基于Arduino Pro Mimi_语音播放彩灯系统
一项目简介睡前给小朋友讲故事，哄自己的宝贝睡觉，已经成为很多家长的沉重负担，特别是很多女性，既要在外面拼搏，又要负责繁重的家务，好不容易想躺一下，不通情达理的心肝宝贝吵着听故事，真累！
这款智能设备可以为您分忧解难：通过ardiuno min单片机，语音模块，RGBLED模块，机智云平台，用手机作为控制界面，随心所欲地控制一个深受小朋友喜爱的，能播放故事，音乐，还能发出五彩缤纷，变幻莫测的灯光，秒杀小主人的无理要求，让你瞬间从纠缠中解脱出来。
http://v.youku.com/v_show/id_XMzE3MTc0MTU5Mg
二 硬件准备
序号名称规格/型号数量
1主机ArduinoPro Mimi一台
2从机ArduinoPro Mimi一台
3ESP826WiFi模块ESP-12F一个
4语音模块N9200B一个
5RGBLED彩灯模块WS2812B16通道一个
6微型音箱8Ω/3W一个
7直流过滤器5V/5A一个
8WiFi模式配置按钮机械复位一个
9滤波电容60V1uF一个
10儿童硅胶玩具萌宠小动物一个
11TF卡1G一个
改装前的硅胶玩具
改装后的语音播放彩灯系统
分解后的模块
完全肢解后的零部件
三软件开发环境以及工具
（1）单片机
1）代码编辑：Notepad++
2）编译工具：Arduino IDE
3）烧写工具：OpenJumper
（2）固件烧写工具
ESP_DOWNLOAD_TOOL_V2.4
（3）手机测试用Demo App
请到机智云物联网云平台下载，与本系统配置绑定后立刻可以控制体验。
四控制思路
（1）主机
1）主机MCU1专注与云端和从机的通信，把采集，处理后的数据发送到相应的设备。
2）数据点开关类：启动/停止播放或灯光，数据类型：布尔值。选项类：确定被控制对象的多项模式，数据类型：枚举。模拟类：对连续变化变量控制，数据类型：数值。详细数据内容请参阅下表：
语音彩灯控制系统数据点
显示名称标识名读写类型数据类型数值枚举备注
分辨率增量数据范围最小值数据范围最大值选项
开关Switch可写布尔值
设备总开关
播放Play_Pause可写布尔值
语音开关
播放模式Play_Mode可写枚举
全部循环,单循环,随机播放语音播放模式
播放内容Proj_Select可写枚举
故事会,音乐会播放选项
单色控制EVENT_LED_COLOR可写枚举
关闭,黄色,紫色,粉色彩灯单色控制
彩灯花样Scene可写枚举
关闭,涂色效果,戏剧追逐效果,彩虹效果彩灯花样选择
音量Volume可写数值10030
音量控制
选曲模式Control_Mode可写数值10040
播放顺序选择
环境温度Temperature只读数值1-13-13187
备用
环境湿度Humidity只读数值100100
备用
（2）从机
1）语音专用模块MCU2 专注于解析从主机发来的数据包，依据自身规定的命令集，发挥语音模块丰富的功能，使用方法请参阅附件“N9200 MP3模块说明书（不带配置）v1.3”。
2）彩灯控制器MCU3 通过开源的Adafruit_NeoPixel函数库，控制WS2812B彩灯模块发出五颜六色的绚丽光彩。
五代码说明
（1）使用机智云的代码自动生成工具，方法请参阅bigfanofloT老师的“史上最详细的Arduino uno R3接入机智云教程”一文。
（2）主机代码
1）WiFi配置用代码的修改
void wifiStatusHandle()
{
//WIFI配置为SOFTAP模式
if(myGizwits.wifiHasBeenSet(WIFI_SOFTAP))
{
sd_data = 'R';//设置标志字符为“R”
Data_Send();//向从机发送点亮RGBLED红色灯指令
}
//WIFI配置为AIRLINK模式
if(myGizwits.wifiHasBeenSet(WIFI_AIRLINK))
{
sd_data = 'G';//设置标志字符为“G”
Data_Send();//向从机发送点亮RGBLED绿色灯指令
}
//WIFI配置成功
if(myGizwits.wifiHasBeenSet(WIFI_CON_ROUTER))
{
sd_data = 'F';//设置标志字符为“F”
Data_Send();//向从机发送关闭RGBLED灯指令
}
作为配置状态的显示手段，WS2812B16通道RGBLED灯分别在SOFTAP模式时，点亮红色，AIRLINK模式时，点亮绿色，成功时关闭所有通道的灯。
2）语音模块控制代码
语音模块的指令集比较多，这里只简单说明几个数据包如何发送，其他都大同小异，主机完整代码里面有详细的注释，请参阅为盼。下面我们根据厂家提供的N9200B语音模块的部分指令集，说明一下如何添加这部分的逻辑代码：
N9200B指令（16进制数据）
