Владимир Макаров

Музыка для теплицы.

Введение.

Звуки классики способствуют развитию и росту, даже повышению урожайности у растений. Это было доказано учеными разных стран мира. В интернете много статей на эту тему.
Если вы сами любите классические мелодии, можно включать их во время работы в теплице - это будет приятно и вам, и посадкам. Есть даже теория, что растения чувствуют эмоции человека, работающего с ними. Если это так, то скорее всего и огородник с хорошим настроением, работающий в своём огороде, тоже повышает свой урожай хорошим настроением.
В статье описано устройство для проигрывания музыки в теплице. Это устройство работает в автоматическом режиме по расписанию: включает музыку в заданное время на заданный интервал.
Внешний вид устройства показан на рисунках: (Рисунок 1) лицевая сторона, (Рисунок 2) обратная сторона.

Рисунок 1.
Внешний вид устройства (лицевая сторона).

На лицевой стороне устройства расположен динамик и регулятор громкости.
На обратной стороне устройства расположены дисплей, светодиод «Вкл.», кнопки управления: «Подсветка», «-», «+», «Установка».

Рисунок 2.
Внешний вид устройства (обратная сторона).

Видео работы устройства:

Демонстрационный ролик.

Структурная и принципиальная схема устройства.

Структурная схема устройства показана на рисунке (Рисунок 3).

 

Рисунок 3.
Структурная схема устройства.

 

Часы отсчитывают реальное время и обеспечивают своевременное включение и выключение музыки. Плеер отслеживает моменты включения и выключения музыки, проигрывает музыку, обеспечивает ввод расписания, установку часов и отображает информацию на индикаторе.
Плеер читает файлы с фонограммами с MicroSD карты. Усилитель низкой частоты усиливает сигнал до нужного уровня и воспроизводит фонограммы на громкоговорителе. Пульт управления служит для управления устройством.
Устройство питается от блока питания на 5В/1А, например от сетевого адаптера для сотового телефона.
Схема электрическая принципиальная показана на рисунке (Рисунок 4).

Рисунок 4.
Схема электрическая принципиальная.
 

Устройство собрано на микроконтроллере ATmega328P.
Выбор этого МК обусловлен необходимостью использовать ОЗУ такого объема, чтобы в нем поместились одновременно массивы буферной памяти для чтения данных с microSD карты (512 байт) и для записи данных в дисплей Nokia5110 (504 байта).
МК ATmega328P имеет на борту ОЗУ емкостью 2K.
МК тактируется внутренним генератором с внешним кварцевым резонатором Y1 на 16Мгц.
MicroSD карта и дисплей Nokia5110 подключены к единой шине SPI. Поэтому штатный выход !SS (выбор ведомого устройства) не задействован.
Для выбора ведомого устройства используются выходы PB0 (MicroSD) и PC1 (Nokia5110).
Точное время устройство получает от датчика времени DS1307N.
Датчик подключен по классической схеме с иcпользованием интерфейса TWI (I2C) c сигналами SDA (данные) и SCL (синхронизация).
Выход датчика времени SQW/OUT настроен на выдачу меандра с секундным периодом. Этот вывод подключен ко входу INT1 МК и используется для вызова прерывания, которое обновляет данные на дисплее у раз в секунду.
Точность времени обеспечивается кварцевым резонатором Y2 на 32768 Гц.
Линии SDA, SCL и SQW/OUT подтянуты к питанию 3.3V.
Сам датчик времени питается напряжением 5V.
Микросхема часов подключена также к резервному источнику питания напряжением 3V – батарее GB1 (CR2032).

В случае пропадания основного питания часы продолжают работать. При появлении основного питания устройство продолжит работу без дополнительной установки часов и минут.

На MicroSD карте хранятся звуковые файлы. Они считываются устройством в период воспроизведения фонограмм по циклу.
Звуковой сигнал формируется с использованием таймера-счетчика в режиме PWM (широтно-импульсная модуляция).
Каждый отсчет из звукового файла преобразуется в последовательность импульсов соответствующей ширины. Такой способ широко описан в сети Интернет.
Одно из решений было предложено на сайте http://elm-chan.org/ (один из примеров здесь: http://elm-chan.org/works/sd20p/report.html).

Звуковой сигнал подается через RC-цепь R7-C10 на усилитель низкой частоты, собранный на микросхеме DA2 TDA7056A. Звук воспроизводится динамиком SP1.
Динамик, примененный в устройстве, имеет маркировку MRI 45N-A 8Ohm 1W. Микросхема питается напряжением 5V, что является нижним пределом ее использования.
При необходимости можно повысить мощность звучания до 3W, увеличив напряжение питания микросхемы до 12V. При этом должен использоваться динамик соответствующей мощности, а сама микросхема должна быть установлена на радиатор.
Регулировка громкости осуществляется потенциометром R9.

