Carillon MP3 per bambini: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Quando cercavo alcuni nuovi progetti fai-da-te intorno ad arduino, ho trovato alcune belle idee sui lettori MP3 basati su RFID per bambini. E c'è una grande scatola di giocattoli professionale sul mercato: questi ragazzi governano. Hanno fatto un grande affare con la loro idea intelligente. Dai un'occhiata - troverai la loro pagina!

Dato che i miei due figli stanno iniziando ad ascoltare audiolibri e musica, sempre di più, e stanno ancora usando i buoni vecchi compact disc con tutti i problemi di gestione, ho deciso di costruire un lettore MP3 simile con alcune belle caratteristiche per renderlo un grande individuo giocattolo per loro. Dopo aver recentemente acquistato la mia prima stampante 3D, questo progetto sembrava essere un buon parco giochi per immergersi anche nella stampa 3D.

Così ho iniziato la fase di ideazione - quali funzionalità avrei voluto implementare - RFID, lettore MP3, WLAN (cancellato in seguito), controllo IMU, display LCD, sveglia, ricarica wireless… Avevo bisogno di fare qualche ricerca, quali componenti avrei avuto bisogno. Quali componenti potrei riutilizzare? Avevo ancora una IMU, un modulo LCD, alcuni nano Arduino.

Con una certa esperienza nella saldatura e nella misurazione, l'assemblaggio è fattibile entro 1-2 sessioni di lavoro.

La stampa della Box, composta da una base, una piastra di copertura e una stazione di ricarica, richiede del tempo (12+ ore a seconda delle impostazioni della stampante e dell'affettatrice), ma l'ho fatto durante la saldatura.

Passaggio 1: componenti

I componenti sono davvero mainstream nel frattempo. Ecco un elenco di componenti che ho usato per questo progetto.

1. Display LCD 1602 2x16 caratteri grandi 5 V 122*44 MM blu

2. Lettore RFID- NFC RFID-RC522 RF IC

3. Lettore MP3 - Modulo DFPlayer Mini Lettore MP3 Scheda di decodifica vocale MP3 per Arduino che supporta la scheda TF U-Disco IO/Porta seriale/AD

4. Altoparlante - 4 ohm 3 Watt 53 mm Altoparlante quadrato 36 mm Cappuccio argentato con bordo esterno in schiuma magnetica

5. Scheda Micro SD da 8 GB

6. Sensore giroscopio analogico a 3 assi MPU6050

7. MINI USB NANO V3.0 CH340 5 V 16 Mt Scheda micro controller Atmega328 (quasi tutti i pin utilizzati!)

8. DS3231 Precision RTC - Modulo sveglia

9. Powerbank JETech 3400 mAh

10. Modulo ricevitore caricabatterie wireless Qi PCBA universale fai-da-te - Blu + Nero

11. Prototipo Scheda PCB Prototipazione Breadboard universale stagnata Prototipazione FR4 PCB a doppia faccia 5x7 cm 50x70mm FR4

12. 1x 2N 3904: Transistor NPN TO-92 40V 0, 2A 0,5W

13. Resistore 1x1kOhm per limitare la corrente di base, 3x220Ohm 0,5 w (parallelo! per soddisfare la potenza - si può usare un resistore con specifiche più elevate, li avevo) per il carico di corrente tra emettitore e collettore. 2x1kOhms per la linea TX e RX tra Arduino e DFplayer per eliminare il rumore - non ho avuto problemi qui.

14. Alcuni componenti elettronici fai-da-te standard: saldatore, saldatore, clipper, connettori, cavi…

14. Tanta energia e un paio d'ore per assemblare:)

Prezzo totale per i componenti di cui sopra ~30-35€ - principalmente da aliexpress.com e dx.com. La spedizione richiede un po' di tempo, ma il prezzo è ottimo.

Passaggio 2: connettività elettronica

Non ho disegnato un layout, né ho usato alcuno strumento utile come Fritzing o simili. Probabilmente in un secondo momento. La descrizione di seguito mostra la connettività. Tutti i pin non menzionati non sono collegati.

Durante la saldatura ho continuato a misurare la connettività delle linee, è stato fatto anche il controllo finale con i componenti montati. Niente di più fastidioso che dover cercare una cattiva connessione dopo che tutto è stato assemblato. Maggior attenzione su GND e tensione +.

Il layout dei pin di qualsiasi componente è disponibile tramite Google.