指令名称指令代码反码数据长度数据1数据2校验和
播放04FB0101-01
暂停04FB0102-02
上一曲04FB0104-04
音量控制06F90201VOL04
①首先需要定义一个多维数组“unsigned char data = {0,0,0,0,0,0,0};”，用于储存语音数据包。然后根据不同的指令，把16进制的数据添加到下面各个函数的数组中，其中播放，暂停，上一目录的数据都是常量，只有音量的第二组数据为变量v，由于校验和w，表示除了校验和本身之外，所有字节之和，所以校验和也成了变量w。
②然后创建播放Control_Play()，暂停Control_Pause()，上一目录Control_Back_dir()以及音量控制Control_Volume()4个函数，这样在各个逻辑代码区域就可以调用了。
void Control_Play(){
unsigned char data = {0x04,0xfb,0x01,0x01,0x01};//将播放数据包存进数组储存器
mySerial1.write(data,7);//将以上数据包发送到语音模块
}
void Control_Pause(){
unsigned char data = {0x04,0xfb,0x01,0x02,0x02}; //将暂停数据包存进数组储存器
mySerial1.write(data,7);//将以上数据包发送到语音模块
}
void Control_Back_dir(){
unsigned char data = {0x04,0xfb,0x01,0x12,0x12};//将上一目录数据包存进数组储存器
mySerial1.write(data,7);//将以上数据包发送到语音模块
}
void Control_Volume(){
unsigned char data = {0x06,0xf9,0x02,0x01,v,w};//将音量数据包存进数组储存器
mySerial1.write(data,7);//将以上数据包发送到语音模块
}③函数的调用
因为音乐控制需要用到变量，下面我们详细说明一下如何调用音量控制函数对音量进行控制。其他函数的调用大同小异，请举一反三，与此类推。
(myGizwits.hasBeenSet(EVENT_Volume))，myGizwits.read(EVENT_Volume,&varR_Volume);都是机智云自动生成的代码，用于读取云端的数据，我们只管使用就行。
上面介绍过，语音模块厂家的音量通信指令格式为（06 F9 02 01 vw），其中，v为音量数据，厂家规定音量等级范围为（0-30），w为校验和，表示除了校验和本身之外，所有字节之和，这里我们有一个更简易的计算方法：w=v+2。下面的第9行代码就是用这个公式计算校验和的。第2-6行代码表示从云端读取音量变量 varR_Volume的数值，并存入v，当音量在规定范围内(0 <= v < 31)时，调用 Control_Volume();，注意函数内的数组unsigned char data = {0x06,0xf9,0x02,0x01,v,w};，的变量将被替代成unsigned char data = {0x06,0xf9,0x02,0x01,v,(v+2)};，例如：当将手机的音量滑动条移到20等级的音量位置时，v将存入0x14的16进制数据（十进制20的HEX值），数组将替代成unsigned char data = {0x06,0xf9,0x02,0x01,0x14,0x16};。 另外其他的二种状态：音量小于0时(v < 0)，音量大于最大值时(v > 30)的时候，系统强制限定其回归规定范围内，数组变量替代方法以及调用的函数都大同小异，这里不再累述。
//音量控制
if(myGizwits.hasBeenSet(EVENT_Volume))
{
myGizwits.read(EVENT_Volume,&varR_Volume);//Address for storing data
//收到来自云端的音量控制指令
v = varR_Volume;//将云端下发的音量数值存到V
if(0 <= v < 31)//音量在规定范围内
{
w = v + 2;//计算校验和，并将结果存入w
Control_Volume();//调用带有当前音量数值的音量控制函数
}
else if(v < 0)//音量小于0时
{
v = 0;//强制静音
w = v + 2;//计算校验和，并将结果存入w
Control_Volume();//调用带有当前音量数值的音量控制函数
}
else if(v > 30)//音量大于规定值时
{
v = 30;//强制限定到音量最大值
w = v + 2;//计算校验和，并将结果存入w
Control_Volume();//调用带有当前音量数值的音量控制函数
}
}
