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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 精华

auroraAA | NPC | 创造力： | 帖子： | 发消息 | 串个门 | 加好友 | 打招呼
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.  

  3. # MindPlus

  4. # Python

  5. from pinpong.extension.unihiker import *

  6. from pinpong.board import Board,Pin

  7. from unihiker import Audio

  8. from unihiker import GUI

  9. import siot

  10. import time

  11.  

  12. # 事件回调函数

  13. def on_message_callback(client, userdata, msg):

  14.     # 订阅到音乐工作站

  15.     if (msg.topic == "PwgwpquVR"):

  16.         print("dingyueok")

  17.         if (msg.payload.decode() == "sleep"):

  18.             # 播放宝宝该睡觉了

  19.             u_audio.start_play("sleep.wav")

  20.             print("sleep")

  21.         if (msg.payload.decode() == "play"):

  22.             # 播放快来和小麋鹿一起玩呀

  23.             u_audio.start_play("playgame.wav")

  24.             print("playgame")

  25. def button_click5():

  26.     global BoFangBiaoZhi

  27.     if (BoFangBiaoZhi == 1):

  28.         u_audio.stop_play()

  29.     thread5=u_gui.start_thread(u_thread5_function)

  30. def u_thread5_function():

  31.     global BoFangBiaoZhi

  32.     bofang.config(image="zanting2.png")

  33.     song.config(text="正在播放：安徒生童话")

  34.     u_audio.start_play("4安徒生童话.wav")

  35.     siot.publish(topic="PwgwpquVR", data="你的孩子播放了绘本：安徒生童话")

  36.     BoFangBiaoZhi = 1

  37.     u_audio.record("record.wav",30)

  38.     u_audio.stop_play()

  39.     BoFangBiaoZhi = 0

  40.     # 绘本播放结束，

  41.     # 图片⏸变为▶

  42.     bofang.config(image="kaishi2.png")

  43. def button_click2():

  44.     global BoFangBiaoZhi

  45.     if (BoFangBiaoZhi == 1):

  46.         u_audio.stop_play()

  47.     thread2=u_gui.start_thread(u_thread2_function)

  48. def u_thread2_function():

  49.     global BoFangBiaoZhi

  50.     bofang.config(image="zanting2.png")

  51.     song.config(text="正在播放：花园里种花")

  52.     u_audio.start_play("5花园里种花.wav")

  53.     # 向物联网平台的音乐工作站模块发送消息

  54.     siot.publish(topic="PwgwpquVR", data="你的孩子播放了儿歌：花园里种花")

  55.     BoFangBiaoZhi = 1

  56.     u_audio.record("record.wav",30)

  57.     u_audio.stop_play()

  58.     BoFangBiaoZhi = 0

  59.     bofang.config(image="kaishi2.png")

  60. def button_click1():

  61.     global BoFangBiaoZhi

  62.     if (BoFangBiaoZhi == 1):

  63.         u_audio.stop_play()

  64.     thread1=u_gui.start_thread(u_thread1_function)

  65. def u_thread1_function():

  66.     global BoFangBiaoZhi

  67.     bofang.config(image="zanting2.png")

  68.     song.config(text="正在播放：小兔子乖乖")

  69.     u_audio.start_play("1小兔子乖乖.wav")

  70.     siot.publish(topic="PwgwpquVR", data="你的孩子播放了儿歌：小兔子乖乖")

  71.     BoFangBiaoZhi = 1

  72.     u_audio.record("record.wav",30)

  73.     u_audio.stop_play()

  74.     BoFangBiaoZhi = 0

  75.     bofang.config(image="kaishi2.png")

  76. def button_click3():

  77.     global BoFangBiaoZhi

  78.     BoFangBiaoZhi = 1

  79.     u_audio.start_play("record.wav")

  80.     bofang.config(image="zanting2.png")

  81. def button_click4():

  82.     global BoFangBiaoZhi

  83.     BoFangBiaoZhi = 0

  84.     u_audio.pause_play()

  85.     bofang.config(image="kaishi2.png")

  86. def on_buttona_click_callback():

  87.     # 按下A键时，显示歌曲/绘本剩余播放时间

  88.     tip.config(text=(str((str("剩余时间：") + str(round((u_audio.play_time_remain() / 60),2)))) + str("分钟")))

  89.  