Display LCD

LED----GND

LED+---Via powerbank da 220Ohm a 5V

DB7---Arduino D2

DB6---Arduino D3

DB5---Arduino D7

DB4---Arduino D8

E---Arduino A1/Pin 15

R/W---GND

RS---Arduino A0/Pin 14

V0--- Potenziometro 10Kohm Rx (per regolare il contrasto)

VDD --- Powerbank +5V

VSS --- GND

Lettore MP3 DFPlayer

VCC --- + Powerbank 5V

RX--- software seriale Arduino D5 (potenzialmente tramite resistore da 1kOhm in caso di problemi di rumore)

TX--- software seriale Arduino D9 (potenzialmente tramite resistore da 1kOhm in caso di problemi di rumore)

SPK1 --- Altoparlante +

GND --- Powerbank GND

SPK2 --- Altoparlante -

Occupato --- Arduino A7

GND --- GND

Lettore RFID NFC522

3.3V --- Arduino 3.3V

GND --- GND

MISO --- Arduino D12

MOSI --- Arduino D11

SCK---Arduino D13

SDA --- Arduino D10

Sensore giroscopico IMU 6050

VCC --- Arduino 3.3V

GND --- GND Powerbank

SCL --- Arduino A5/SCL

SDA --- Arduino A4/SDA

ADO---+3.3V (segnale alto) per indirizzo I2C 0x69

DS3231 Orologio in tempo reale

3, 3V --- Arduino 3.3V

SDA --- Arduino A4/SDA

SCL --- Arduino A5/SCL

GND --- GND

Carico corrente Trigger

Emettitore 2N3904 -- GND

Base 2N3904 -- via 1kOhm ad Arduino D6

Collettore 2N3904 - tramite 3x220Ohm (parallelo! - si può usare un resistore con specifiche più elevate, li avevo) a +5V

Accumulatore di energia

Linee V+ e GND di Powerbank collegate tramite connettore USB femmina al connettore di alimentazione a bordo e si collegano a Vin/GND di Arduino). L'accensione del powerbank avviene tramite microinterruttore nella piastra di copertura. Ho saldato un microinterruttore a V+ attraverso un resistore di carico a GND per simulare uno stato di carico e accenderlo. Successivamente il carico attuale ne impedisce lo spegnimento.

+5V -- Connettore di alimentazione a bordo +5V

GND --Connettore di alimentazione a bordo GND

+5V di powerbank -- resistenza di carico -- microinterruttore Pin A

GND -- microinterruttore pin B

Passaggio 3: assemblaggio dell'elettronica

I componenti della scheda - lettore MP3, RTC, IMU, Arduino sono montati nelle prese. I tasti di selezione e su/giù, RFID, LCD e alimentazione sono collegati tramite "cavi a banda" autosaldati abbastanza lunghi da poter essere inseriti nella scatola in un secondo momento.

Il microinterruttore per l'accensione del powerbank è un coperchio fisso - non mostrato nelle foto.

Ho usato un alimentatore fisso per testare la configurazione.

Durante l'assemblaggio ho testato ogni componente individualmente -> gli schizzi Arduino di esempio per i componenti sono molto utili qui.

Dato che il powerbank aveva uno spegnimento automatico a bassa corrente, ho incluso un picco di carico controllato da transistor ogni 15 secondi per 100 ms tramite un resistore da 70 Ohm (in realtà 3 paralleli da 220 Ohm per fornire un wattaggio sufficiente, è solo un breve picco ma i tre resistori condivideranno la corrente e quindi non saranno utilizzati al di sopra delle specifiche).

Successivamente si è scoperto che il Mini DFPlayer tira continuamente > 70mA. Poiché ho utilizzato lo spegnimento automatico del powerbank anche per lo spegnimento della scatola (non attivando più il carico corrente), ora devo ripensarci.

Ancora problemi con la modalità di sospensione di Arduino e DFplayer per ridurre la corrente: la corrente non scende al di sotto della soglia per abilitare lo spegnimento. Feedback benvenuto.

Nota: per il secondo Box ho dovuto riordinare un altro powerbank perché ho ucciso l'elettronica del mio iniziale. E guarda qui: questo powerbank si spegne 10 secondi dopo aver smesso di attivare la corrente di carico -> ora lo spegnimento funziona.

Il ricevitore di ricarica wireless è collegato all'USB di ricarica del powerbank. La base del caricatore è incorporata in una scatola del caricatore, stampata con la mia stampante 3D.

Passaggio 4: software

Software disponibile su github

La programmazione è divertente, mi piace iniziare con un rapido nucleo di esempi e sviluppare ulteriormente. Dato che non realizzo specifiche conseguenti, pianificazione delle funzionalità e piani di programma strutturati, mi ritrovo con un codice funzionante ma non proprio elegante. Questa è sempre una cosa da fare -> vai di più negli oggetti, separa in.h e.cpp …

Tuttavia, voglio che la cosa funzioni rapidamente, quindi in molti casi non ci arrivo sul percorso più efficiente.

Ma la cosa bella è che non appena l'HW funziona, si può iniziare a fare ogni genere di cose.

Ho usato l'IDE di arduino, un paio di librerie richieste - semplicemente fatto con il gestore di librerie IDE di arduino.

Quindi la mia versione attuale del software supporta:

Messaggio di benvenuto

Volume (mah)

Inclinazione sinistra/destra della casella per passare al brano precedente/successivo e, se l'RFID è disattivato, alla cartella successiva tramite avanti e indietro.

Pausa/Riproduci (duh)

Inizializza, impara nuovo RFID: la cartella viene assegnata in base alla successiva cartella della scheda SD RFID successiva. I dati sono memorizzati nella EEPROM di Arduino

Cartella di riproduzione assegnata all'RFID - assegnazione dell'RFID alla cartella tramite la funzione di apprendimento

Carica e salva i parametri per abilitare le impostazioni salvate. Ripristino di fabbrica:)

Impostazione dell'orologio e della data.

