Еж — птица говорящая [если с MP3-плеером]
Давным-давно, настолько что уже кажется неправдой, masterkit рассказывали про чудесный встраиваемый MP3-плеер, которым можно оснащать все, что угодно, даже MP3-плееры, если из них сначала вынуть собственный, а потом поставить этот. Короче, полезная вещь. Особенно, если хочется сделать детскую игрушку во-первых, своими руками, а, во-вторых — правильно, а не так, как думают те, кто их делает в промышленном масштабе.
Однако в представленном товаре меня устраивало не только лишь все, поэтому я подумал: не может быть такого, чтобы настолько по-китайски выглядящей вещи не было на Aliexpress. И действительно, там было какое-то количество таких плееров, причем ознакомление с модельным рядом показало, что есть варианты более привлекательные, нежели модели с фиксированным объемом памяти. Именно — со слотом для сменных карточек microSD.
И понеслось.
Чтобы было понятно что и куда понеслось, демо ежа в различных режимах.
Развлекательные фразы при ожидании:
Переключение сказок, громкости и выключение карточками и встряхиванием:
Беспроводная зарядка:
Прежде чем продолжить рассказ, прошу прощения, что могу допустить некоторые неточности в описании и схемотехнике, поскольку в процессе ничего не документировал, все так сказать, по наитию. Используйте, пожалуйста, здравый смысл и практические материалы, чтобы потом не было мучительно больно.
Итак, после недолгих поисков и сравнений я переключился на Ebay, где и приобрел то, что хотел — плеер с чипом-декодером JQ6500, 4 мегабитами встроенной памяти и слотом для microSD.
Почему именно этот плеер? Потому, что тогда мне казалось, что это идеальный вариант для самоделки. Поскольку все при нем. Хочешь — используй отдельно: для этого есть пины воспроизведения/паузы, переключения треков, громкости, быстрого воспроизведения пяти композиций и моноусилитель для подключения динамика напрямую к плате (есть и стереовыход, но ему уже нужен внешний усилитель). То есть, по минимуму достаточно батарейки, динамика, нескольких кнопок и карточки памяти с музыкой.
Но гораздо интереснее полное управление плеером через некоторое подобие последовательного порта. Здесь можно творить вообще что угодно — играть, останавливать, менять громкость, переключать эквалайзер и режимы воспроизведения, запускать воспроизведение произвольных композиций как в «сквозном» порядке, так и из определенных папок. И, что немаловажно в моем случае, уже имелась готовая библиотека для Arduino.
Итак, два компонента уже известны: плеер и Arduino. Но лично я не хотел останавливаться на достигнутом, потому что глупо же глупо имитировать кнопки целым микроконтроллером. Надо что-то особенное, чтобы с Емелей, так сказать, и щуками.
Поэтому сюда же добавил простейший вибродатчик SW-18010P и всем известный считыватель карточек RC522.
Все только для того, чтобы полностью избавиться от кнопок, которые в развлекательной игрушке я посчитал лишними. Сами посудите: если кнопки есть, ребенок так или иначе будет их нажимать, причем чаще — случайно, чем сознательно. А сверхчастое переключение сказок все же не совсем правильно.
Здесь же получается как: вибродатчик служит для включения игрушки, когда ребенок берет ее в руки. Тот же датчик не даст игрушке выключиться, пока ребенок ее не положит на достаточно длительное время. Что касается читалки карточек Mifare, то эта штука, на мой взгляд, крайне удобна для переключения сказок. Например, карточки можно прикрепить к книжкам, и тогда ребенок сможет послушать сказку, поднеся игрушку к книжке.
А еще карточки можно прикрепить к различным предметам, и тогда ребенок сможет послушать их описание и правила использования. Например, что вот эта белая фиговина — холодильник, и что мы там храним продукты, чтобы они не испортились, и что по этой причине открывать его почем зря не стоит. Или что вот то — духовка, и она может быть горячей, поэтому не нужно висеть на ее ручке и прикладывать ладошки к стеклу. Много чего можно придумать, тем более, что карточками служат использованные билеты метро (да, мне повезло, я в Москве), которые можно запросто насобирать в нужном количестве.
