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7.8 Bau eines RFID-Musikspielers

In diesem Projekt erstellen wir einen RFID-Musikspieler mit dem Raspberry Pi Pico 2, einem MFRC522-RFID-Lesegerät, einem passiven Buzzer und WS2812-RGB-LEDs. Durch das Speichern von Musiknoten auf RFID-Tags können wir diese auslesen, eine Melodie abspielen und gleichzeitig Lichteffekte anzeigen. Dieses Projekt kombiniert RFID-Technologie mit Musikgenerierung und ermöglicht das Speichern sowie Teilen von Melodien auf RFID-Karten oder Schlüsselanhängern.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt werden folgende Komponenten benötigt.

Ein komplettes Kit ist besonders praktisch. Hier ist der Link:

Name	ENTHALTENE TEILE	LINK
Newton Lab Kit	450+	Newton Lab Kit

Alternativ können die Komponenten auch einzeln über die folgenden Links erworben werden.

SN	KOMPONENTE	MENGE	LINK
1	Raspberry Pi Pico 2	1	KAUFEN
2	Micro-USB-Kabel	1
3	Steckbrett	1	KAUFEN
4	Jumperkabel	Mehrere	KAUFEN
5	Transistor	1 (S8050)	KAUFEN
6	Widerstand	1 (1KΩ)	KAUFEN
7	Passiver Summer	1	KAUFEN
8	MFRC522 Modul	1	KAUFEN
9	WS2812 RGB 8-LED-Streifen	1	KAUFEN

Funktionsweise der Komponenten

• MFRC522-RFID-Lesegerät: Ein kostengünstiger RFID-Reader, der über SPI kommuniziert und RFID-Tags mit einer Frequenz von 13,56 MHz lesen und beschreiben kann.

• RFID-Tags/Schlüsselanhänger: Passive Speicherchips, auf denen kleine Datenmengen gespeichert werden können. Hier werden Musiknoten gespeichert.

• Passiver Buzzer: Ein elektronisches Bauteil, das Töne erzeugt, wenn es mit einem PWM-Signal angesteuert wird. Er wird genutzt, um Musiknoten zu spielen.

• WS2812-RGB-LEDs: Auch bekannt als NeoPixels, können diese LEDs verschiedene Farben anzeigen und über eine einzige Datenleitung individuell gesteuert werden.

Schaltplan

Verdrahtungsdiagramm

Code schreiben

Wir schreiben zwei Skripte:

• 6.5_rfid_write.py: Zum Speichern von Musiknoten auf dem RFID-Tag.

• 7.8_rfid_music_player.py: Zum Lesen der gespeicherten Noten und Abspielen der Melodie.

Bemerkung

Die Bibliotheken im Ordner mfrc522 müssen auf den Pico hochgeladen sein. Eine detaillierte Anleitung findest du unter Bibliotheken auf den Pico hochladen.

1. Öffne die Datei 6.5_rfid_write.py aus newton-lab-kit/micropython oder kopiere diesen Code in Thonny, dann klicke auf „Run“ oder drücke F5.

   from mfrc522 import SimpleMFRC522
   from machine import Pin, SPI
   
   # Initialisierung des RFID-Lesers
   reader = SimpleMFRC522(spi_id=0, sck=18, mosi=19, miso=16, cs=17, rst=9)
   
   def write_to_tag():
       try:
           data = input("Enter data to write to the tag: ")
           print("Place your tag near the reader...")
           reader.write(data)
           print("Data written successfully!")
       finally:
           pass
   
   write_to_tag()
   

2. Nach dem Start gib EEFGGFEDCCDEEDD EEFGGFEDCCDEDCC in die Konsole ein und halte den RFID-Tag an das Lesegerät. Dies speichert die Noten der „Ode an die Freude“. Nach erfolgreicher Speicherung wird die Meldung „Daten erfolgreich geschrieben!“ angezeigt.

3. Öffne die Datei 7.8_rfid_music_player.py aus newton-lab-kit/micropython oder kopiere diesen Code in Thonny, dann klicke auf „Run“ oder drücke F5.

   from mfrc522 import SimpleMFRC522
   import machine
   import time
   from ws2812 import WS2812
   import urandom
   
   # WS2812-LED-Setup
   # Initialisierung eines WS2812-LED-Streifens mit 8 LEDs an Pin 0
   ws = WS2812(machine.Pin(0), 8)
   
   # MFRC522-RFID-Leser-Setup
   # Initialisierung des RFID-Lesers über SPI mit den spezifischen Pins
   reader = SimpleMFRC522(spi_id=0, sck=18, miso=16, mosi=19, cs=17, rst=9)
   
   # Frequenzen der Buzzer-Noten (in Hertz)
   NOTE_C4 = 262
   NOTE_D4 = 294
   NOTE_E4 = 330
   NOTE_F4 = 349
   NOTE_G4 = 392
   NOTE_A4 = 440
   NOTE_B4 = 494
   NOTE_C5 = 523
   
   # Initialisierung des PWM-Signals für den Buzzer an Pin 15
   buzzer = machine.PWM(machine.Pin(15))
   
   # Liste der Notenfrequenzen, die den Musiknoten entsprechen
   note = [NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_B4, NOTE_C5]
   
   # Funktion zum Abspielen eines Tons auf dem Buzzer mit einer bestimmten Frequenz und Dauer
   def tone(pin, frequency, duration):
    pin.freq(frequency)  # Setze die Buzzer-Frequenz
    pin.duty_u16(30000)  # Setze den Duty-Cycle auf ca. 50 %
    time.sleep_ms(duration)  # Spiele den Ton für die angegebene Dauer
    pin.duty_u16(0)  # Stoppe den Ton, indem der Duty-Cycle auf 0 gesetzt wird
   
