Arduino กลายเป็น Talking Tom: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

หนึ่งในความทรงจำที่เก่าแก่ที่สุดของฉันในการใช้สมาร์ทโฟนคือการเล่นเกม 'Talking Tom' เกมนี้ค่อนข้างง่าย มีแมวตัวหนึ่งชื่อทอมซึ่งสามารถพูดได้ ในเกม ทอมจะฟังอินพุตใดๆ ผ่านไมโครโฟนของโทรศัพท์แล้วทำซ้ำตามที่ได้ยิน ดังนั้น ไม่ว่าพูดอะไรกับทอม มันก็จะพูดซ้ำในสิ่งเดียวกันด้วยน้ำเสียงที่แหลมคมของตัวเอง

แม้ว่าจะฟังดูง่าย แต่ขั้นตอนทั้งหมดนี้ต้องใช้ขั้นตอนที่ซับซ้อนมากมาย เช่น การสุ่มตัวอย่างอินพุตไมโครโฟนแบบแอนะล็อกในรูปแบบดิจิทัล การจัดการเสียงเพื่อให้ทอมมีเสียงที่เป็นเอกลักษณ์ จากนั้นจึงสร้างสัญญาณจากค่าดิจิทัลทั้งหมดเพื่อเล่นกลับผ่านลำโพง. ขั้นตอนที่ซับซ้อนเหล่านี้ทั้งหมด แต่สมาร์ทโฟนจัดการได้ราวกับเป็นเสน่ห์แม้กระทั่งเมื่อ 9 ถึง 10 ปีก่อน!

สิ่งที่น่าสนใจคือการดูว่าสามารถทำได้เช่นเดียวกันกับบอร์ด Arduino ที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ราคาถูกหรือไม่ ดังนั้นในคำแนะนำนี้ ฉันจะแสดงวิธีสร้าง Talking Tom แบบง่ายๆ เช่น โครงการจาก Arduino และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาถูกอื่นๆ

คำแนะนำนี้เขียนขึ้นโดยความร่วมมือกับ Hatchnhack Makerspace ในเดลี

หมายเหตุ: คำแนะนำนี้เป็นเวอร์ชันแรกของโครงการที่ทำคุณลักษณะ 'พูดคุย' ของ Talking Tom ให้สมบูรณ์ โดยที่ Arduino จะสามารถทำซ้ำสิ่งที่คุณพูดได้ ส่วนการเปลี่ยนเสียงจะกล่าวถึงในเวอร์ชันต่อๆ ไป แม้ว่าเนื่องจากความละเอียดที่น้อยกว่าของ Arduino ในตัว ADC เสียงที่บันทึกไว้แล้วจึงฟังดูแตกต่างออกไปเล็กน้อย:P (สามารถสังเกตได้อย่างชัดเจนในวิดีโอโครงการ)

เริ่มกันเลย!

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุที่ใช้

ฮาร์ดแวร์:

• Arduino UNO
• โมดูลไมโครโฟน MAX4466 พร้อมอัตราขยายที่ปรับได้
• โมดูลเครื่องอ่านการ์ด SD ที่ใช้ SPI
• การ์ด SD
• เครื่องขยายเสียง เช่น ลำโพง PC, โมดูลเครื่องขยายเสียง PAM8403 เป็นต้น
• ลำโพงสำหรับเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียง
• แจ็คเสียงหญิง
• ตัวต้านทาน 1 x 1k โอห์ม
• ตัวต้านทาน 2 x 10k ohm
• ตัวเก็บประจุ 1 x 10uF
• 2 x ปุ่มกด
• สายจัมเปอร์

ซอฟต์แวร์:

• Arduino IDE
• ความกล้า (ไม่จำเป็น)
• TMRpcm และไลบรารี SD สำหรับ Arduino

ขั้นตอนที่ 2: ภาพรวมพื้นฐานของโครงการ

โครงการส่วนใหญ่มีคุณสมบัติ 2 ประการ:

• สามารถเล่นเสียงที่เลือกแบบสุ่มจากชุดไฟล์เสียงที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้าในการ์ด SD สำหรับเอฟเฟกต์เสียง ฯลฯ
• มันสามารถบันทึกเสียงอินพุตจากไมโครโฟนแล้วเล่นกลับทันทีที่การบันทึกหยุดลง สิ่งนี้ทำให้ Arduino สามารถทำซ้ำสิ่งที่ได้ยินผ่านไมโครโฟน

ส่วนต่อประสานผู้ใช้ของโปรเจ็กต์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยปุ่มกด 2 ปุ่ม ซึ่งแต่ละปุ่มจะสอดคล้องกับคุณลักษณะข้างต้นอย่างใดอย่างหนึ่ง

งานหนักหลักของการบันทึกและเล่นไฟล์เสียงจากการ์ด SD ได้รับการจัดการโดยไลบรารี TMRpcm