Поэтому пока я думал, то между делом достал из запасов контроллер ATmega328p, напаял его на макетную платку и прошил загрузчик Adruino через Arduino Mega 2560.
Для удобства вывел последовательный порт, сброс и землю на отдельный разъем для быстрого перепрограммирования. А то знаю себя — залью скетч, а потом одно не то, другое не так.
Рядом распаял еще и стабилизатор на 3.3В, так как RC522 по недоразумению питается именно от этого напряжения, тогда как остальные компоненты прекрасно чувствуют себя на универсальных 5В, которые я предполагал брать от простенького пауэрбанка на аккумуляторах типа 18650.
Решение использовать такой пауэрбанк, а не типичный плоский аккумулятор может показаться нелогичным. Но я подумал, что так как игрушка будет потреблять довольно приличный ток (только контроллер и плеер в режиме ожидания кушают около 40 мА), то возможность быстро заменить пустую батарейку на полную весьма кстати.
А еще мне пришлось добавить пьезокерамическую пищалку для звуковой индикации некоторых событий (чтение карточки, например). Это, скажете, вообще смешно — есть же динамик, так? Ну так, да не так. Динамик ведь подключен к плееру, а не к контроллеру. И еще добавил транзистор в качестве ключа, который отключает MP3-плеер во время сна, чтобы снизить потребление энергии.
Внимательный читатель может заметить, что плеер можно было бы запитать от цифрового пина контроллера, который прекрасно справился бы с включением и выключением. Я бы сам того хотел, но это только в режиме ожидания плеер потребляет 16 мА. А когда музыка, то он легко забирает больше 100 мА, что уже как минимум вдвое превышает возможности ATmega. Поэтому я взял «любой» npn-транзистор с током коллектора 300 мА и подвел его к цифровому пину контроллера через резистор около 200 Ом.
Зато картридер потребляет в пределах 40 мА, поэтому питающий его стабилизатор можно подключать к цифровому пину контроллера. Так и сделал, но все равно не получилось, о чем — в конце.
Еще такой момент: плееру требуется динамическая головка сопротивлением не ниже 8 Ом. У меня такая была (динамик из системного блока), но звук у нее не очень. Еще были динамики сопротивлением 4 Ом (от типичной китайской колонки). В общем, соединил оба последовательно: один дает больше высоких, другой — низких, а вместе они просто классно звучат.
Осталась мелочь, т.е. зеркало души. Которое проще всего смастерить из пары соединенных последовательно светодиодов. Брутально-красные брать не стал — очень уж страшно. А вот янтарно-желтые глаза — самое оно.
Итак, макет игрушки собран и отлажен. Теперь самое главное: нужен донор телесной оболочки. Вообще, мне очень хотелось птицу-говоруна, но судя по цене соседних игрушек, удовольствие не совсем бюджетное. Особенно если учесть, что интерес ребенка — вещь непрогнозируемая.
Поэтому для начала я стал искать более доступного кандидата на трансплантацию. И такой нашелся: очаровательный еж Ивлин, продающийся в Детском мире.
Конечно, пришлось практически целиком избавиться от богатого внутреннего мира ежа. И заменить его самодельным, упакованным в обычную мыльницу. Впрочем, не совсем обычную. Дело в том, что в отличие от многих, у этой мыльницы плоская задняя сторона, поэтому там удобно размещать считыватель карточек — получится минимальная дистанция. С другой же стороны у мыльницы что-то вроде массажной щетки и даже есть отверстия, т.е. там идеально размещается динамик: звук будет выходить через отверстия, которые не будут перекрыты благодаря массажным шипам. Отверстий, правда, оказалось маловато, но не беда — я еще насверлил.
Тяжелее всего, должен признать, далась хирургия ежа. Во-первых, я не люблю шить. А пришлось прилично: сначала распорол, потом скрепил края, затем пришил шесть кнопок. Потом отпорол шесть кнопок и пришил четыре кнопки. Все почему? Потому что сначала пришил маленькие и неправильно, так что еж расстегивался.
