اردوينو يصبح توم المتكلم: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

كانت إحدى أقدم ذكرياتي عن استخدام الهاتف الذكي هي لعب لعبة "Talking Tom". كانت اللعبة بسيطة للغاية. هناك قطة تدعى توم يمكنها التحدث نوعا ما. في اللعبة ، كان توم يستمع إلى أي إدخال من خلال ميكروفون الهاتف ثم يكرر ما يسمعه. لذا ، مهما قلت لتوم ، فإنها ستكرر نفس الشيء بصوتها الحاد.

على الرغم من أنه يبدو بسيطًا ، إلا أن هذا الإجراء برمته يتطلب العديد من الخطوات المعقدة مثل أخذ عينات من الإدخال التناظري للميكروفون في شكل رقمي ، ومعالجة الصوت لمنح Tom صوته الفريد ثم إعادة بناء الإشارة من كل تلك القيم الرقمية لتشغيلها مرة أخرى من خلال مكبر الصوت. كل هذه الخطوات المعقدة ، لكن الهاتف الذكي تعامل معها مثل السحر حتى 9 إلى 10 سنوات!

الشيء المثير للاهتمام هو معرفة ما إذا كان يمكن فعل الشيء نفسه باستخدام لوحة Arduino رخيصة تعتمد على متحكم دقيق. لذلك ، في هذا الدليل ، سأوضح كيف يمكنك إنشاء مشروع Talking Tom البسيط مثل Arduino وبعض الأجهزة الإلكترونية الأخرى الرخيصة.

تمت كتابة هذه التعليمات بالتعاون مع Hatchnhack Makerspace في دلهي

ملاحظة: هذا التوجيه هو الإصدار الأول من المشروع الذي يكمل ميزة "Talking" في Talking Tom حيث سيكون اردوينو قادرًا على تكرار ما تقوله له. سيتم تغطية جزء تغيير الصوت في الإصدار المستقبلي ، على الرغم من أنه نظرًا لقلة دقة Arduino's في ADC المدمج ، يبدو الصوت المسجل بالفعل مختلفًا بعض الشيء: P (يمكن ملاحظة ذلك بوضوح في فيديو المشروع).

دعنا نبدأ!

الخطوة 1: المواد المستخدمة

المعدات:

• اردوينو UNO
• وحدة ميكروفون MAX4466 مع كسب قابل للتعديل
• وحدة قارئ بطاقة SD القائمة على SPI
• بطاقة الذاكرة
• مضخم الصوت مثل مكبر صوت الكمبيوتر ، وحدة مكبر الصوت PAM8403 ، إلخ.
• مكبرات الصوت للاتصال بالمضخم
• جاك صوت أنثى
• 1 × 1 كيلو أوم المقاوم
• 2 × 10 كيلو أوم المقاوم
• 1 × 10 فائق التوهج مكثف
• 2 × زر ضغط
• أسلاك العبور

برمجة:

• اردوينو IDE
• الجرأة (اختياري)
• مكتبة TMRpcm و SD لاردوينو

الخطوة 2: نظرة عامة أساسية على المشروع

يتكون المشروع بشكل رئيسي من ميزتين:

• يمكنه تشغيل صوت تم اختياره عشوائيًا من مجموعة من الملفات الصوتية المثبتة مسبقًا في بطاقة SD للتأثيرات الصوتية وما إلى ذلك.
• يمكنه تسجيل إدخال الصوت من الميكروفون ثم إعادة تشغيله بمجرد توقف التسجيل. هذا يسمح لاردوينو بتكرار كل ما يسمعه من خلال الميكروفون.

تتكون واجهة المستخدم الخاصة بالمشروع بشكل أساسي من زرين ضغط كل منهما يتوافق مع إحدى الميزات المذكورة أعلاه.

