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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。
二 硬件准备
序号 | 名称 | 规格/型号 | 数量 | 1 | 主机 | | 一台 | 2 | 从机 | Arduino Pro Mimi | 一台 | 3 | ESP826WiFi模块 | ESP-12F | 一个 | 4 | 语音模块 | N9200B | 一个 | 5 | RGBLED彩灯模块 | WS2812B 16通道 | 一个 | 6 | 微型音箱 | 8Ω/3W | 一个 | 7 | 直流过滤器 | 5V/5A | 一个 | 8 | WiFi模式配置按钮 | 机械复位 | 一个 | 9 | 滤波电容 | 60V 1uF | 一个 | 10 | 儿童硅胶玩具 | 萌宠小动物 | 一个 | 11 | TF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 |
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| 设备总开关 | 播放 | Play_Pause | 可写 | 布尔值 |
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| 语音开关 | 播放模式 | Play_Mode | 可写 | 枚举 |
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| | 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 |
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| | 故事会,音乐会 | 播放选项 | 单色控制 | EVENT_LED_COLOR | 可写 | 枚举 |
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| | 关闭,黄色,紫色,粉色 | 彩灯单色控制 | 彩灯花样 | Scene | 可写 | 枚举 |
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| | 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 | 1 | 0 | 0 | 30 |
| 音量控制 | 选曲模式 | Control_Mode | 可写 | 数值 | 1 | 0 | 0 | 40 |
| 播放顺序选择 | 环境温度 | Temperature | 只读 | 数值 | 1 | -13 | -13 | 187 |
| 备用 | 环境湿度 | Humidity | 只读 | 数值 | 1 | 0 | 0 | 100 |
| 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
- }
-
复制代码 作为配置状态的显示手段,WS2812B 16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 | 04 | FB | 01 | 01 | - | 01 | 暂停 | 04 | FB | 01 | 02 | - | 02 | 上一曲 | 04 | FB | 01 | 04 | - | 04 | 音量控制 | 06 | F9 | 02 | 01 | VOL | 04 | ①首先需要定义一个多维数组“unsigned char data[7] = {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[7] = {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[7] = {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[7] = {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[7] = {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
- }
复制代码 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 v w),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[7] = {0x06,0xf9,0x02,0x01,v,w};,的变量将被替代成unsigned char data[7] = {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[7] = {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
- }
- }
-
复制代码 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);
- }
复制代码 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WS2812B 16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;
- }
复制代码 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;
- }
- }
复制代码 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。
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Arduino Pro Mimi.zip
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ESP-12F规格说明书.pdf
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N9200 MP3模块说明书(不带配置)v1.3.pdf
(1.83 MB, 下载次数: 66)
WS2812B规格书.pdf
(433.51 KB, 下载次数: 43)
语音彩灯控制系统电路图.pdf
(702.47 KB, 下载次数: 75)
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