Тема проекта: ESP32 пианино из фруктов.

Друзья, рад вас всех сегодня видеть опять. Хочу продемонстрировать вам простой проект, который развеселит любого ребёнка и не оставит равнодушным и другие возрастные категории. Ведь человеку всегда было интересно воспроизводить звуки при помощи разных предметов. А что может быть веселее, чем музицирование на фруктах или другой еде.

Пианино основано на контроллере ESP32 и его легендарных десяти ёмкостных входах, о которых было снято прошлое видео с тестированием их возможностей. Его можно найти на канале. Так же здесь потестим работу ESP32 с пассивным зуммером, что тоже будет всем полезно.

Подписаться на канал можно уже сейчас и лайк тоже уместен.

Рецепт фруктового пианино

Рассказ об этом проекте будет начинаться как рецепт какого-то экзотического блюда. Типо возьмите полтора килограмма синей капусты, один грейпфрут, 300 грамм моркови и другие электропроводящие фрукты или овощи. Общее их количество должно соответствовать семи нотам. Ещё потребуется пассивный зуммер, для воспроизведения звука. Так же возьмите щепотку ESP32, что эквивалентно 9 граммам. Соедините все ингредиенты проводами топологией звезда, в центре которой будет плата контроллера ESP32, загрузите программу и позовите детей на наладку и тестирование.

Схема пианино на ESP32

Схема выглядит следующим образом. Здесь одна плата контроллера ESP32. Она выбрана, потому как позволяет организовать до десяти емкостных сенсорных кнопок аппаратно без дополнительной обвязки и конечно без специализированных микросхем. Для воспроизведения звука на схеме имеется 16-оммный зуммер или по английски Buzzer. Семь контактных площадок – это все фрукты или овощи. Можно перейти с рассмотрению программы.

Скетч под Arduino IDE

Открываем Arduino IDE 1.8.2. Сверху подключение специальной библиотеки для работы ESP32 с зуммером.

Это простейшая библиотека, которая организует подачу ШИМ сигнала на выход контроллера с частотой, согласно желаемой ноте.

#define NOTE_B0  31
#define NOTE_C1  33
#define NOTE_CS1 35
#define NOTE_D1  37
#define NOTE_DS1 39
#define NOTE_E1  41
#define NOTE_F1  44
#define NOTE_FS1 46
#define NOTE_G1  49
#define NOTE_GS1 52
#define NOTE_A1  55
#define NOTE_AS1 58
#define NOTE_B1  62
#define NOTE_C2  65
#define NOTE_CS2 69
#define NOTE_D2  73
#define NOTE_DS2 78
#define NOTE_E2  82
#define NOTE_F2  87
#define NOTE_FS2 93
#define NOTE_G2  98
#define NOTE_GS2 104
#define NOTE_A2  110
#define NOTE_AS2 117
#define NOTE_B2  123
#define NOTE_C3  131
#define NOTE_CS3 139
#define NOTE_D3  147
#define NOTE_DS3 156
#define NOTE_E3  165
#define NOTE_F3  175
#define NOTE_FS3 185
#define NOTE_G3  196
#define NOTE_GS3 208
#define NOTE_A3  220
#define NOTE_AS3 233
#define NOTE_B3  247
#define NOTE_C4  262
#define NOTE_CS4 277
#define NOTE_D4  294
#define NOTE_DS4 311
#define NOTE_E4  330
#define NOTE_F4  349
#define NOTE_FS4 370
#define NOTE_G4  392
#define NOTE_GS4 415
#define NOTE_A4  440
#define NOTE_AS4 466
#define NOTE_B4  494
#define NOTE_C5  523
#define NOTE_CS5 554
#define NOTE_D5  587
#define NOTE_DS5 622
#define NOTE_E5  659
#define NOTE_F5  698
#define NOTE_FS5 740
#define NOTE_G5  784
#define NOTE_GS5 831
#define NOTE_A5  880
#define NOTE_AS5 932
#define NOTE_B5  988
#define NOTE_C6  1047
#define NOTE_CS6 1109
#define NOTE_D6  1175
#define NOTE_DS6 1245
#define NOTE_E6  1319
#define NOTE_F6  1397
#define NOTE_FS6 1480
#define NOTE_G6  1568
#define NOTE_GS6 1661
#define NOTE_A6  1760
#define NOTE_AS6 1865
#define NOTE_B6  1976
#define NOTE_C7  2093
#define NOTE_CS7 2217
#define NOTE_D7  2349
#define NOTE_DS7 2489
#define NOTE_E7  2637
#define NOTE_F7  2794
#define NOTE_FS7 2960
#define NOTE_G7  3136
#define NOTE_GS7 3322
#define NOTE_A7  3520
#define NOTE_AS7 3729
#define NOTE_B7  3951
#define NOTE_C8  4186
#define NOTE_CS8 4435
#define NOTE_D8  4699
#define NOTE_DS8 4978

Вот список наименований нот из библиотеки, которые вы можете задействовать в своих скетчах.

