2024-5-21 16:56:01 [显示全部楼层]
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[动态] 【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站

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一、创意灵感
我们通过观察发现学龄段儿童对音乐类玩具很感兴趣,例如卡拉OK麦克风这一玩具在淘宝上的销量就很高,通过播放儿童歌曲,帮助学龄段儿童学习音乐,提高音乐感知能力,但现有的卡拉OK麦克风玩具的问题是:
1.功能单一   2.无法录音    3.缺少亲子互动
所以我们决定利用物联网技术、人工智能技术对卡拉OK麦克风进行升级,从而制作一个包含儿歌与绘本、内置录音、且能够实现远程亲子互动功能的智能儿童音乐工作站,不仅为学龄段儿童提供娱乐性和趣味性,还能促进音乐和语言发展,增强自信心和表达能力,更能促进亲子互动与交流。


二、演示视频



三、功能简介
本作品为基于物联网的智能儿童音乐工作站,由三个部分组成,具体功能如下:

1.卡拉OK玩偶
通过行空板的板载麦克风,实现录制音频功能;
通过行空板与蓝牙音箱,点击屏幕能够播放儿童歌曲《花园里种花》《小兔子乖乖》、绘本《安徒生童话》、录制的音频;
通过模拟声音传感器制作一个模拟话筒,以便对儿童唱歌时的声音强度进行检测,将结果实时显示在行空板屏幕上;
通过按钮与彩色LED灯带,实现儿童与玩具的互动:按下黄色按钮后,麋鹿帽子上的灯带会有呼吸灯的效果,同时播放声音:“宝宝唱的真好”;
按下行空板A键时,屏幕显示歌曲剩余播放时间。

2.旋转音乐盒
通过舵机与按钮,握住麋鹿玩偶的左手,音乐盒上的圣诞老人会旋转,增加儿童玩具的趣味性。

3.亲子远程互动平台
通过EASYLOT物联网平台,家长可使用手机小程序远程查看儿童播放歌曲、绘本的时间及频率,随时随地掌握儿童的动态;
通过发送消息模块,家长可使用手机远程与儿童互动,促进亲子交流:
(1)输入play指令时,音箱播放“宝宝快来和小麋鹿一起玩呀”
(2)输入sleep指令时,音箱播放“宝宝该睡觉了”


四、制作步骤
步骤1作品功能分析与设计
首先围绕着智能玩具主题进行讨论,归纳学龄段儿童玩具的种类,经过分析选择制作的智能玩具种类为音乐类;接着提出现有的音乐类玩具存在的问题,根据问题确定解决方案,设计作品的功能。


【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图1


步骤2 绘制结构草图与选择器材
在外观上,选择麋鹿玩偶做卡拉OK机的主要的外形,搭配音乐盒丰富作品功能;根据产品清单,选择需要的硬件。
硬件清单:

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图11

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图12

步骤3 设置物联网与连接蓝牙
登录EASYLOT物联网平台iot.dfrobot.com.cn,新建设备并命名:音乐工作站

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图2

由于学校的喇叭模块被借走,因此使用蓝牙音箱代替,使用MoBaxterm软件,依次输入以下指令进行连接:
1.ssh root@10.1.2.3        
2.password:dfrobot           
3.bluetoothctl            
4.default-agent      
5.power on
6.scan on         
7.trust ( 蓝牙音箱MAC地址)   
8.pair( 蓝牙音箱MAC地址)         
9.connect( 蓝牙音箱MAC地址)

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图3

步骤4 收集音频素材与编程环境部署
1.收集素材
在网站中下载儿童歌曲与绘本的mp3音频文件儿童歌曲大全 儿童歌曲大全mp3下载 - 好课件吧 (goodkejian.com)
使用Text To Speech - 在线文本转语音 (text-to-speech.cn)网站,制作互动语音,如:宝宝唱的真好等
使用在线转换音频文件 (aconvert.com)网站,转换音频格式为wav格式
下载麋鹿图片作为行空板屏幕背景和logo图标

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图5

2.编程环境部署
添加行空板、MQTT、舵机等扩展库,连接远程终端

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图4

步骤5 连接硬件与编写程序
1.连接硬件
将灯带、按钮、声音传感器等硬件与行空板相连接,将舵机、按钮与Arduino Nano主控板相连接,并记录对应的引脚;
通过焊接和接线,将2.54mm杜邦头 转换为PH2.0接口,同时增加线的长度。

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图6
【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图9
【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图7