Во-вторых, глаза. Светодиоды я, конечно, предусмотрительно приобрел диаметром 3 мм, чтобы уж гарантированно можно было изобразить ими зрачки. Однако высверлить отверстия в имеющихся глазах ежа Ивлина оказалось не так-то просто. Казалось бы: берешь гравер, ставишь в него нужное сверло — и вперед. Но выяснилось, что во время сверления пластик превращается в вязкую массу, где сверло слабенького гравера вязнет намертво.
И, должен сказать, еж со сверлом, торчащим из глаза, зрелище инфернальное.
Кстати, по этому поводу даже не знаю, что посоветовать. Я как-то извернулся и все-таки проделал отверстия, вставил в них светодиоды и залил эпоксидкой, а сверху покрыл бесцветным лаком для ногтей. Глаза также приклеил к ежу эпоксидкой, поскольку родное крепление погибло в процессе сверления. Результат получился не идеальным, но вполне терпимым.
Как еж работает, вы уже видели. Поэтому могу только продублировать текстом его текущую логику. Изначально еж находится в режиме сна. Если его взять в руки (или просто пошевелить, или пошевелить поверхность, на которой он лежит и т.п.), он проснется по прерыванию, которое сгенерирует датчик вибраций.
После этого через заданные интервалы еж будет говорить заранее заданные фразы, и если в течение некоторого времени ежа не трогать, он снова уснет. А если трогать — не уснет. А если потрясти некоторое время — начнет рассказывать сказку, выбранную в случайном порядке.
Если же к ежу (когда он не спит) поднести карточку, то еж начнет рассказывать сказку, которая ассоциирована с этой карточкой. Жесткой привязки нет, порядок будет меняться при замене сказок. Фиксированы только две служебные карточки: для регулировки громкости и принудительного усыпления ежа. Громкость, к слову, настраивается последовательным переключением трех ступеней (тихо — средне — громко).
Что до янтарных глаз, то они мигают по два раза (в цикле), когда еж проснулся, но молчит и меняют яркость, когда еж рассказывает сказку. Мне это показалось оптимальным вариантом.
В процессе сборки попробовал еще одну новацию: так как у пауэрбанка два разъема (вход и выход), то ко входу подключил имеющийся у меня адаптер беспроводной зарядки Qi. И таким образом получилось, что для перезарядки ежа, его совсем не нужно расстегивать — достаточно просто положить на ночь на беспроводной зарядник. Впрочем, как раз эта функция пока что в режиме тестирования.
Вообще, несмотря на кажущуюся простоту, некоторые вещи меня озадачили. Например, из кода вы можете заметить, что некоторые команды я отправляю плееру несколько раз подряд, да еще ставлю в конце таймаут. А все потому, что на практике в моей конфигурации только так и можно.
Также видно, что я зачем-то контролирую окончание воспроизведения по аппаратному сигналу плеера вместо того, чтобы простой командой включить ему режим воспроизведения только одного файла. Это тоже не просто так: почему-то у меня этот режим не работает, поэтому при окончании одной композиции плеер начинает играть следующую.
Еще любопытным может показаться то, что функция random для воспроизведения случайной композиции постоянно крутится в loop, вместо того, чтобы вызываться лишь когда она действительно нужна. Но тут такое дело: если вызывать ее только когда она нужна, то она почему-то в подавляющем большинстве случаев возвращает одно и то же значение. Зато если поставить в loop, тогда генерируются действительно псевдослучайные значения. Собственно, это я тоже на практике выяснил, когда пытался понять неадекватное поведение ежа.
Наконец, что меня совсем поставило в тупик, так это неспособность справиться с выключением картридера с помощью цифрового пина контроллера, от которого ридер и питается. Почему-то выходит так, что если пин выставить в LOW и затем в INPUT, то ридер не выключается.
При этом, если просто выставить LOW, то светодиод картридера «горит» вполнакала, напряжение на выходе стабилизатора, питающего ридер — около вольта. Если затем на пине контроллера сделать INPUT, это напряжение вырастает примерно до 3В.