تتم معالجة العمل الشاق الرئيسي لتسجيل وتشغيل ملفات الصوت من بطاقة SD بواسطة مكتبة TMRpcm

يستخدم التسجيل الصوتي وحدة الميكروفون MAX4466 ، و ADC الداخلي في Arduino ومكتبة TMRpcm لأخذ عينات من الصوت ثم تخزينه مؤقتًا في بطاقة SD كملف ".wav" للتشغيل. تستخدم ملفات الصوت ".wav" PCM (Pulse Code Modulation) لتخزين البيانات الصوتية بالتنسيق الرقمي بحيث يمكن تشغيلها بسهولة مرة أخرى. بشكل عام ، من الأفضل استخدام ADC خارجي للمشاريع القائمة على الصوت حيث أن دقة ADC الخاصة بـ Arduino ليست عالية ولكنها تعمل مع هذا المشروع.

يتم أيضًا تشغيل ملفات الصوت (المثبتة مسبقًا والمسجلة) بمساعدة مكتبة TMRpcm التي تخرج الصوت كإشارة PWM من طرف PWM ممكن في اردوينو. يتم إدخال هذه الإشارة بعد ذلك في مرشح RC للحصول على إشارة تمثيلية يتم إدخالها بعد ذلك في مكبر لتشغيل الصوت من خلال مكبر صوت. بالنسبة لهذا الجزء ، يمكنك أيضًا استخدام DAC خارجي لأن arduino لا يحتوي على واحد داخليًا. قد يكون استخدام DAC خيارًا أفضل لأنه سيحسن جودة الصوت بشكل كبير.

يتم الاتصال بين وحدة بطاقة SD واردوينو من خلال SPI (الواجهة الطرفية التسلسلية). يستخدم الرمز مكتبة SD & SPI للوصول بسهولة إلى محتويات بطاقة SD.

الخطوة 3: قم بإعداد بطاقة SD وتوصيل وحدة بطاقة SD

• أولاً ، يجب عليك التنسيق كبطاقة SD باستخدام نظام ملفات FAT16 أو FAT32 (يمكنك استخدام هاتفك الذكي لتهيئة بطاقة SD).
• الآن قم بالتثبيت المسبق لبعض ملفات الصوت.wav في بطاقة SD. يمكنك إنشاء ملفات.wav باستخدام Audacity (انظر التعليمات أدناه). تذكر تسمية الملفات مثل audio_1.wav و audio_2.wav و audio_3.wav وما إلى ذلك.

تستخدم وحدة بطاقة SD SPI لتوصيل البيانات مع اردوينو. لذلك ، فإنه يتصل فقط بتلك المسامير التي تم تمكين SPI بها. هذه الوصلات هي كما يلي:

• Vcc - 5 فولت
• GND - GND
• MOSI (Master Out Slave In) - دبوس 11
• MISO (Master In Slave Out) - دبوس 12
• CLK (الساعة) - دبوس 13
• SS / CS (Slave Select / Chip Select) - دبوس 10

إنشاء ملف ".wav" باستخدام برنامج Audacity:

• افتح ملف الصوت الذي تريد تحويله إلى.wav في Audacity.
• انقر فوق اسم الملف ثم حدد "Split Stereo to Mono". يقسم هذا الخيار صوت الاستريو إلى قناتين أحاديتين. يمكنك الآن إغلاق إحدى القنوات.
• قم بتغيير قيمة "سعر المشروع" في الأسفل إلى 16000 هرتز. تتوافق هذه القيمة مع الحد الأقصى لتكرار أخذ العينات في ADC الداخلي لاردوينو.
• انتقل الآن إلى ملف-> تصدير / تصدير كـ WAV.
• اختر المكان المناسب واسم الملف. من قائمة التشفير ، حدد "Unsigned 8-bit PCM" لأننا نستخدم تنسيق PCM لتخزين الصوت بتنسيق رقمي.