3）RGBLED彩灯控制
由于彩灯运行时，CPU一直以循环的方式依次对彩灯做花样模式变换控制，非常“忙绿”，如果这时云端有数据进入，会有点应接不暇，所以我们追加了一个从机，专门负责彩灯“事务”，主机和从机都参与了对彩灯的控制，但是主机只专注于将云端的彩灯控制指令收集，分类后通过串口用字符代号转发给从机，从机利用库函数进行控制。下面我们分析主机的这部分代码。
//设定彩灯花样标志
if(myGizwits.hasBeenSet(EVENT_Scene))
{
myGizwits.read(EVENT_Scene,&varR_Scene);//Address for storing data
switch(varR_Scene){
//自定义
case Scene_VALUE0:
sd_data = 'F';
Data_Send();
break;
//涂色效果
case Scene_VALUE1:
sd_data = 'W';
Data_Send();
break;
//戏剧追逐效果
case Scene_VALUE2:
sd_data = 'C';
Data_Send();
break;
//彩虹效果
case Scene_VALUE3:
sd_data = 'B';
Data_Send();
break;
//default;
//break;
}
}
//binary datapoint handle
myGizwits.process();
}
//发送彩灯控制数据
void Data_Send(){
mySerial2.println(sd_data);
}①彩灯花样模式控制 上面代码的第1-31行，用于彩灯花样控制，varR_Scene用于读取云端彩灯场景变量值，然后通过读取的结果，调用函数。其中Scene_VALUE0-3是机智云根据数据点生成的结构体枚举数据，一共有4个，根据这4个条件，调用Data_Send();函数，分别发送F,W,C,B 4个字符代号，用于发送给从机执行“关闭，涂色效果，戏剧追逐效果和彩虹效果”等命令。
②WiFi配置状态显示彩灯控制
详细请参阅本文“1）WiFi配置用代码的修改”。
（4）从机代码
1）语音控制模块
模块是市售成品，没有开源资料，只有使用说明书，按照说明书提供的指令集就可以用代码控制了。
2）彩灯控制器
该代码充分利用当下流行的Adafruit_NeoPixel函数库，作为控制主线，读取主机串口的指令字符集，判断相关条件，添加相应代码，完成对WS2812B16通道RGBLED彩灯模块的控制。详细代码：
①彩灯花样控制代码
花样五花百门，时间关系，我们只介绍“戏剧追逐效果”这部分的代码。
②彩灯花样函数
“theaterChase()”是一个不断循环的三色追逐效果函数，只要不断电，就一直循环下去，除非串口收到字符“F”，循环才会中断。
void theaterChase(){
Serial.println(ch);
ch = ' ';//清空字符储存器
while(1){
theaterChase(strip.Color(127, 0, 0), 12); // 红色-指定第12号灯开始红色追逐
theaterChase(strip.Color(0, 127, 0), 12); // 绿色-指定第12号灯开始绿色追逐
theaterChase(strip.Color(0, 0, 127), 12); // 蓝色-指定第12号灯开始蓝色追逐
ch = Serial.read();//读取串口数据
if(ch == 'F'){
RGB_LED_Off(); //当串口收到字符“F”，脱出死循环，关闭所有通道的LED灯
break;
}
}
return;
}
③花样函数的调用
字符：“C”是主机通过串口发过来的，在手机界面上的意思是启动“戏剧追逐效果”场景，从机收到这个字符后，会立刻调用“theaterChase();”函数，这样RGBLED彩灯就会发出绚丽夺目的光亮了。
void loop() {
if(Serial.available() > 0){
ch = Serial.read();
}
switch(ch){
case 'C':theaterChase();break;//戏剧追逐效果
default :
break;
}
} 上面通过举例，说明了该系统的部分代码，更详细和完整的内容，请参阅附件的“ardiuno完整代码”。为方便大家分享，附件还添加了电路图，代码，模块，固件烧写包等详细资料，请查阅为盼。鉴于篇幅所限，未能提供更多的说明，这方面的教程，请参阅Genius，admin以及bigfanofloT等老师的文章，里面都有非常详细，非常实用的内容。
感谢大家的关注，如有不妥之处，恳请批评指正。
清风duino 发表于 2018-3-20 17:03
很好！就是各种思路，只要能够快速推出就是好的方法，能够分享一下吗？
...