Еще интереснее, что если сначала выставить пины контроллера, подключенные к SS и RST ридера в LOW и INPUT, а затем в это же положение перевести питающий пин контроллера, то ридер выключается. И даже потом включается после сна, если питающий пин перевести в OUTPUT и HIGH.
Однако при этом случается что-то непоправимое с таймерами. То есть, это я так считаю, потому что после такого финта (сна с отключением ридера) неадекватно работают глаза и счетчик встряхиваний, а оба эти процесса завязаны на millis (). Что происходит и как восстановить работу таймера, я не знаю, поэтому пока оставил, как есть — картридер продолжает питаться даже во время сна.
Если старшие товарищи помогут найти выход — буду очень признателен. Хотя с трудом верю, что старшие товарищи дочитают до этого места.
С учетом вышесказанного, код ежа Ивлина совсем неидеален, но вы всегда можете причесать его (код или ежа — выбирайте сами), оптимизировать, дополнить, сократить или иным образом приспособить к своим потребностям. Именно поэтому я его и прилагаю. А чтобы было проще использовать то, что есть, максимум настроек (старался вообще все, но получилось как обычно) находится не в коде, а в секции определения переменных. Там и конфигурация пинов, и временные задержки, и количество треков.
В секции описания номеров карточек следует понимать, что последние две карточки всегда «зарезервированы» для внутренних функций — переключения громкости и режима сна.
/* A0 - проверка состояния MP3 (играет или стоп)
* pin 0, 1 - последовательный порт (перепрошивка)
* pin 2 - прерывание на проснуться
* pin 4 - включение питания MP3 (через транзистор)
* pin 5 - пищалка
* pin 6 - питание кардридера
* pin 7, 8 - управление MP3
* pin 9 - сброс кардридера
* pin 10 - выбор кардридера
* pin 11, 12, 13 - SPI кардридера
*/
#include
#include
#include
#include // для PROGMEM
#include
#include
#include
#include
#define adc_disable() (ADCSRA &= ~(1< offDelay) { // таймер выключения
enterSleep();
} else {
ledWink(); // моргание при паузе
if (isInt == true) {
offTimeOut = millis(); // сброс таймера выключения - не выключаться, пока игрушка в руках
if (nShake == 0) {
tShakeDelay = millis();
}
if ((millis() - tShakeDelay) < tShake){
nShake = nShake + 1;
} else {
tShakeDelay = millis();
nShake = 0;
}
isInt = false;
}
if (nShake > nShakeQ) {
playRandom();
nShake = 0;
}
// КОГДА НЕ ИГРАЕТ МУЗЫКА
playPreset(); // воспроизведение заданных фраз при паузе
// КОГДА ИГРАЕТ МУЗЫКА
if (mp3ON == true) {
if (playON == true) { // включена сказка, а не фраза
offTimeOut = millis(); // сброс таймера выключения
}
nShake = 0;
eyesPWM(); // мерцание глаз
// Воспроизведение MP3
if(analogRead(mp3Busy) < 250) { // если на паузе - сброс флагов, выключение лампочек
mp3ON = false;
playON = false;
digitalWrite(ledPin, LOW);
}
}
scanPlay(); // воспроизведение по карточке
}
}
void setBitsForGood(byte daBeat) {
if (daBeat == 1) {
bitSet(ticketNumber, bCounter);
bCounter=bCounter+1;
}
else {
bitClear(ticketNumber, bCounter);
bCounter=bCounter+1;
}
}
// ВКЛЮЧЕНИЕ И ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ MP3
void mp3Init() {
digitalWrite(mp3Pin, HIGH);
delay(100);
mp3.begin(9600);
mp3.reset();
mp3.setVolume(vol);
mp3.setLoopMode(MP3_LOOP_NONE);
fileQ = mp3.countFiles(MP3_SRC_SDCARD); // количество файлов в плеере