2.编写程序
程序分为2部分,第一部分为卡拉OK玩偶,使用的是行空板、按钮、灯带、声音传感器,在Mind+软件python模式下使用图形化模块编写,第二部分为音乐盒,使用的是Arduino Nano主控板、按钮、舵机,在Mind+软件上传模式下使用图形化模块编写

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图8
【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图10
【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图16

步骤6 组装音乐工作站与调试系统
1.组装音乐工作站
将行空板通过螺丝与圆形木板、方形木板固定,通过魔术贴将木板粘贴到玩偶上,布置灯带位置

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图13
【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图14

2.调试系统
运行程序,通过远程桌面查看行空板的屏幕显示,测试程序功能,通过物联网平台测试远程互动功能

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图15
【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图17


五、软件源代码
1.图形化编程源程序文件(音乐盒部分)详见附件
2.python代码(卡拉OK玩偶部分)[注:由于图形化编程源文件为150M无法上传,故用python代码展示,图形化编程可见步骤5中的截图]
  1. #  -*- coding: UTF-8 -*-
  2. # MindPlus
  3. # Python
  4. from pinpong.extension.unihiker import *
  5. from pinpong.board import Board,Pin
  6. from unihiker import Audio
  7. from unihiker import GUI
  8. import siot
  9. import time
  10. # 事件回调函数
  11. def on_message_callback(client, userdata, msg):
  12.     # 订阅到音乐工作站
  13.     if (msg.topic == "PwgwpquVR"):
  14.         print("dingyueok")
  15.         if (msg.payload.decode() == "sleep"):
  16.             # 播放宝宝该睡觉了
  17.             u_audio.start_play("sleep.wav")
  18.             print("sleep")
  19.         if (msg.payload.decode() == "play"):
  20.             # 播放快来和小麋鹿一起玩呀
  21.             u_audio.start_play("playgame.wav")
  22.             print("playgame")
  23. def button_click5():
  24.     global BoFangBiaoZhi
  25.     if (BoFangBiaoZhi == 1):
  26.         u_audio.stop_play()
  27.     thread5=u_gui.start_thread(u_thread5_function)
  28. def u_thread5_function():
  29.     global BoFangBiaoZhi
  30.     bofang.config(image="zanting2.png")
  31.     song.config(text="正在播放:安徒生童话")
  32.     u_audio.start_play("4安徒生童话.wav")
  33.     siot.publish(topic="PwgwpquVR", data="你的孩子播放了绘本:安徒生童话")
  34.     BoFangBiaoZhi = 1
  35.     u_audio.record("record.wav",30)
  36.     u_audio.stop_play()
  37.     BoFangBiaoZhi = 0
  38.     # 绘本播放结束,
  39.     # 图片⏸变为▶
  40.     bofang.config(image="kaishi2.png")
  41. def button_click2():
  42.     global BoFangBiaoZhi
  43.     if (BoFangBiaoZhi == 1):
  44.         u_audio.stop_play()
  45.     thread2=u_gui.start_thread(u_thread2_function)
  46. def u_thread2_function():
  47.     global BoFangBiaoZhi
  48.     bofang.config(image="zanting2.png")
  49.     song.config(text="正在播放:花园里种花")
  50.     u_audio.start_play("5花园里种花.wav")
  51.     # 向物联网平台的音乐工作站模块发送消息
  52.     siot.publish(topic="PwgwpquVR", data="你的孩子播放了儿歌:花园里种花")
  53.     BoFangBiaoZhi = 1
  54.     u_audio.record("record.wav",30)
  55.     u_audio.stop_play()
  56.     BoFangBiaoZhi = 0
  57.     bofang.config(image="kaishi2.png")
  58. def button_click1():
  59.     global BoFangBiaoZhi
  60.     if (BoFangBiaoZhi == 1):
  61.         u_audio.stop_play()
  62.     thread1=u_gui.start_thread(u_thread1_function)
  63. def u_thread1_function():
  64.     global BoFangBiaoZhi
  65.     bofang.config(image="zanting2.png")
  66.     song.config(text="正在播放:小兔子乖乖")
  67.     u_audio.start_play("1小兔子乖乖.wav")
  68.     siot.publish(topic="PwgwpquVR", data="你的孩子播放了儿歌:小兔子乖乖")
  69.     BoFangBiaoZhi = 1
  70.     u_audio.record("record.wav",30)
  71.     u_audio.stop_play()
  72.     BoFangBiaoZhi = 0
  73.     bofang.config(image="kaishi2.png")