А вот и сам скетч для контроллера ESP32

/* http://geekmatic.in.ua/ */
#include <Tone32.h>

int threshold = 25;
byte touchdetected = 0;

#define BUZZER_PIN 25
#define BUZZER_CHANNEL 0

void gotTouch1(){
 touchdetected = 1;
}
void gotTouch2(){
 touchdetected = 2;
}
void gotTouch3(){
 touchdetected = 3;
}
void gotTouch4(){
 touchdetected = 4;
}
void gotTouch5(){
 touchdetected = 5;
}
void gotTouch6(){
 touchdetected = 6;
}
void gotTouch7(){
 touchdetected = 7;
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  delay(1000);
  touchAttachInterrupt(T0, gotTouch1, threshold);
  touchAttachInterrupt(T8, gotTouch2, threshold);
  touchAttachInterrupt(T3, gotTouch3, threshold);
  touchAttachInterrupt(T4, gotTouch4, threshold);
  touchAttachInterrupt(T5, gotTouch5, threshold);
  touchAttachInterrupt(T6, gotTouch6, threshold);
  touchAttachInterrupt(T7, gotTouch7, threshold);
}

void loop(){
  switch (touchdetected) {
    case 1:tone(BUZZER_PIN, NOTE_C4, 500, BUZZER_CHANNEL); noTone(BUZZER_PIN, BUZZER_CHANNEL); Serial.println("Touch 1 detected");
    break;
    case 2:tone(BUZZER_PIN, NOTE_D4, 500, BUZZER_CHANNEL); noTone(BUZZER_PIN, BUZZER_CHANNEL); Serial.println("Touch 2 detected");
    break;
    case 3:tone(BUZZER_PIN, NOTE_E4, 500, BUZZER_CHANNEL); noTone(BUZZER_PIN, BUZZER_CHANNEL); Serial.println("Touch 3 detected");
    break;
    case 4:tone(BUZZER_PIN, NOTE_F4, 500, BUZZER_CHANNEL); noTone(BUZZER_PIN, BUZZER_CHANNEL); Serial.println("Touch 4 detected");
    break;
    case 5:tone(BUZZER_PIN, NOTE_G4, 500, BUZZER_CHANNEL); noTone(BUZZER_PIN, BUZZER_CHANNEL); Serial.println("Touch 5 detected");
    break;
    case 6:tone(BUZZER_PIN, NOTE_A4, 500, BUZZER_CHANNEL); noTone(BUZZER_PIN, BUZZER_CHANNEL); Serial.println("Touch 6 detected");
    break;
    case 7:tone(BUZZER_PIN, NOTE_B4, 500, BUZZER_CHANNEL); noTone(BUZZER_PIN, BUZZER_CHANNEL); Serial.println("Touch 7 detected");
    break;
    default:
    break;
  }
  touchdetected = 0;
}

Переменная threshold хранит пороговое значение для сенсорного входа, по которому контроллер будет вызывать прерывания по касанию фрукта. Переменная touchdetected будет хранить номер активной ноты в каждый отдельный отрезок времени. Значение ноль означает тишина. Дальше идут константы: в первой хранится номер пина, к которому подключен базер, а во второй так называемый канал ШИМ сигнала. Здесь используется нулевой канал. Подробнее о них можно почитать в туториалах на ШИМ сигналы у ESP32. Дальше идут семь функций, в которых назначается номер ноты. Они запускаются прерываниями. В секции setup семь инициализаций прерываний по ёмкостным сенсорным входам контроллера. По одному прерыванию на каждый фрукт. В функциях, активирующих прерывания, первый аргумент – это номер емкостного пина. Сюда можно писать и номер GPIO с синтаксисом без буквы Т. Второй аргумент – функция, запускающаяся каждый раз при срабатывании прерывания. Третий – это порог чувствительности сенсорного пина. В основном цикле loop оператор switch case проверяет наличие номера ноты в переменной touchdetected и, если её значение от единицы до семи, то запускается звук соответствующей ноты при помощи функции tone из подключенной библиотеки. Так же по истечении 500мс функция noTone выключает воспроизведение ноты и в монитор порта пишется отчет о том,  какое прерывание активировало звук. Это удобно при наладке. При помощи такого отчета я даже выяснил, что на картинке распиновки платы ESP32 перепутаны номера ёмкостных входов 8 и 9. В конце основного цикла программы номер ноты каждый раз обнуляется. И если говорить в сумме, при дотрагивании до фрукта, если значение на ёмкостном входе меньше порогового, контроллер запускает прерывание. В прерывании срабатывает функция, задающая номер ноты. При следующем проходе цикла loop, если переменная с номером ноты хранит взведённый номер, то на 25-й вывод генерируется ШИМ сигнал с частотой нужной ноты в течении 500 мс и в монитор порта пишется диагностическое сообщение. В конце основного цикла программы номер ноты сбрасывается в ноль.  

Теперь можно загружать программу в контроллер и приглашать детей играть на фруктовом пианино.

Спасибо за внимание! И до новых встреч!