

每当我看到芯片上面有贴纸时,就会怀疑它是固件修订标签,其下方则是闪存代码存储芯片。但这次我猜错了:撕掉标签,我发现这是一颗采用96球FBGA封装的Kingston D2516ECMDXGME 4Gb×16 DDR3L 2133 (PC3L 17000) SDRAM(图16)。Qrnednc

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图16:PCB上有一颗采用96球FBGA封装的Kingston SDRAM。Qrnednc

它的上面是一颗大芯片,有很明显的Freescale(现NXP)厂商标记(图17),通过Google搜索我也没弄清这是什么芯片。但是,我偶然发现Kontron模块系统的SoC上也有类似标记,因此我认为这颗芯片应该属于NXP i.MX 8M应用处理器系列,该系列中还有Arm Cortex-A53和Cortex-M4处理器内核。Qrnednc

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图17:PCB上的一颗大芯片有明显的Freescale厂商标记。Qrnednc

在这两颗芯片的旁边,还有一颗芯片也让我一头雾水,其表面发亮,让人在某些光线和角度下都看不清上面的标记(图18)。读者们,你们知道这是什么芯片吗?Qrnednc

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图18:紧挨着Kingston和Freescale两颗芯片的是一颗身份不明的芯片。Qrnednc

继续往上看,这个PCB的左上方有一颗非易失性存储器,与前面提到的Kingston SDRAM差不多,具体说,就是Sandisk SD1NBDG4-8G 8GB iNAND嵌入式MMC闪存驱动器(图19)。Qrnednc

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图19:Sandisk SD1NBDG4-8G 8GB iNAND嵌入式MMC闪存驱动器。Qrnednc

如图20所示,PCB右上角是一颗Rohm BD71847,根据制造商的信息,它是i.MX 8M Mini系列的系统PMIC(编者注:电源管理芯片)。啊哈,我之前猜对了,是系统处理器!Qrnednc

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图20:i.MX 8M Mini系列的系统电源管理芯片Rohm BD71847。Qrnednc

为了进一步探密,我把安装PCB“三明治”(以及其他模拟和电源部件)的金属组件从黑色塑料壳中取出来了,如图21、图22所示。Qrnednc

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图21:调光器的黑色塑料壳。Qrnednc

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图22:安装PCB“三明治”的金属组件。Qrnednc

很快,我发现PCB“三明治”中有很多用来将两个PCB板层连接在一起的粗弹簧顶针,需要费些力气拆焊或剪断它们,才能完全看到内部(图23)。Qrnednc

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图23:PCB“三明治”中有很多粗弹簧顶针。Qrnednc

顺便看看另一端的大功率晶体管,这时整个金属组件被用作散热器(图24)。Qrnednc

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图24:PCB“三明治”中的大功率晶体管,这时整个金属组件被用作散热器。Qrnednc

我的老读者们都知道,在拆解中我会尽可能保持设备完好无损,以便在完成拆解后能够重新组装并捐赠这些设备。因此,当我发现剩下的大部分组件都与传统的调光开关相似时,我决定顺从自己的心意,去探究那些明显可见的有趣组件(图25)。Qrnednc

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图25:在拆解中尽量保持设备完好无损,以便能够重新组装并捐赠设备。Qrnednc

仔细查看前面见过的最上层PCB的背面,我真的发现了另一个关键的系统器件,如图26所示。Qrnednc

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图26:在最上层PCB的背面发现了另一个关键的系统器件。Qrnednc

DSP Group是一家与我有些渊源的公司。上世纪90年代中期,当时我在Intel的闪存部门工作,与他们合作完成了一个参考设计,那可能是世界上第一台完全非易失性数字录音机的参考设计(举个例子,虽然那时已经有数字答录机,但它们采用电池供电的RAM)。该参考设计包含一个具备介质固有位编程及块擦除特性(更不用说非无限次擦除)的闪存文件系统,它还可以使用低成本的“坏位”和“坏块”闪存器件(Intel在测试中通常会丢弃这些器件)。Qrnednc

当然,所有这些在今天都已司空见惯,但我们谈的是四分之一世纪以前完成的开发(再次感叹自己真的老了)!显然,DSP Group保持了自己的专长,专注于各种音频应用(同时也扩展到其他市场),例如本次拆解中看到的DBMD5VT181A4ANI HDClear双核DSP。Qrnednc

最后,亲爱的读者,欢迎你发表自己的想法,畅所欲言!Qrnednc

原文标题:Teardown: Voice-activated, Wi-Fi-connected dimmer switchQrnednc

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接:Teardown: Voice-activated, Wi-Fi-connected dimmer switch。)Qrnednc

本文为《电子技术设计》2020年06月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里Qrnednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Brian Dipert
EDN资深博客作者。Brian Dipert是前EDN杂志的高级技术编辑。 他是BDTi的高级分析师,嵌入式视觉联盟的主编,以及AnandTech、EDN杂志和《低功耗设计》的特约编辑。 他也是Sierra Media的创始人。
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