Говорящая Arduino шапка Деда Мороза

Общие сведения:

В этом уроке мы создадим шуточное устройство, которое можно использовать как украшение новогоднего стола, а именно говорящую Arduino-шапку Деда Мороза, реагирующую на движение в зоне видимости датчика расстояния и читающую стихи (но вы можете заставить её делать практически всё, что угодно).

Видео:

Нам понадобится:

• 1х Шапка Деда Мороза;
• 1х Arduino / Piranha UNO;
• 1х Battery Shield;
• 1х Trema Shield;
• 2х Trema-модуль Адресный светодиод NeoPixel;
• 1х датчика расстояния HC-SR04;
• 1х MP3-плеер;
• 1х Карта памяти MicroSD;
• 1х Динамик;
• 1х Сервопривод;
• 2х нейлоновые стойки;
• 1х ПВХ-конструктор 1;
• 1х ПВХ-конструктор 2;
• 1х ПВХ-конструктор 3;
• 1х Крепёж;
• 14х Провода типа "мама-мама";

Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки:

• DFPlayer Mini mp3 Arduino Library V1.3 — для работы с плеером;
• iarduino_HC_SR04_int — для работы с ультразвуковыми датчиками расстояния;
• iarduino_NeoPixel — для работы с адресными светодиодами NeoPixel;
• Servo — входит в стандартный набор библиотек Arduino IDE и не требует дополнительной установки;

О том, как устанавливать библиотеки, Вы можете ознакомиться на странице Wiki - Установка библиотек в Arduino IDE.

Описание работы устройства:

После подачи питания говорящая Arduino-шапка готова к работе.

Для того, чтобы включить анимацию, достаточно поднести руку к датчику на указанное расстояние.

Схема сборки:

Arduino / Piranha UNO:

Batery Shield:

Установите Battery Shield на Arduino / Piranha UNO:

Trema Shield:

На Battery Shield установите Trema Shield:

MP3-плеер:

Подключите MP3-плеер к Trema Shield и динамик к MP3-плееру:

Так как выводы 0 и 1 зарезервированы под RX и TX, перед загрузкой скетча необходимо отключить плеер от платы, а после загрузки и перед использованием подключить обратно.

Датчик расстояния

Подключите датчик расстояния HC-SR04 к Trema Shield:

Сервопривод

Подключите Сервопривод к Trema Shield:

Адресные светодиоды:

Подключите адресные светодиоды NeoPixel к Trema Shield:

Trema-модули NeoPixel соединены друг c другом, а первый модуль можно подключить к любому выводу Arduino (в скетче используется вывод D4). Чем больше модулей в цепи, тем больше тока она потребляет, поэтому в схеме используется стабилизированный источник питания Battery Shield на 5В постоянного тока.

ПВХ-конструктор

Так как проект не предполагает использования готовых корпусов, для изготовления всех необходимых элементов корпуса воспользуемся готовыми пластинами №1, №2 и №3 из которых, используя любой режущий инструмент, можно вырезать детали необходимого размера. Более подробно о том, как это сделать, вы можете увидеть в видео выше.

В данном проекте мы сделали следующие детали (размер одной "пустой" клетки 5х5мм, размеры приведены по количеству "сквозных" клеток):

• 1х пластина для основания 12х13;
• 1х пластина для крепления Piranha Uno 12х9;
• 4х опоры 5х3;
• 2х пластина для крепления сервопривода 11х4;
• 1х узкая пластина для крепления верхней "губы" 8х4;
• 1х широкая пластина для имитации верхней "губы" 8х7;
• 1х широкая пластина для имитации нижней "губы" 7х5;
• 2х квадрат для крепления модуля NeoPixel 5х5;
• 1х перемычка для крепления двух модулей NeoPixel 12х3;
• 1х пластина для крепления ультразвукового датчика расстояния 12х10;

Код программы (скетч):

Алгоритм работы скетча:

До кода void setup() определяются переменные, подключаются необходимые библиотеки.

В коде void setup() инициализируется MP3-плеер, адресные светодиоды NeoPixel, датчик расстояния, сервопривод, выключаются светодиоды, если до этого они горели.

Код void loop() делится 2 части:

• ЧАСТЬ 1: Проверяется, обнаружил ли датчик расстояния препятствие в указанной зоне:
  • Если да, то запускается трек с мелодией (который при каждом следующем срабатывании увеличивается на 1), ставится флагflg_moroz или flg_terminator в данной зоне (в зависимости от трека, который будет играть), обнуляется счётчик времени timer1, фиксирующий наступление события, чтобы в следующий раз оно сработало через время hcsr_waiting_time_near, настраивается время action time для каждого конкретного трека;

• ЧАСТЬ 2: Проверяется, был ли установлен флаг наличия препятствия:
  • Если был установлен флаг flg_moroz:
    • Проверяем, истекло время выполнения анимации timer1 + action_time или нет;
      • Если не истекло, то задаём режим работы светодиодных модулей (строки 60-73) и сервопривода (строки 75-202);
      • Для того, чтобы соотнести слова трека и движение сервопривода, применён следующий метод:
        • на букве "А" сервопривод отклоняется на 45 градусов;
        • на всех гласных, кроме "А", сервопривод отклоняется на 20 градусов;
        • на всех согласных сервопривод не отклоняется (0 градусов);
        • Помимо этого, вам понадобится любой аудиоредактор, чтобы можно было определить время произнесения тех или иных букв с точностью до миллисекунд;
      • Если истекло, то гасим все светодиоды и сбрасываем флаг;
  • Если был установлен флаг flg_terminator:
    • Проверяем, истекло время выполнения анимации timer1 + action_time или нет;
      • Если не истекло, то задаём режим работы светодиодных модулей (строки 216-226) и сервопривода (строки 228 - 235);
      • Для того, чтобы соотнести слова трека и движение сервопривода, применён следующий метод:
        • на букве "А" сервопривод отклоняется на 45 градусов;
        • на всех гласных, кроме "А", сервопривод отклоняется на 20 градусов;
        • на всех согласных сервопривод не отклоняется (0 градусов);
        • Помимо этого, вам понадобится любой аудиоредактор, чтобы можно было определить время произнесения тех или иных букв с точностью до миллисекунд;
      • Если истекло, то гасим все светодиоды и сбрасываем флаг;

Про треки:

Для того, чтобы плеер верно мог воспроизвести ваши треки, их необходимо разместить на SD-карте следующим образом:

1. Переименуйте все ваши треки, которые вы хотите воспроизвести с плеера, используя следующую форму: 000Х.mp3, где Х - порядковый номер трека;
2. Создайте в основной директории карты новую папку и переименуйте её в "mp3";
3. Скопируйте ваши переименованные файлы с компьютера на карту памяти;

Готово! Теперь, зная количество и названия треков, внесите изменения в скетче там, где указывается порядковый номер трека и условия его воспроизведения (строки 43-53)

Ссылки:

• Библиотека iarduino_NeoPixel;
• Библиотека DFPlayer Mini mp3 Arduino Library V1.3;
• Библиотека iarduino_HC_SR04_int;
• Wiki - Установка библиотек в Arduino IDE;
• Wiki - Piranha UNO;
• Wiki - Battery Shield;
• Wiki - Trema Shield;
• Wiki - Trema-модуль Адресные светодиоды NeoPixel;
• Wiki - Ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR04;