الخطوة 4: قم بتوصيل مخرج الصوت والميكروفون

توصيل الميكروفون:

• Vcc - 3.3 فولت
• GND - GND
• OUT - دبوس A0

ملاحظة:

• حاول توصيل الميكروفون مباشرة بـ arduino بدلاً من استخدام لوح التجارب لأنه قد يتسبب في حدوث ضوضاء غير ضرورية في إشارة الإدخال.
• تأكد من لحام الرؤوس بشكل نظيف في وحدة الميكروفون لأن وصلات اللحام السيئة تنتج ضوضاء أيضًا.
• تتميز وحدة الميكروفون هذه بكسب قابل للتعديل يمكن التحكم فيه بمساعدة وعاء في الجانب الخلفي من اللوحة. أود أن أقترح عليك الحفاظ على الكسب منخفضًا إلى حد ما لأنه لن يؤدي إلى تضخيم الضوضاء كثيرًا بينما يمكنك التحدث وإبقائها بالقرب من فمك مما يؤدي إلى إخراج أنظف.

توصيل مخرج الصوت:

• ضع المكثف 10 uF والمقاوم 1 كيلو أوم في سلسلة على اللوح مع توصيل موجب المكثف بالمقاوم. تشكل هذه معًا مرشح RC الذي يحول خرج PWM إلى إشارة تمثيلية يمكن تغذيتها في مكبر الصوت.
• قم بتوصيل دبوس 9 من Arduino بالطرف الآخر من المقاوم.
• يتم توصيل الطرف السالب للمكثف بالقناة اليسرى واليمنى لمقبس الصوت الأنثوي.
• يتم توصيل GND الخاص بمقبس الصوت بـ GND.
• يتم توصيل مقبس الصوت بمكبر الصوت باستخدام كبل Aux. في حالتي ، استخدمت نظام مكبرات الصوت بجهاز الكمبيوتر الخاص بي.

ملاحظة:

قد لا يكون استخدام PWM كإخراج صوتي هو الخيار الأفضل لأن DAC خارجي سيوفر دقة وجودة أفضل بكثير. بالإضافة إلى ذلك ، قد يتسبب المكثف والمقاوم في مرشح RC في حدوث ضوضاء غير مرغوب فيها. ولكن لا يزال الناتج لائقًا جدًا لهذا المشروع

الخطوة 5: اربط الأزرار

يستخدم المشروع لدفع الأزرار كواجهة مستخدم. كلاهما يؤدي وظائف مختلفة ويتم استخدامهما بشكل مختلف ولكن لهما نفس الأسلاك. اتصالهم كما يلي:

• ضع الأزرار على اللوح.
• قم بتوصيل طرف واحد من أحد الأزرار بدبوس 2 من اردوينو بمقاوم سحب لأسفل 10 كيلو أوم. يتم توصيل الطرف الآخر للزر بـ 5 فولت. لذلك ، عند الضغط على الزر ، يصبح الدبوس 2 مرتفعًا ويمكننا اكتشاف ذلك في الكود.
• يتم توصيل الزر الآخر بنفس الطريقة مع دبوس اردوينو 3 بدلاً من 2.

يقوم الزر المتصل بالدبوس 2 بتشغيل ملف صوتي عشوائي من مجموعة ملفات الصوت المثبتة مسبقًا على بطاقة SD عند الضغط عليه مرة واحدة.

الزر المتصل بالدبوس 3 مخصص للتسجيل. يجب عليك الضغط مع الاستمرار على هذا الزر للتسجيل. يبدأ اردوينو التسجيل بمجرد الضغط على هذا الزر ويوقف التسجيل عند تحرير هذا الزر. بعد إيقاف التسجيل ، يقوم على الفور بإعادة تشغيل هذا التسجيل.

الخطوة السادسة: قم بتحميل الكود

قبل تحميل الكود ، تأكد من تثبيت جميع المكتبات المطلوبة مثل TMRpcm و SD وما إلى ذلك.

يمكنك أيضًا فتح Serial Monitor بعد تحميل الكود للحصول على ملاحظات حول ما يفعله اردوينو.

حاليًا لا يقوم الكود بمعالجة الصوت المسجل لجعله يبدو مختلفًا ولكني أخطط لتضمين هذه الميزة في الإصدار التالي حيث قد تتمكن من ضبط تردد خرج إشارة الصوت بمساعدة وعاء والحصول على أنواع مختلفة من الأصوات.

وانت انتهيت !!