  90.  

  91. u_audio = Audio()

  92. siot.init(client_id="",server="iot.dfrobot.com.cn",port=1883,user="QnpUu1-4R",password="w7pUXJ-VRz")

  93. u_gui=GUI()

  94. Board().begin()

  95. siot.set_callback(on_message_callback)

  96. siot.connect()

  97. siot.loop()

  98. p_p22_analog=Pin(Pin.P22, Pin.ANALOG)

  99. p_p24_in=Pin(Pin.P24, Pin.IN)

  100. p_p23_pwm=Pin(Pin.P23, Pin.PWM)

  101. u_gui.on_a_click(on_buttona_click_callback)

  102. # 连接EASY LOT物联网平台

  103. siot.getsubscribe(topic="PwgwpquVR")

  104. siot.publish(topic="PwgwpquVR", data="连接成功")

  105. BoFangBiaoZhi = 0

  106. # 设置行空板屏幕显示：文字、图片、下划线等

  107. bg=u_gui.draw_image(image="lu.png",x=123,y=110)

  108. yinliang=u_gui.draw_text(text=" ",x=160,y=10,font_size=11, color="#663300")

  109. icon=u_gui.draw_image(image="lulogo.png",x=8,y=5)

  110. icon.config(w=20)

  111. text=u_gui.draw_text(text="菜单",x=30,y=5,font_size=14, color="#CC0000")

  112. l1=u_gui.draw_line(x0=2,y0=66,x1=239,y1=66,width=1,color="#663300")

  113. l2=u_gui.draw_line(x0=2,y0=102,x1=239,y1=102,width=1,color="#663300")

  114. l3=u_gui.draw_line(x0=2,y0=138,x1=239,y1=138,width=1,color="#663300")

  115. huiben1=u_gui.draw_text(text="绘本：安徒生童话",x=3,y=40,font_size=14, color="#663300")

  116. huiben1.config(onclick=button_click5)

  117. music1=u_gui.draw_text(text="儿歌：小兔子乖乖",x=3,y=75,font_size=14, color="#663300")

  118. music1.config(onclick=button_click1)

  119. music2=u_gui.draw_text(text="儿歌：花园里种花",x=3,y=107,font_size=14, color="#663300")

  120. music2.config(onclick=button_click2)

  121. song=u_gui.draw_text(text="",x=75,y=170,font_size=10, color="#990000")

  122. song.config(origin="center")

  123. 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")

  124. bofang=u_gui.draw_image(image="kaishi2.png",x=45,y=180)

  125. bofang.config(w=70)

  126. PLAY=u_gui.add_button(text="播放",x=30,y=260,w=60,h=30,onclick=button_click3)

  127. PAUSE=u_gui.add_button(text="暂停",x=150,y=260,w=60,h=30,onclick=button_click4)

  128.  

  129. while True:

  130.     # 读取声音传感器音量

  131.     yinliang.config(text=(str("音量：") + str(p_p22_analog.read_analog())))

  132.     # 按下按钮

  133.     if (p_p24_in.read_digital()==True):

  134.         while not ((not (p_p24_in.read_digital()==True))):

  135.             pass

  136.         # 实现呼吸灯效果

  137.         print("按下")

  138.         Deng = 0

  139.         while not ((Deng >= 255)):

  140.             Deng = (Deng + 1)

  141.             p_p23_pwm.write_analog(Deng)

  142.             time.sleep(0.01)

  143.         while not ((Deng <= 0)):

  144.             Deng = (Deng - 1)

  145.             p_p23_pwm.write_analog(Deng)

  146.             time.sleep(0.01)

  147.         # 播放：宝宝唱的真好

  148.         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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