  74. def button_click3():
  75.     global BoFangBiaoZhi
  76.     BoFangBiaoZhi = 1
  77.     u_audio.start_play("record.wav")
  78.     bofang.config(image="zanting2.png")
  79. def button_click4():
  80.     global BoFangBiaoZhi
  81.     BoFangBiaoZhi = 0
  82.     u_audio.pause_play()
  83.     bofang.config(image="kaishi2.png")
  84. def on_buttona_click_callback():
  85.     # 按下A键时,显示歌曲/绘本剩余播放时间
  86.     tip.config(text=(str((str("剩余时间:") + str(round((u_audio.play_time_remain() / 60),2)))) + str("分钟")))
  87. u_audio = Audio()
  88. siot.init(client_id="",server="iot.dfrobot.com.cn",port=1883,user="QnpUu1-4R",password="w7pUXJ-VRz")
  89. u_gui=GUI()
  90. Board().begin()
  91. siot.set_callback(on_message_callback)
  92. siot.connect()
  93. siot.loop()
  94. p_p22_analog=Pin(Pin.P22, Pin.ANALOG)
  95. p_p24_in=Pin(Pin.P24, Pin.IN)
  96. p_p23_pwm=Pin(Pin.P23, Pin.PWM)
  97. u_gui.on_a_click(on_buttona_click_callback)
  98. # 连接EASY LOT物联网平台
  99. siot.getsubscribe(topic="PwgwpquVR")
  100. siot.publish(topic="PwgwpquVR", data="连接成功")
  101. BoFangBiaoZhi = 0
  102. # 设置行空板屏幕显示:文字、图片、下划线等
  103. bg=u_gui.draw_image(image="lu.png",x=123,y=110)
  104. yinliang=u_gui.draw_text(text=" ",x=160,y=10,font_size=11, color="#663300")
  105. icon=u_gui.draw_image(image="lulogo.png",x=8,y=5)
  106. icon.config(w=20)
  107. text=u_gui.draw_text(text="菜单",x=30,y=5,font_size=14, color="#CC0000")
  108. l1=u_gui.draw_line(x0=2,y0=66,x1=239,y1=66,width=1,color="#663300")
  109. l2=u_gui.draw_line(x0=2,y0=102,x1=239,y1=102,width=1,color="#663300")
  110. l3=u_gui.draw_line(x0=2,y0=138,x1=239,y1=138,width=1,color="#663300")
  111. huiben1=u_gui.draw_text(text="绘本:安徒生童话",x=3,y=40,font_size=14, color="#663300")
  112. huiben1.config(onclick=button_click5)
  113. music1=u_gui.draw_text(text="儿歌:小兔子乖乖",x=3,y=75,font_size=14, color="#663300")
  114. music1.config(onclick=button_click1)
  115. music2=u_gui.draw_text(text="儿歌:花园里种花",x=3,y=107,font_size=14, color="#663300")
  116. music2.config(onclick=button_click2)
  117. song=u_gui.draw_text(text="",x=75,y=170,font_size=10, color="#990000")
  118. song.config(origin="center")
  119. tip=u_gui.draw_text(text="快和小麋鹿一起玩耍吧",x=50,y=300,font_size=11, color="#990000")
  120. bofang=u_gui.draw_image(image="kaishi2.png",x=45,y=180)
  121. bofang.config(w=70)
  122. PLAY=u_gui.add_button(text="播放",x=30,y=260,w=60,h=30,onclick=button_click3)
  123. PAUSE=u_gui.add_button(text="暂停",x=150,y=260,w=60,h=30,onclick=button_click4)
  124. while True:
  125.     # 读取声音传感器音量
  126.     yinliang.config(text=(str("音量:") + str(p_p22_analog.read_analog())))
  127.     # 按下按钮
  128.     if (p_p24_in.read_digital()==True):
  129.         while not ((not (p_p24_in.read_digital()==True))):
  130.             pass
  131.         # 实现呼吸灯效果
  132.         print("按下")
  133.         Deng = 0
  134.         while not ((Deng >= 255)):
  135.             Deng = (Deng + 1)
  136.             p_p23_pwm.write_analog(Deng)
  137.             time.sleep(0.01)
  138.         while not ((Deng <= 0)):
  139.             Deng = (Deng - 1)
  140.             p_p23_pwm.write_analog(Deng)
  141.             time.sleep(0.01)
  142.         # 播放:宝宝唱的真好
  143.         u_audio.play("good.wav")
复制代码


六、作品图片

【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图19
【比赛优秀作品】基于物联网的智能儿童音乐工作站图18

智能儿童音乐工作站-2-旋转音乐盒.zip

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