fileQ = fileQ - introQ; // минус заставки
}
// ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СЛУЧАЙНОГО ФАЙЛА
void playRandom() {
tone(tonePin, 450, 500);
delay(500);
playFile = rnd;
mp3ON = true;
playON = true;
mp3.playFileByIndexNumber(playFile);
mp3.playFileByIndexNumber(playFile);
mp3.playFileByIndexNumber(playFile);
delay(500);
}
// МОРГАНИЕ
void ledWink() {
// Моргание диодами в режиме ожидания
if ((millis() - winkStepDelay) > winkStep) { // длинный таймер
// зажигание
if (eyes == true) { // если диоды включены
if (ledOn == false) {
onDelay = millis(); // заводим таймер
ledOn = true; // признак того, что диоды горели
}
if ((millis() - onDelay) > on) { // если таймер сработал
digitalWrite(ledPin, LOW); // выключение диодов
eyes = false; // признак выключенных диодов
}
}
// гашение
if (eyes == false) { // если диоды выключены
if (ledOff == false) {
ledOffDelay = millis(); // заводим таймер
ledOff = true; // признак того, что диоды горели
}
if ((millis() - ledOffDelay) > off) { // если таймер сработал
digitalWrite(ledPin, HIGH); // включение диодов
eyes = true; // признак включенных диодов
}
}
if (ledOn == true && ledOff == true) { // подсчет количества включений (каждая пара вкл/выкл)
wink = wink+1;
ledOn = false;
ledOff = false;
}
if (wink == 4) { // две пары вкл/выкл
winkStepDelay = millis();
wink = 0;
}
}
}
// ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЗАДАННЫХ ФРАЗ ПРИ ПАУЗЕ
void playPreset() {
if (mp3ON == false) {
if ((millis() - offTimeOut) > tOut2 && (millis() - offTimeOut) < tOut21) {
mp3.playFileNumberInFolderNumber(01, 002); // воспроизведение файла /001/002.mp3 если от включения прошло около tOut21 сек.
mp3ON = true;
delay(500);
}
if ((millis() - offTimeOut) > tOut3 && (millis() - offTimeOut) < tOut31) {
mp3.playFileNumberInFolderNumber(01, 003); // воспроизведение файла /001/003.mp3 если от включения прошло около tOut31 сек.
mp3ON = true;
delay(500);
}
if ((millis() - offTimeOut) > tOut4 && (millis() - offTimeOut) < tOut41) {
mp3.playFileNumberInFolderNumber(01, 004); // воспроизведение файла /001/004.mp3 если от включения прошло около tOut41 сек.
mp3ON = true;
delay(500);
}
}
}
// МЕРЦАНИЕ
void eyesPWM(){
if ((millis() - winkStepDelay) > (pwmStep)/4) {
// мерцание диодами пока играет MP3
if (pwmUp == true) {
if (pwmVal < 128) { // диапазон меньше 254 из-за крутой ВАХ светодиода (нет смысла крутить до 255, когда светодиод уже горит на полную)
analogWrite(ledPin, pwmVal);
pwmVal = pwmVal + 1;
pwmStep = pwmStep - 1;
winkStepDelay = millis();
} else {
pwmUp = false;
pwmStep = 1;
pwmVal = 128;
}
}
if (pwmUp == false) {
if (pwmVal > pwmStep) {
analogWrite(ledPin, pwmVal);
pwmVal = pwmVal - 1;
pwmStep = pwmStep +1 ;
winkStepDelay = millis();
} else {
pwmUp = true;
pwmStep = 128;
pwmVal = 1;
}
}
}
}
// ФУНКЦИИ ПО КАРТОЧКЕ
void scanPlay() {
if (fileQ > 0) {
// Поиск новой карточки
if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) {
return;
}
// Выбор карточки
if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) {
return;
}
uidDec = 0;
// сюда мы приедем, если чип правильный
byte status;
byte byteCount;
byte buffer[18]; // длина массива (16 байт + 2 байта контрольная сумма)
byte pages[2]={4, 8}; // страницы с данными
