磁流體音箱

為什麼會研究這個話題呢？也就是划到了一個廣告：磁流體音樂節奏…還不帶喇叭的，心想這不就是弄個聲音感測嗎？為何要三四千大洋！然後我注意到了「磁流體」這個詞，以及那坨黑黑的，查了一下網，這東西真的很有學問的，也有做成藍芽喇叭形態的（價格更是高），會隨音樂跳動，很酷的樣子，我不是想買一個，而是想知道這是怎麼弄的…（※以下圖片取自網路）

想研究的第一個行動當然就是上網科普，然後買來看看（就是花錢啦！）…在蝦x上查一下，發現我們這兒很少賣，多是對岸的賣家，原來鐵磁流體可不是很好做出來，一開始我的A計劃想生成看看，但看了方法之後就算了！應該要有化工底子的比較好，能買到人家弄好的就不錯了，若想拿來做音響專題，還得注意別買教具用的（專給小朋友看像玩具），要挑低密度磁流體，含量也不要太少，至少要3ml以上的，價格也都是幾百大洋起跳！

鐵磁流體

鐵磁流體的主要原料是10奈米四氧化三鐵。它是「對磁有反應的液體」，由美國航太總署（NASA）工程師Steve Papell在1960年代研發而成。磁流體的研發，原始目的在克服太空「無重力」所產生的許多困擾。例如，液體燃料產生飄浮狀態變得難以控制，造成機器在太空無法運作。其解決方法是添加磁流體，使液體受磁力控制，以克服飄浮現象。

參考資料：

維基百科：zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%93%81%E7%A3%81%E6%B5%81%E4%BD%93

臺灣網路科教館：www.ntsec.edu.tw/liveSupply/detail.aspx?a=6829&cat=6844&p=1&lid=19958

我一開始認為，那些音箱上的磁流體隨著音樂跳動是因為喇叭的磁力（事實証明這個想法是錯的！），當然它也不是因為音波的關係，經過努力的搜尋，找到一文章：www.xjishu.com/zhuanli/62/202121668320.html （一种磁流体音箱的制作方法），我了解了一點：是運用「電磁鐵」，可以自己想像一下，電磁鐵通電產生磁力吸引磁流體，那如果能操縱電磁鐵的電流大小就能動態改變磁力的大小，但想的有道理跟實作是有距離的～後來我又找到了另一篇：zhuanlan.zhihu.com/p/563216885?utm_id=0 （如何用esp32做一个磁流体音箱），這位大神使用ESP32和L298n來控制電磁鐵，還真是神來一筆，所以我就模仿他的方法來做一個…

我的磁流體音響

看這段影片就知我做出來了，這個Case在接線及程式上的難度並不高我可以看懂（可能是我之前有做過Esp32 BluetoothAudio和音頻分析儀），比較困難的反而是湊齊所需的零件吧！而我與所參考的原作也有許多不同，我比較重視音響播音的部份，所以我採用的喇叭及功放比較大，連帶影響了電源供應的部份…

磁流體瓶

除非你有化工經驗及對應的材料，不然建議上網買一買吧！到淘x是便宜許多的，像我手上這瓶，裡頭的水溶液（不是純水）100ml，磁流體3ml左右，我的case用的是5ml的，不一定只有黑色的，有各種色彩（人家真厲害）

電磁鐵

這種電磁鐵我們這兒也不容易買（買到了也是上圖右那顆小的不夠力），是對岸的廠做的，所以淘x買也是比較便宜的，我使用這顆是朗碩P50/30圓形强吸力60KG直流12V

電源模組

為了使用較大的功放推喇叭，我採用這塊龍邱多電源模組，它的電容做得很不錯，能承受較大的電流，在我們這兒的商家買會比淘x多100元，我這音響電源接入DC12V 2A，然後靠這電源模組供應三種電壓：12V,5V,3.3V

※如果你使用一般常見的電源模組，音樂開大聲點可能就會跳電了

L298N馬達模組

利用這個模組來輸出電壓給電磁鐵，例如把電磁鐵的二條線接OUT3和OUT4，那麼就會用到IN3,IN4及ENB三個Pin來收從esp32傳來的訊號

ESP32-Wroom-32

這兒用的esp32模組是30pin的就可以了，雖然它也可以直接做成藍芽音樂接收器，但音質及推力都不夠，所以只使用它的ADC（Analog-to-Digital Converter）及運算PWM輸出

L358訊號放大模組

從功放板傳出的訊息是非常微弱的，直接到ESP32可能會偵測不到，所以需要加一個L358來把訊號放大100倍

我的音箱做成分離式的設計，到電子材料行可以買到小小的香蕉接頭（也稱燈籠接頭），兩對母接頭是要接二顆喇叭的，焊一下線是免不了的（線的另一頭是準備接到功放板的），其中一個正極的接頭多焊一條杜邦出來，是準備接到L358去的。

我買的這顆單體是4 Ω 5W的（這可以很大聲了）只要60大洋，自己設計個音箱殼裝進去，瞬間質感就提升了！喇叭線就焊上香蕉公接頭，這樣就可以很方便插拔

做個主控中心盒子

一樣就是練習測量及畫畫的時間，這個盒子是整個電路的集中點，TM1637模組及0.91吋oled其實是用來增加一點表面效度的（要不然esp32板子的功能不太有發揮，之後還有以加聲音感測之類的…），在這個設計裡，我感得最重要的就是電源模組了，它有很多pin位可以讓所有零件的電源都接上去