   # Funktion zum Beleuchten einer WS2812-LED an einem bestimmten Index mit einer zufälligen Farbe
   def lumi(index):
    for i in range(8):
        ws[i] = 0x000000  # Schalte alle LEDs aus
    ws[index] = int(urandom.uniform(0, 0xFFFFFF))  # Setze eine zufällige Farbe für die LED am angegebenen Index
    ws.write()  # Schreibe die Farbdaten an die WS2812-LEDs
   
   # Musiknoten-Text in Indizes umwandeln und entsprechende Noten abspielen
   words = ["C", "D", "E", "F", "G", "A", "B", "N"]  # Zuordnung von Musiknoten zu Zeichen
   def take_text(text):
    string = text.replace(' ', '').upper()  # Entferne Leerzeichen und konvertiere den Text in Großbuchstaben
    while len(string) > 0:
        index = words.index(string[0])  # Bestimme den Index der ersten Note im String
        tone(buzzer, note[index], 250)  # Spiele die entsprechende Note für 250 ms auf dem Buzzer
        lumi(index)  # Leuchte die LED entsprechend der Note auf
        string = string[1:]  # Gehe zum nächsten Zeichen im String über
   
   # Funktion zum Lesen von RFID-Karten und Abspielen der gespeicherten Noten
   def read():
    print("Reading...Please place the card...")
    id, text = reader.read()  # RFID-Karte auslesen (ID und gespeicherter Text)
    print("ID: %s\nText: %s" % (id, text))  # ID und gespeicherten Text ausgeben
    take_text(text)  # Spiele die gespeicherten Noten aus dem auf der Karte gespeicherten Text
   
   # Lese eine RFID-Karte und spiele die entsprechende Melodie ab
   read()
   

4. Nach dem Start wird in der Konsole die Meldung angezeigt: „Halte den Tag an das Lesegerät…“.

   Halte den RFID-Tag an das Lesegerät:

   • Der Pico liest die Daten vom RFID-Tag aus.

   • Die Konsole zeigt die Tag-ID und den gespeicherten Text an.

   • Der Buzzer spielt die der gespeicherten Melodie entsprechenden Noten ab.

   • Die WS2812-LEDs leuchten synchron zur Musik mit Lichteffekten auf.

Den Code verstehen

• RFID-Interaktion:

  • Die Klasse SimpleMFRC522 vereinfacht das Lesen und Schreiben von RFID-Tags.

  • Daten schreiben: In write_to_tag() werden Benutzereingaben auf den RFID-Tag geschrieben.

  • Daten lesen: In read_and_play() werden Daten vom RFID-Tag ausgelesen, sobald er sich in der Nähe des Lesegeräts befindet.

• Musik-Wiedergabe:

  • Noten-Wörterbuch: Ordnet Zeichenfolgen von note den entsprechenden Frequenzen zu.

  • Noten-Analyse: Der Text vom RFID-Tag wird bereinigt und Zeichen für Zeichen durchlaufen.

  • Noten abspielen: Für jedes Zeichen wird die entsprechende Frequenz auf dem Buzzer wiedergegeben.

• LED-Effekte:

  • WS2812-Steuerung: Das ws-Objekt steuert die RGB-LEDs.

  • LEDs leuchten auf: Für jede gespielte Note wird eine zufällige Farbe einer LED zugewiesen.

• Timing:

  • Notendauer: Jede Note wird 300 Millisekunden lang gespielt.

  • Pause zwischen den Noten: Eine kurze Pause von 100 Millisekunden sorgt für saubere Trennung der Noten.

Weitere Experimente

• Erstelle eigene Melodien:

  • Speichere unterschiedliche Notenfolgen auf RFID-Tags.

  • Verwende die Noten C, D, E, F, G, A, B und N (für Pause).

  • Tausche deine RFID-Musikkarten mit Freunden.

• Tonumfang erweitern:

  • Definiere zusätzliche Frequenzen, um weitere Oktaven hinzuzufügen.

  • Aktualisiere das Noten-Dictionary entsprechend.

• Visuelle Verbesserungen:

  • Modifiziere die lumi()-Funktion, um verschiedene LED-Muster zu erzeugen.

  • Synchronisiere die LED-Effekte genauer mit der Musik.

• Mehrere RFID-Tags für verschiedene Lieder:

  • Speichere unterschiedliche Melodien auf mehreren RFID-Tags.

  • Erstelle eine kleine RFID-Musikbibliothek.

Einschränkungen verstehen

• Datenspeicherung auf RFID-Tags:

  • RFID-Tags haben eine begrenzte Speicherkapazität (meist bis zu 48 Zeichen für den MFRC522).

  • Halte deine Musiksequenzen kurz und effizient.

• Audioqualität:

  • Passive Buzzer erzeugen einfache Töne.

  • Für eine bessere Klangqualität könnte ein aktiver Lautsprecher mit DAC-Ausgang verwendet werden.

• Kompatibilität der RFID-Tags:

  Stelle sicher, dass deine RFID-Tags mit dem MFRC522-Lesegerät kompatibel sind.

Fazit

Du hast erfolgreich einen RFID-Musikspieler mit dem Raspberry Pi Pico 2 gebaut! Dieses Projekt kombiniert RFID-Technologie, Musikgenerierung und LED-Steuerung, um ein interaktives und unterhaltsames Erlebnis zu schaffen. Durch das Speichern von Melodien auf RFID-Tags kannst du einfach verschiedene Lieder abrufen und teilen.