byte pageByte; // счетчик байтов страницы
byteCount = sizeof(buffer);
byte bCount=0;
mfrc522.MIFARE_Read(4, buffer, &byteCount);
bCounter = 0; // 32-битный счетчик для номера
// биты 0-3
for (bCount=0; bCount<4; bCount++) {
readBit = bitRead(buffer[6], (bCount+4));
setBitsForGood(readBit);
}
// биты 4 - 27
for (pageByte=5; pageByte > 2; pageByte--) {
for (bCount=0; bCount<8; bCount++) {
readBit = bitRead(buffer[pageByte], bCount);
setBitsForGood(readBit);
}
}
// биты 28-31
for (bCount=0; bCount<4; bCount++) {
readBit = bitRead(buffer[2], bCount);
setBitsForGood(readBit);
}
for (byte ticketNum = 0; ticketNum < ticketQ; ticketNum++) {
unsigned long ticketTemp = pgm_read_dword_near(ticketSet + ticketNum);
if (ticketTemp == ticketNumber) {
tone(tonePin, 450, 500);
delay(500);
if (ticketNum < (ticketQ - 2)) {
if ((ticketNum+1) < fileQ) {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
playFile = ticketNum+1;
mp3ON = true;
playON = true;
mp3.playFileByIndexNumber(playFile);
mp3.playFileByIndexNumber(playFile);
mp3.playFileByIndexNumber(playFile);
delay(500);
}
return;
} else {
if (ticketNum == ticketQ-1) {
enterSleep(); // сон
}
if (ticketNum == ticketQ-2) {
setVol(); // регулировка громкости
}
}
}
}
// }
// Halt PICC
mfrc522.PICC_HaltA();
}
}
// РЕГУЛИРОВКА ГРОМКОСТИ ПО КАРТОЧКЕ
void setVol() {
switch (vol) {
case maxVol:
vol = minVol;
break;
case midVol:
vol = maxVol;
break;
case minVol:
vol = midVol;
break;
}
mp3.setVolume(vol);
}
Схема, примерно восстановленная по коду должна выглядеть таким образом (прошу прощения, если ошибся, но очень старался не ошибаться):
Здесь:
- U1 = ATmega328p
- UHT7333 = HT7333
- Конденсатор C1 = 0,1 мкФ
- Резистор R2 = ~50 Ом
- Резистор R3 = 220 Ом
- Резистор R4 = 1 кОм
- M1 = вибродатчик
- Резистор R4 = 1 кОм
- SP1 = динамик 8 Ом
- Piezo = пьезокерамический излучатель
- T1 = подходящий NPN-транзистор с током коллектора не менее 0,3А
- U2 = JQ6500 со следующей распиновкой: 1 — TX, 2 — RX, 3 — GND, 4 — VCC, 5 — BUSY, 6 — SPK+, 7 — SPK -
При текущей конфигурации аккумулятора емкостью порядка 2500 мАч хватает примерно на сутки использования ежа. Не сказать, чтобы много, но надо понимать, что график все время разный и большая часть энергии тратится, надеюсь, в активном режиме. Что в некоторой степени позволяет пренебречь несостоявшимся полным уводом в сон всей электроники ежа.
Если дать себе труд посчитать примерный бюджет, то получится что-то вроде этого (в USD):
- Плеер: 8,9
- ATmega328p: 1,1
- Макетная плата: 0,28
- Считыватель RC522: 2,21
- Динамическая головка: 0,99
- Пьезокерамический излучатель: 0,77
- Светодиоды: 0,12
- Транзистор: 0,14
- Стабилизатор: 0,13
- Вибродатчик: 0,13
- Мыльница: 0,99
- Пауэрбанк: 0,75
- Аккумулятор 18650: 3,9
- Зарядный адаптер Qi: 1,65
- Карта памяти: 3
- Еж Ивлин: 6
Итого 31,06, но на деле чуть больше, потому что еще нужен провод для соединений и другие мелочи вроде термоклея, двустороннего скотча и синей изоленты.
Наверное, должна быть какая-то особо важная заключительная фраза, но у меня в голове ее точно нет. Наверное, имеет смысл сказать, что ребенка игрушка вполне устраивает, и это точно лучше (а часто — и быстрее), чем включать ноутбук.
ps. про Bluetooth-колонки я в курсе, это немного не то, даже если поместить такого милого ежа.