На вход устройства подается питание 5V. Блок питания должен быть расcчитан на отдачу в нагрузку тока не менее 1A. От напряжения 5V питаются микросхемы часов и усилителя низкой частоты. Остальные активные элементы (МК, MicroSD карта, дисплей Nokia5110) питаются от напряжения 3.3V. Это напряжение обеспечивает стабилизатор DA1 на микросхеме LM1117 3.3.

Управляется устройство кнопками SA1..SA4.
Кнопка SA1 переключает устройство из режима «Музыка» в режим «Установка» и обратно, а также перемещает курсор по позициям параметров настройки.
Кнопки SA2 и SA3 служат для увеличения или уменьшения настраиваемого параметра. Кнопка SA4 предназначена для подсветки дисплея.

Звуковые файлы.

На microSD карте хранятся звуковые файлы в формате *.wav. Устройство последовательно проигрывает файлы с именами 1.wav, 2.wav, … 9.wav. После завершения проигрывания файла 9.wav устройство повторяет всю цепочку файлов начиная с 1.wav. Если очередной файл не найден на microSD карте, то устройство переходит к поиску следующего по порядку.
Очень важно чтобы файлы для проигрывания были подготовлены в формате:

• квантование – 8 бит
• частота дискретизации – 22050 Гц
• число каналов – 1 (моно)

Файлы с другими характеристиками будут проигрываться с искажениями.
Для подготовки файлов можно использовать программу Sound Forge Pro 10.0.

 

Конструкция.

Детали размещены на двух печатных платах, соединенных между собой с помощью линеек контактов PLS-PBS в «бутерброд».
На одной плате расположены основные узлы устройства (Плата №1), на второй дисплей и кнопки управления (Плата №2).
Размеры всех плат 80х80мм. Разработаны в программе DipTrace. Оригинальные файлы с платами даны в приложении.
Плата № 1 показана на рисунках (Рисунок 5 и Рисунок 6 ).

Рисунок 5.
Плата №1 (верхняя сторона).
 

На односторонней печатной плате 13 перемычек (одна перемычка под МК!. Перемычки выделены цветом. Цвет имеет только одно значения – чтобы не слились цвета разных перемычек на пересечениях.

Рисунок 6.
Плата № 1 (нижняя сторона, зеркально).
 

Плата №2 приведена на рисунке (Рисунок 7).

Рисунок 7.
Плата №2 (верхняя сторона).
 

На плате №2 размещается дисплей Nokia5110, кроватка для microSD карты, кнопки управления и светодиод. В качестве корпуса использована коробка универсальная для кабельных каналов компании «Промрукав», 85х85х45мм, арт. 40-0460. Внешний вид плат и корпуса устройства приведены на рисунке (Рисунок 8).

Рисунок 8.
Внешний вид плат и корпуса устройств.
 

Работа устройства.

При включении устройства на экране появляется заставка (Рисунок 9).
Заставка высвечивается некоторое время и сопровождается «бегущей» полоской (прогресс-баром).

Рисунок 9.
Начальная заставка.

После заставки появляется основной экран – «МУЗЫКА». Если текущее ВРЕМЯ не попадает в интервал между СТАРТ и СТОП, то высвечивается сообщение «ожидание» (Рисунок 10).

Рисунок 10.
Экран ожидания.

При нажатии на кнопку «Установка» появляется экран «УСТАНОВКА» (Рисунок 11). Курсор в виде черного прямоугольника с инверсией числа часов устанавливается на позиции «часы». Кнопками «+» и «-» можно изменить значение, на котором установлен курсор.

Рисунок 11.
Экран установки времени.

При повторном нажатии кнопки «Установка» курсор перемещается по экрану, указывая, какие параметры можно изменять. На рисунке (Рисунок 12) показана установка курсора на позицию «час» окончания интервала проигрывания фонограммы. Нажатием кнопки «+» установлено значение «23».

Рисунок 12.
Экран установки границы интервала.

После того как нажатием кнопки «Установка» курсор пройдет по всем позициям, на экране появится основной экран «МУЗЫКА». Если текущее ВРЕМЯ попадает в интервал между СТАРТ и СТОП, начинается проигрывание звуковых файлов и высвечивается имя проигрываемого файла (Рисунок 13).

Рисунок 13.
Экран проигрывания музыкального файла.

После того как текущее ВРЕМЯ превысит границу СТОП, проигрывание файлов прекратится, а экран перейдет в режим ожидания и высветится сообщение «ожидание».

Фьюзы: High=0xD9, Low=0xDE, Extended=0xFF.

Приложение:

В архиве.

GreenhousePlayer328.dch - Схема электрическая (DipTrace)
GreenhousePlayer328.dip - Плата № 1 (DipTrace)
GreenhousePlayer328_top.dip - Плата № 2 (DipTrace)
GreenhousePlayer328.hex - Прошивка
GreenhousePlayer328.rar - Проект (Atmel Studio 7)
1.wav - Пример звукового файла

Скачать архив.