void rainbow(){
Serial.println(ch);
ch = ' ';
while(1){
for(uint16_t j=0; j<256; j++) {
for(uint16_t i=0; i<strip.numPixels(); i++) {
strip.setPixelColor(i, Wheel((i+j) & 255));
ch = Serial.read();
if(ch == 'F'){
RGB_LED_Off();
return;
}
}
strip.show();
delay(20);
}
for(uint16_t j=0; j<256*5; j++) { // 5 cycles of all colors on wheel 在全彩色谱内循环5次
for(uint16_t i=0; i< strip.numPixels(); i++) {
strip.setPixelColor(i, Wheel(((i * 256 / strip.numPixels()) + j) & 255));
ch = Serial.read();
if(ch == 'F'){
RGB_LED_Off();
return;
}
}
strip.show();
delay(20);
}
for (int j=0; j < 256; j++) { // cycle all 256 colors in the wheel 按全彩色谱转圈
for (int q=0; q < 3; q++) {
for (int i=0; i < strip.numPixels(); i=i+3) {
strip.setPixelColor(i+q, Wheel( (i+j) % 255)); //turn every third pixel on 以三盏灯一组点亮
ch = Serial.read();
if(ch == 'F'){
RGB_LED_Off();
return;
}
}
strip.show();
delay(50);
for (int i=0; i < strip.numPixels(); i=i+3) {
strip.setPixelColor(i+q, 0); //turn every third pixel off 以三盏灯一组熄灭
}
}
}
}
}
就是这样了，把函数改一下 爱哭的王小吹 发表于 2018-4-1 15:54
我最近做这个彩灯的时候，想要自己定义从机彩灯的颜色。不晓得如何从主机那里发送数据？就是可以自己定义从 ...
回复“如何将gokit3s和自己作的项目连接”可以使用标准的机智云宠物屋+MCU自动生成代码，修改后变为自己的项目，具体方法如下：
1）在机智云平台的开发中心，设定好需要开发的项目
2）按照数据点的内容自动生成MCU代码
3）把自动生成的代码里面的逻辑判断语句，定义的变量，复制到附件Gizwits_Examples上，并按照需要控制的对象，逐一修改逻辑代码。
4）把修改好的MCU代码连同自动生成的其他“.c”，“.h”全部更替到Gizwits_Examples里头。
为了方便使用和了解，我把整理好的标准代码以及参考用的例子打包发给您，请参考。如有不对的地方恳请指教批评。 清风。
清风duino 发表于 2018-4-16 11:52
回复“如何将gokit3s和自己作的项目连接”可以使用标准的机智云宠物屋+MCU自动生成代码，修改后变为自己 ...