Attiva / disattiva la sveglia, imposta l'ora e i minuti della sveglia, riproduce una canzone fissa per la sveglia.

Spegni RFID - riproduci mp3 senza di esso.

Qualche altra idea sulla mia lista - ancora da implementare

Mostra la temperatura (l'RTC può farlo - misura la temperatura per compensare l'impatto sul quarzo)

Inizia a ridere quando viene scosso, Imposta la canzone per la sveglia

Scegli quale cartella è assegnata a RFID in modalità di apprendimento

Memorizza l'assegnazione della cartella e l'ultima canzone riprodotta sul chip RFID - riutilizzabilità tra le scatole (ne sto costruendo un'altra - due bambini ricordano ….?)

abilita lo spegnimento - al momento non funziona senza essere collegato a USB -> il carico di corrente tramite Powerbank è ridotto in questa impostazione.

Informazioni sulla struttura delle cartelle sulla scheda SD

Ho conservato alcuni audiolibri mp3 e musica per i miei figli. Quindi ho usato alcuni script linux per trasformare le canzoni nella giusta denominazione. Le cartelle devono essere denominate in sequenza numeri a due cifre (es. "00", "01", "02"…). I brani devono essere nominati in sequenza con numeri di tre cifre (es. "001.mp3", "002.mp3", …).

Il mio mp3 di benvenuto ("Ciao, sono la tua scatola dei giocattoli…") è memorizzato nella cartella "99" come "001.mp3".

Lo script non è a prova di idiota e dovrebbe essere utilizzato solo in una directory di "copia" e non sugli originali.

#!/bin/bashlet i=1 per file in *.mp3 do if (($i < 10)); poi mv "$file" "00${i}.mp3" elif (($i < 100)); then mv "$file" "0${i}.mp3" else mv "$file" "${i}.mp3" fi let i++ fatto

Passaggio 5: stampa e assemblaggio della scatola

Quindi ora HW e SW funzionano - ho bisogno di un BOX!

Un ottimo punto di partenza è Tinkercad: lo adoro! Semplice da usare e ottieni tutto ciò che desideri. Basandosi su una vasta comunità e molti ottimi esempi di "Tinkerers" intelligenti.

Si può facilmente entrare in questo per sempre - qui un cambiamento, là un nuovo supporto, foro, … nuovo design, ….

Ma alla fine sono completamente soddisfatto dell'attuale design della scatola. Ho anche costruito una scatola base per il caricabatterie su cui mettere la scatola mp3 per… ricaricare. Vedere qui

La stampa richiede tempo (~8-12 ore e oltre) e ho testato con diversi spessori di linea, alla fine sono rimasto agli standard delle stampanti. Per le scatole attuali sto usando le scatole prototipo (inizialmente stampate sulla base di un design precedente), tuttavia l'ultimo design ha alcune nuove funzionalità, supporti, interi che rendono un altro elemento nella mia lista di cose da fare.

E una cosa molto importante ancora da fare: procurarsi dei bei vestiti per la scatola - ma questo sarà il dominio di mia moglie - in attesa dei nuovi vestiti della scatola - in arrivo…

Non appena le stampe si sono raffreddate ed è stato eseguito un test di base dell'elettronica fuori dalla scatola, è stato necessario eseguire l'assemblaggio finale.

Ho usato la colla a caldo per fissare le parti - Microinterruttore, LCD e ricevitore RFID fissati alla piastra di copertura. Ho usato del nastro biadesivo per prefissare i componenti e poi ho usato la colla a caldo per inserire alcuni punti di fissaggio finali.

Stessa cosa con la scatola di base. Per prima cosa fissa la piastra del ricevitore di ricarica a terra della scatola - il nastro biadesivo ha fatto un buon lavoro qui - deve essere regolato al centro della base per essere abbastanza vicino alla bobina di ricarica quando si posiziona la scatola sopra la base del caricabatterie.

Quindi il powerbank, di nuovo pre-fissare con il doppio lato, quindi mettere della colla a caldo sui punti 'strategici'. L'altoparlante potrebbe essere fissato con dei bei punti di colla sui supporti predisposti - bello e stretto.

Infine la scheda: ho incluso alcuni mini pad di montaggio nel design della stampa 3D, quindi la scheda si è adattata perfettamente con, di nuovo, alcuni punti strategici di colla a caldo. Il tintinnio non dovrebbe mettere le cose a parte, quindi ho prestato attenzione a questo.

E infine usa alcune mini viti disponibili (il mio progetto di stampa includeva alcuni supporti per viti 3M, ma non erano proprio eccezionali per le viti vere)

Passaggio 6: scatola finita, ma senza vestiti

Ed ecco le due scatole finite per i miei figli. Hanno già fatto alcuni beta-test e hanno trovato alcuni bug del software;-).

Ho anche acquistato una confezione da 20 di adesivi RFID M3.

Ora ho bisogno di raccogliere tutte le possibili piccole figure e farle giocare a gettoni per la scatola MP3. Divertimento per papà e bambini:)