畫一組可以密合的設計圖，一半放電磁鐵一半放磁流體瓶，我有一個小巧思就是順著磁流體瓶的旁邊預留可以塞燈條的溝

接線測試

不管想得設計得多美好，能運作才是王道，所以在組裝之前一定先測試電機部份的運作，以前也沒玩過這種電磁鐵，是不是真的得用這麼大顆的才行呢？經過實際實驗，這顆的磁力剛好，理論上給12v的電壓它的磁力最強，可是供應它的L298N未必能一真提供那麼高的電壓，我想電磁電的等級至少要是30KG吸力的才夠，我們也可透過ESP32的程式來調整輸出的強度…

ZK-502M功放板

在這個系統中，如果想直接用ESP32建Bluetooth Audio也行，但光靠ESP32板子的推力，頂多能接1W的小喇叭吧！（很小聲而且音質不會太好），想大聲一樣得外接擴大機（功放板），不如就直接使用等級好一點的功放板常藍芽音樂接收器，放過ESP32吧！這塊ZK-502M不到200元，效能跟音質卻很不錯，我直接讓它接在主機外，它的供電一樣吃電源板，這種作法，不僅可以使用藍芽音樂也可以用AUX IN，本身又附有聲音旋鈕，我覺得很適合…

接線圖

音樂的來源是功放板，所以ZK-502M的喇叭線其中一條正極接到L358信號放大器的IN，OUT出去接到ESP32的D32，功放板和L298N都是接12V的電源，ESP32的D2,D4,D15分別接L298N的ENB,IN3,IN4，這是電磁鐵的電壓隨音樂波動的重點；其他帶點的七段顯示器CLK接D19,DIO接D18(是用來顯示時間的)，OLED模組的SCL和SDA就接ESP32的SCL和SDA

ESP32的程式碼（Arduino）

由於要抓時間，所以程式啟動時要連網，原作者的範例是寫死WIFI連線，但我改成使用WifiManager模組，這樣子的話喇叭拿到不同的地方，連不到原來的wifi會跑ap模式，用手機連上它就可以設定那兒的連線資訊

#include <U8g2lib.h>

#include "TM1637.h"

#include <WiFiManager.h>

#include <WiFiClientSecure.h>

#include <WiFi.h>

#define CLK 19 //Set the CLK pin connection to the display

#define DIO 18 //Set the DIO pin connection to the display

#define ANALOG_PIN_0 32

const char* ntpServer = "time.google.com";

const long gmtOffset_sec = 28800; //台灣時區+8hr,28800=8*60*60

const int daylightOffset_sec = 0; //台灣無日光節約時間

TM1637 tm1637(CLK, DIO); //set up the 4-Digit Display.

int numCounter = 0;

bool dian = false;

void setClock() {

struct tm timeinfo;

if (!getLocalTime(&timeinfo))

{

Serial.println("Failed to obtain time");

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)

{

delay(500);

Serial.print(".");

}

configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);

return;

}

tm1637.display(0,timeinfo.tm_hour/10);

tm1637.display(1,timeinfo.tm_hour%10);

tm1637.display(2,timeinfo.tm_min/10);

tm1637.display(3,timeinfo.tm_min%10 );

tm1637.point(!dian);

WiFi.disconnect(true);

}

/********************OLED******************/

U8G2_SSD1306_128X32_UNIVISION_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0,U8X8_PIN_NONE);

const int WIDTH=128;

const int HEIGHT=32;

const int LENGTH=WIDTH;

int x;

int y[LENGTH];

void clearY(){

for(int i=0; i<LENGTH; i++){

y[i] = -1;

}

/***************波形图函数******************/

void drawY(){

u8g2.drawPixel(0, y[0]);

for(int i=1; i<LENGTH; i++){

if(y[i]!=-1){

//u8g.drawPixel(i, y[i]);

u8g2.drawLine(i-1, y[i-1], i, y[i]);

}else{

break;

}

void setup(){

Serial.begin(115200);

tm1637.init();

tm1637.point(1); //打開時鐘點

tm1637.set(BRIGHT_TYPICAL);

pinMode(ANALOG_PIN_0,INPUT_PULLUP); //設定ADC腳位

/********PWM配置**************/

ledcSetup(0,5000,8);

ledcAttachPin(2,0);

/***********OLED***************/

u8g2.begin();

u8g2.enableUTF8Print();

x = 0;

clearY();

/**************************/

u8g2.clearBuffer(); // clear the internal memory

u8g2.setFont(u8g2_font_unifont_t_chinese2); // 使用中文字型

u8g2.setCursor(0, 20);

u8g2.print("咖啡虫磁流体音箱");

u8g2.sendBuffer();

delay(1000);

u8g2.clearBuffer();

u8g2.drawStr(0,20,"SSID:CW_Speaker"); // 顯示SSID名稱

u8g2.sendBuffer();

/*******************WiFiManager初始化*****************/

WiFiManager wifiManager;

wifiManager.setTimeout(180);

//第一個參數是SSID的名稱，第二個參數是密碼

if(!wifiManager.autoConnect("CW_Speaker","12345678")) {

Serial.println("failed to connect and hit timeout");

delay(3000);

ESP.restart();

delay(5000);

}

configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);

setClock();

WiFi.disconnect(true);

WiFi.mode(WIFI_OFF);//关闭网络

Serial.println("WiFi disconnected!");

}

void loop() {

/***********讀取類比訊號*********************/

int analog_value = 0;

analog_value = analogRead(ANALOG_PIN_0);

Serial.println(analog_value);

/*******OLED波形顯示******************/

y[x] = map(analog_value, 0, 4095, HEIGHT-1, 0);

Serial.write(y[x]);

u8g2.firstPage();

do {

drawY();

} while( u8g2.nextPage() );

x++;

if(x >= WIDTH){