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8.6 Cloud-Musikplayer mit @MQTT

Es wird empfohlen, zunächst das Projekt 8.5 Rufsystem mit @MQTT durchzuführen, um die Installation einiger Module abzuschließen und die Konfiguration der HiveMQ-Plattform abzuschließen.

In diesem Projekt fungiert der Pico 2 W als Abonnent und empfängt den Liednamen unter dem Thema. Wenn der Liedname bereits im Code vorhanden ist, wird der Pico 2 W dazu bringen, dass der Summer das Lied spielt.

1. Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigst du die folgenden Komponenten.

Es ist definitiv praktisch, ein ganzes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

Name

ITEMS IN THIS KIT

LINK

Pico 2 W Starter Kit

450+

Pico 2 W Kit

Du kannst sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

SN

COMPONENT

QUANTITY

LINK

1

Einführung in den Pico 2 W

1

2

Micro USB Cable

1

3

Breadboard

1

KAUFEN

4

Jumper-Kabel

Mehrere

KAUFEN

5

Transistor

1(S8050)

KAUFEN

6

Widerstand

1(1KΩ)

KAUFEN

7

Passiver Buzzer

1

KAUFEN

8

Li-Po Charger Module

1

9

18650 Battery

1

2. Den Schaltkreis aufbauen

Das Kit enthält zwei Summer, wir verwenden einen passiven Summer (einen mit einer freiliegenden Leiterplatte auf der Rückseite). Der Summer benötigt einen Transistor, hier verwenden wir S8050.

Warnung

Stelle sicher, dass dein Li-po-Ladegerät wie im Diagramm gezeigt angeschlossen ist. Andernfalls könnte ein Kurzschluss deine Batterie und die Schaltung beschädigen.

../../_images/6.mqtt_sub_bb.png

3. Führe den Code aus

  1. Lade die Datei play_music.py unter dem Pfad pico-2w-kit-main/micropython/iot auf den Raspberry Pi Pico 2 W hoch.

    ../../_images/mqtt-A-1.png

  2. Öffne die Datei 8.6_mqtt_subscribe_music.py unter dem Pfad pico-2w-kit-main/micropython/iot und klicke auf den Knopf Run current script oder drücke F5, um sie auszuführen.

    ../../_images/6_cloud_player.png

    Bemerkung

    Bevor du den Code ausführst, musst du die Skripte do_connect.py und secrets.py auf deinem Pico 2 W erstellen. Bitte siehe 8.1 Zugang zum Netzwerk, um sie zu erstellen.

  3. Öffne HiveMQ Web Client in deinem Browser, trage das Thema als SunFounder MQTT Music ein, fülle den Liednamen als Message aus. Nachdem du auf den Publish-Knopf geklickt hast, wird der mit dem Pico 2 W verbundene Summer das entsprechende Lied spielen.

    Bemerkung

    In play_music.py sind nokia, starwars, nevergonnagiveyouup, gameofthrone, songofstorms, zeldatheme, harrypotter enthalten.

    ../../_images/mqtt-5.png

  4. Wenn du möchtest, dass dieses Skript beim Booten ausgeführt wird, kannst du es als main.py auf dem Raspberry Pi Pico 2 W speichern.

Wie funktioniert es?

Um es einfacher zu verstehen, haben wir den MQTT-Code vom Rest getrennt. Dadurch erhältst du den folgenden Code, der die grundlegendste Funktionalität von MQTT-Abonnements an drei Stellen implementiert.

import time
from umqtt.simple import MQTTClient

# Importiert die Funktion `do_connect()`, die die Logik für die Verbindung mit Wi-Fi mit dem `network`-Modul enthält. Sobald die Funktion `do_connect()` aufgerufen wird, verbindet sie sich mit dem in `secrets.py` spezifizierten Wi-Fi-Netzwerk. Wenn die Verbindung fehlschlägt, wird eine Ausnahme ausgelöst; wenn erfolgreich, wird der nächste Schritt fortgesetzt.
from do_connect import *
do_connect()

mqtt_server = 'broker.hivemq.com'
client_id = 'Jimmy'

# um die Nachricht zu abonnieren
topic = b'SunFounder MQTT Music'

def callback(topic, message):
    print("New message on topic {}".format(topic.decode('utf-8')))
    message = message.decode('utf-8')
    print(message)

try:
    client = MQTTClient(client_id, mqtt_server, keepalive=60)
    client.set_callback(callback)
    client.connect()
    print('Connected to %s MQTT Broker'%(mqtt_server))
except OSError as e:
    print('Failed to connect to MQTT Broker. Reconnecting...')
    time.sleep(5)
    machine.reset()

while True:
    client.subscribe(topic)
    time.sleep(1)

Beim Verbinden mit dem MQTT-Broker rufen wir die Funktion client.set_callback(callback) auf, die als Rückruf für die empfangenen Abonnementnachrichten dient.