การบันทึกเสียงใช้โมดูลไมโครโฟน MAX4466, ADC ภายในของ Arduino และไลบรารี TMRpcm เพื่อสุ่มตัวอย่างเสียงแล้วจัดเก็บไว้ชั่วคราวในการ์ด SD เป็นไฟล์ '.wav' สำหรับการเล่น ไฟล์เสียง '.wav' ใช้ PCM (Pulse Code Modulation) เพื่อจัดเก็บข้อมูลเสียงในรูปแบบดิจิตอลเพื่อให้สามารถเล่นซ้ำได้ง่าย โดยทั่วไป ควรใช้ ADC ภายนอกสำหรับโครงการที่ใช้เสียงเนื่องจากความละเอียดของ ADC ของ Arduino นั้นไม่สูงนัก แต่ใช้ได้กับโครงการนี้

การเล่นไฟล์เสียง (ติดตั้งไว้ล่วงหน้าและบันทึกไว้) ทำได้โดยใช้ไลบรารี TMRpcm ซึ่งส่งสัญญาณเสียงเป็นสัญญาณ PWM จากพินที่เปิดใช้งาน PWM ของ Arduino สัญญาณนี้จะถูกป้อนเข้าในตัวกรอง RC เพื่อรับสัญญาณอะนาล็อกซึ่งจะถูกป้อนเข้าสู่เครื่องขยายเสียงเพื่อเล่นเสียงผ่านลำโพง สำหรับส่วนนี้คุณสามารถใช้ DAC ภายนอกได้เนื่องจาก Arduino ไม่มีอยู่ภายใน การใช้ DAC อาจเป็นทางเลือกที่ดีกว่า เนื่องจากจะปรับปรุงคุณภาพเสียงได้อย่างมาก

การสื่อสารระหว่างโมดูลการ์ด SD และ Arduino ทำได้ผ่าน SPI (อินเทอร์เฟซต่อพ่วงแบบอนุกรม) รหัสนี้ใช้ประโยชน์จากไลบรารี SD & SPI เพื่อเข้าถึงเนื้อหาของการ์ด SD ได้อย่างง่ายดาย

ขั้นตอนที่ 3: เตรียมการ์ด SD และเชื่อมต่อโมดูลการ์ด SD

• ก่อนอื่น คุณต้องฟอร์แมตเป็นการ์ด SD ด้วยระบบไฟล์ FAT16 หรือ FAT32 (คุณสามารถใช้สมาร์ทโฟนเพื่อฟอร์แมตการ์ด SD)
• ตอนนี้ให้ติดตั้งไฟล์เสียง.wav บางไฟล์ในการ์ด SD ล่วงหน้า คุณสามารถสร้างไฟล์.wav ด้วยความกล้า (ดูคำแนะนำด้านล่าง) อย่าลืมตั้งชื่อไฟล์เป็น audio_1.wav, audio_2.wav, audio_3.wav และอื่นๆ

โมดูลการ์ด SD ใช้ SPI เพื่อสื่อสารข้อมูลกับ Arduino ดังนั้นจึงเชื่อมต่อกับพินที่เปิดใช้งาน SPI เท่านั้น การเชื่อมต่อเหล่านี้มีดังนี้:

• Vcc - 5v
• GND - GND
• MOSI (Master Out Slave In) - พิน 11
• MISO (Master In Slave Out) - พิน 12
• CLK (นาฬิกา) - พิน 13
• SS/CS (Slave Select/Chip Select) - พิน 10

กำลังสร้างไฟล์ '.wav' ด้วยซอฟต์แวร์ Audacity:

• เปิดไฟล์เสียงที่คุณต้องการแปลงเป็น.wav ด้วยความกล้า
• คลิกที่ชื่อไฟล์แล้วเลือก 'Split Stereo to Mono' ตัวเลือกนี้จะแบ่งเสียงสเตอริโอออกเป็นสองช่องสัญญาณโมโน คุณสามารถปิดช่องใดช่องหนึ่งได้แล้ว
• เปลี่ยนค่า 'Project Rate' ที่ด้านล่างเป็น 16000 Hz ค่านี้สอดคล้องกับความถี่การสุ่มตัวอย่างสูงสุดของ ADC ภายในของ Arduino
• ตอนนี้ไปที่ File->Export/Export เป็น WAV
• เลือกตำแหน่งและชื่อไฟล์ที่เหมาะสม จากเมนูการเข้ารหัส ให้เลือก 'Unsigned 8-bit PCM' เนื่องจากเราใช้รูปแบบ PCM เพื่อจัดเก็บเสียงในรูปแบบดิจิทัล

ขั้นตอนที่ 4: เชื่อมต่อเอาต์พุตเสียงและไมโครโฟน

การเชื่อมต่อไมโครโฟน:

• Vcc - 3.3v
• GND - GND
• ออก - A0 พิน

บันทึก:

• ลองเชื่อมต่อไมโครโฟนโดยตรงกับ Arduino แทนการใช้เขียงหั่นขนมเนื่องจากอาจทำให้เกิดเสียงรบกวนที่ไม่จำเป็นในสัญญาณอินพุต
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ประสานส่วนหัวของโมดูลไมโครโฟนอย่างหมดจด เนื่องจากข้อต่อที่บัดกรีไม่ดีก็สร้างเสียงรบกวนเช่นกัน
• โมดูลไมโครโฟนนี้มีอัตราขยายที่ปรับได้ซึ่งสามารถควบคุมได้โดยใช้หม้อที่ด้านหลังของบอร์ด ฉันขอแนะนำให้คุณรักษาระดับเกนให้ต่ำ เพราะมันจะไม่ขยายเสียงมากนัก ในขณะที่คุณสามารถพูดโดยวางไว้ใกล้ปากของคุณ ส่งผลให้เอาต์พุตสะอาดขึ้น

การเชื่อมต่อเอาต์พุตเสียง:

• วางตัวเก็บประจุ 10 uF และตัวต้านทาน 1k ohm ในอนุกรมบนเขียงหั่นขนมโดยให้ขั้วบวกของตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับตัวต้านทาน สิ่งเหล่านี้รวมกันเป็นตัวกรอง RC ซึ่งแปลงเอาต์พุต PWM เป็นสัญญาณแอนะล็อกที่สามารถป้อนเข้าสู่แอมพลิฟายเออร์
• เชื่อมต่อพิน 9 ของ Arduino กับปลายอีกด้านหนึ่งของตัวต้านทาน
• ขั้วลบของตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับช่องสัญญาณซ้ายและขวาของแจ็คเสียงหญิง
• GND ของแจ็ค Audio เชื่อมต่อกับ GND
• แจ็คเสียงเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงด้วยสาย Aux ในกรณีของฉัน ฉันใช้ระบบลำโพงของพีซี

บันทึก:

การใช้ PWM เป็นเอาต์พุตเสียงอาจไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุด เนื่องจาก DAC ภายนอกจะให้ความละเอียดและคุณภาพที่ดีกว่ามาก นอกจากนี้ ตัวเก็บประจุและตัวต้านทานในตัวกรอง RC อาจก่อให้เกิดเสียงรบกวนที่ไม่ต้องการ แต่ผลลัพธ์ก็ยังค่อนข้างดีสำหรับโครงการนี้

ขั้นตอนที่ 5: วางสายปุ่ม

โครงการใช้ปุ่มกดเป็นส่วนต่อประสานกับผู้ใช้ ทั้งสองทำหน้าที่ต่างกันและใช้ต่างกัน แต่มีสายไฟเหมือนกัน การเชื่อมต่อของพวกเขามีดังนี้:

• วางปุ่มบนเขียงหั่นขนม
• ต่อขั้วหนึ่งของปุ่มใดปุ่มหนึ่งเข้ากับขา 2 ของ Arduino ด้วยตัวต้านทานแบบดึงลง 10k ohm ขั้วอื่นของปุ่มเชื่อมต่อกับ 5v ดังนั้นเมื่อกดปุ่มพิน 2 จะสูง และเราสามารถตรวจพบได้ในโค้ด
• ปุ่มอื่นเชื่อมต่อแบบเดียวกันกับพิน 3 ของ Arduino แทนที่จะเป็น 2

ปุ่มที่เชื่อมต่อกับพิน 2 จะเล่นไฟล์เสียงแบบสุ่มจากชุดไฟล์เสียงที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้าในการ์ด SD เมื่อกดหนึ่งครั้ง

ปุ่มที่เชื่อมต่อกับพิน 3 ใช้สำหรับการบันทึก คุณต้องกดปุ่มนี้ค้างไว้เพื่อบันทึก Arduino เริ่มบันทึกทันทีที่กดปุ่มนี้และหยุดการบันทึกเมื่อปล่อยปุ่มนี้ หลังจากหยุดการบันทึก การบันทึกจะเล่นซ้ำทันที

ขั้นตอนที่ 6: อัปโหลดรหัส

ก่อนอัปโหลดโค้ด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้ติดตั้งไลบรารีที่จำเป็นทั้งหมด เช่น TMRpcm, SD เป็นต้น

คุณยังสามารถเปิด Serial Monitor หลังจากอัปโหลดโค้ดเพื่อรับข้อเสนอแนะว่า Arduino ทำอะไรอยู่

ขณะนี้รหัสไม่ได้จัดการเสียงที่บันทึกไว้เพื่อให้เสียงแตกต่างกัน แต่ฉันวางแผนที่จะรวมคุณลักษณะนี้ในเวอร์ชันถัดไปซึ่งคุณอาจตั้งค่าความถี่เอาต์พุตของสัญญาณเสียงโดยใช้ Pot และรับเสียงประเภทต่างๆ.

และคุณทำเสร็จแล้ว!!