感谢楼主，本小白基本完成了我的彩灯项目的全部制作，非常感谢楼主的分享，已经可以调节ws2812彩灯的的个性化rgb值了，现在控制部分也基本完成，但是在使用原生机智云的app来控制音乐的播放，这一点在app界面上感觉有点差强人意，最近在补appui界面制作的这方面知识。（app制作好难啊，写个helloworld，出现1万个错误），楼主可有优化音乐控制的界面的想法？ 这个可以做产品出售了。 AK49 发表于 2017-11-27 11:13
这个可以做产品出售了。
:)谢谢关注 清风duino 发表于 2017-11-27 11:28
谢谢关注
这个语音模块哪里有卖的，淘宝没有。只有一个看起来质量不好。 语音模块购买地址：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w11632562-16689736681.25.437e57b4uo53E2&id=42236535405
不可以发链接，请删除。谢谢！ 楼主做的超级认真，感谢分享，期待后续作品。 感谢您的关注，请多多指导。 本帖最后由 peter58 于 2017-12-30 10:29 编辑
你好下载你的程序编译了下，编译不通过是不是缺少#include <I2Cdev.h>这个库呢？请问哪里可以下载这个库，谢谢！！
找到了，已解决
感谢您的关注，有问题的话请随时联系。 本帖最后由 peter58 于 2018-1-7 22:46 编辑
在你程序基础上把声音搞成了一个音乐频谱显示，led显示随音乐变化而变化，效果还可以；去除N9200模块，用闭路输入声音（音乐）或者用咪头都可以（开放式）都行。不过我还是用了N9200模块做的闭路音频输入，这样就可以用机智云控制，还是很好玩的。器件只用了一个ARDUINO MINI,N9200,ESP8266,这样省掉了一个ARDUINO MINI。
peter58 发表于 2018-1-7 09:04
在你程序基础上把声音搞成了一个音乐频谱显示，led显示随音乐变化而变化，效果还可以；去除N9200模块，用闭 ...
:handshake非常感谢您的改进和完善，方便的话请分享一下，可以吗？ 清风duino 发表于 2018-1-8 05:23
非常感谢您的改进和完善，方便的话请分享一下，可以吗？
其实也就是用的你的声音处理（控制）程序，把原来控制LED的数据点去掉，只要控制声音部分的数据点，在加了个WS2812的显示代码，通过读取A的模拟信号来控制LED的显示，代码都是东拼西斗出来的，我自已也就小白一个，不好意思拿来显摆，既然你说了，我就整理下另外开个贴放上来。 peter58 发表于 2018-1-8 13:32
其实也就是用的你的声音处理（控制）程序，把原来控制LED的数据点去掉，只要控制声音部分的数据点，在加 ...
千万不要这样说，我们是一个共享大家庭，任何改善方案和建议都是有意义的，期待您的方案！ 从机里面的ws2812的彩虹效果依旧会出现“系统忙碌”的效果，就是发送了“F”,还是没有关掉当前的彩虹效果，而是等这次的彩虹效果走完才会读入“F”.然后才会灭掉灯。有什么办法可解决吗？ 爱哭的王小吹 发表于 2018-3-11 10:16
从机里面的ws2812的彩虹效果依旧会出现“系统忙碌”的效果，就是发送了“F”,还是没有关掉当前的彩虹效果， ...
这是一个很好的问题，解决方案可以从彩虹函数各个节点读取USART的停止指令，然后退出循环，更简单的方法是用硬件RESET(复位)Arduino，但是有点“暴力”，有空我也想想更好的方案，如果您有社么好的建议，请分享，感谢您的关注。 清风duino 发表于 2018-3-16 16:03
这是一个很好的问题，解决方案可以从彩虹函数各个节点读取USART的停止指令，然后退出循环，更简单的方法 ...
我用的是比较笨的方法了，将彩虹函数里面的3个小函数一起放到彩虹函数中，将彩虹函数直接打包成一个大函数，然后分别在，每一个小函数里面放一个‘F’的检测，这样就可以一接收到‘F’立马进行off语句，然后直接renturn，这样就直接结束了彩虹函数。
’ 爱哭的王小吹 发表于 2018-3-20 13:14
我用的是比较笨的方法了，将彩虹函数里面的3个小函数一起放到彩虹函数中，将彩虹函数直接打包成一个大函 ...
很好！就是各种思路，只要能够快速推出就是好的方法，能够分享一下吗？
非常棒！谢谢您的分享，以后请多多交流指教。 我最近做这个彩灯的时候，想要自己定义从机彩灯的颜色。不晓得如何从主机那里发送数据？就是可以自己定义从机的当前rgb的pwm值？我目前没想到怎么解决
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