try:
    client = MQTTClient(client_id, mqtt_server, keepalive=60)
    client.set_callback(callback)
    client.connect()
    print('Connected to %s MQTT Broker'%(mqtt_server))
except OSError as e:
    print('Failed to connect to MQTT Broker. Reconnecting...')
    time.sleep(5)
    machine.reset()

Als nächstes ist die Rückruffunktion, die die Nachricht aus dem abgerufenen Thema ausgibt. MQTT ist ein binärbasiertes Protokoll, bei dem die Steuerelemente binäre Bytes und keine Textzeichenfolgen sind, daher müssen diese Nachrichten mit message.decode('utf-8') dekodiert werden.

def callback(topic, message):
    print("New message on topic {}".format(topic.decode('utf-8')))
    message = message.decode('utf-8')
    print(message)

Verwende eine While True-Schleife, um regelmäßig Nachrichten unter diesem Thema zu erhalten.

while True:
    client.subscribe(topic)
    time.sleep(1)

Als nächstes wird Musik gespielt. Diese Funktion befindet sich im Skript play_music.py, das aus drei Hauptteilen besteht.

  • „Tone“: Simuliert einen spezifischen Ton basierend auf der grundlegenden Klaviertastenfrequenzen, die verwendet wird, um ihn zu spielen.

    NOTE_B0 =  31
NOTE_C1 =  33
...
NOTE_DS8 = 4978
REST =      0

  • Score: Bearbeite die Musik in ein Format, das das Programm verwenden kann. Diese Partituren stammen von Robson Coutos kostenlosem Teilen <https://github.com/robsoncouto/arduino-songs>, du kannst auch deine Lieblingsmusik im folgenden Format hinzufügen.

# Noten der Melodie gefolgt von der Dauer.
# eine 4 bedeutet eine Viertelnote, 8 eine Achtelnote, 16 eine Sechzehntelnote, usw.
# !!negative Zahlen werden verwendet, um punktierte Noten darzustellen,
# also bedeutet -4 eine punktierte Viertelnote, das heißt, eine Viertelnote plus eine Achtelnote!!
song = {
    "nokia":[NOTE_E5, 8, NOTE_D5, 8, NOTE_FS4, 4, NOTE_GS4, 4, NOTE_CS5, 8, NOTE_B4, 8, NOTE_D4, 4,
                NOTE_E4, 4,NOTE_B4, 8, NOTE_A4, 8, NOTE_CS4, 4, NOTE_E4, 4, NOTE_A4, 2],
    "starwars":[,,,],
    "nevergonnagiveyouup":[,,,],
    "gameofthrone":[,,,],
    "songofstorms":[,,,],
    "zeldatheme":[,,,],
    "harrypotter":[,,,],
}

import time
import machine

# Ändere dies, um das Lied langsamer oder schneller zu machen
tempo = 220

# dies berechnet die Dauer einer ganzen Note in ms
wholenote = (60000 * 4) / tempo

def tone(pin,frequency,duration):
    if frequency is 0:
        pass
    else:
        pin.freq(frequency)
        pin.duty_u16(30000)
    time.sleep_ms(duration)
    pin.duty_u16(0)

def noTone(pin):
    tone(pin,0,100)

def play(pin,melody):

    # iteriere über die Noten der Melodie.
    # Denke daran, das Array ist doppelt so groß wie die Anzahl der Noten (Noten + Dauer)
    for thisNote in range(0,len(melody),2):
        # berechnet die Dauer jeder Note
        divider = melody[thisNote+1]
        if divider > 0:
            noteDuration = wholenote/divider
        elif divider < 0:
            noteDuration = wholenote/-(divider)
            noteDuration *= 1.5

        # wir spielen nur die Note für 90% der Dauer, lassen 10% als Pause
        tone(pin,melody[thisNote],int(noteDuration*0.9))

        # Warte die spezifische Dauer, bevor die nächste Note gespielt wird.
        time.sleep_ms(int(noteDuration))

        # stoppe die Wellenformgenerierung vor der nächsten Note.
        noTone(pin)

Geh zurück zur Hauptfunktion und lass MQTT die Musikwiedergabe auslösen. In der Rückruffunktion, bestimme, ob die gesendete Nachricht der Name eines Liedes ist, das enthalten ist. Wenn ja, weise den Liednamen der Variablen melody zu und setze play_flag auf True.

def callback(topic, message):
    print("New message on topic {}".format(topic.decode('utf-8')))
    message = message.decode('utf-8')
    print(message)
    if message in song.keys():
        global melody,play_flag
        melody = song[message]
        play_flag = True

In der Hauptschleife, wenn play_flag True ist, spiele melody.

while True:
    client.subscribe(topic)
    time.sleep(1)
    if play_flag is True:
        play(buzzer,melody)
        play_flag = False