注釈

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7.8 RFID音楽プレーヤー

このプロジェクトでは、Raspberry Pi Pico 2 W、MFRC522 RFIDリーダー、パッシブブザー、WS2812 RGB LEDを使用して、 RFID音楽プレーヤー を作成します。RFIDタグに音符を書き込んで、それを読み取り、Picoが対応するメロディを再生し、カラフルなLEDエフェクトを表示します。このプロジェクトは、RFID技術と音楽生成を組み合わせ、RFIDカードやキーフォブにメロディを保存・共有できるようにします。

必要な部品

このプロジェクトでは、以下の部品が必要です。

キット一式を購入するのが便利です。こちらがリンクです：

名称	このキットに含まれる部品	リンク
Pico 2 Wスターターキット	450+	Pico 2 W Kit

また、以下のリンクから個別に購入することもできます。

SN	部品	数量	リンク
1	Pico 2 Wの概要	1
2	Micro USBケーブル	1
3	ブレッドボード	1	買う
4	ジャンパーワイヤー	数本	買う
5	トランジスタ	1(S8050)	買う
6	抵抗器	1(1KΩ)	買う
7	パッシブ ブザー	1	買う
8	MFRC522モジュール	1	買う
9	WS2812 RGB 8LEDストリップ	1	買う

部品の理解

• MFRC522 RFIDリーダーモジュール: SPIで通信する低価格のRFIDリーダー。13.56 MHzで動作するRFIDタグへのデータの読み書きが可能です。

• RFIDタグ/キーフォブ: 小さなデータを保存できるパッシブデバイス。音符をこれらのタグに書き込みます。

• パッシブブザー: PWM信号で駆動すると音を出す電子部品。音符を再生するために使用します。

• WS2812 RGB LED: NeoPixelとも呼ばれ、幅広い色を表示でき、1本のデータ線で個別に制御可能なLEDです。

回路図

配線

コードの作成

二つのスクリプトを作成します：

• 6.5_rfid_write.py: RFIDタグに音符を保存するスクリプト

• 7.8_rfid_music_player.py: 保存された音符を読み取り、メロディを再生するスクリプト

注釈

ここでは mfrc522 フォルダ内のライブラリを使用する必要があります。Picoにアップロードされているか確認してください。詳細なチュートリアルについては 1.4 Picoにライブラリをアップロード を参照してください。

1. 6.5_rfid_write.py ファイルを pico-2w-kit-main/micropython から開くか、このコードをThonnyにコピーして、「Run Current Script」をクリックするか、F5キーを押して実行します。

   from mfrc522 import SimpleMFRC522
   from machine import Pin, SPI
   
   # RFIDリーダーの初期化
   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. 実行後、シェルに EEFGGFEDCCDEEDD EEFGGFEDCCDEDCC と入力し、RFIDタグをリーダーの近くに持っていくと「喜びの歌」の楽譜が保存されます。確認メッセージ「データが正常に書き込まれました！」が表示されます。

3. 7.8_rfid_music_player.py ファイルを pico-2w-kit-main/micropython から開くか、このコードをThonnyにコピーして、「Run Current Script」をクリックするか、F5キーを押して実行します。

   from mfrc522 import SimpleMFRC522
   import machine
   import time
   from ws2812 import WS2812
   import urandom
   
   # WS2812 LEDのセットアップ
   # ピン0に8個のLEDを接続
   ws = WS2812(machine.Pin(0), 8)
   
   # MFRC522 RFIDリーダーのセットアップ
   # SPI通信を使用してRFIDリーダーを初期化
   reader = SimpleMFRC522(spi_id=0, sck=18, miso=16, mosi=19, cs=17, rst=9)
   
   # ブザー音符周波数（Hz）
   NOTE_C4 = 262
   NOTE_D4 = 294
   NOTE_E4 = 330
   NOTE_F4 = 349
   NOTE_G4 = 392
   NOTE_A4 = 440
   NOTE_B4 = 494
   NOTE_C5 = 523
   
   # ピン15でPWMを使用してブザーを初期化
   buzzer = machine.PWM(machine.Pin(15))
   
   # 音符に対応する周波数のリスト
   note = [NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_B4, NOTE_C5]
   
   # 指定された周波数と継続時間でブザーを鳴らす関数
   def tone(pin, frequency, duration):
    pin.freq(frequency)  # ブザーの周波数を設定
    pin.duty_u16(30000)  # デューティ比を50%に設定
    time.sleep_ms(duration)  # 指定された時間だけ音を鳴らす
    pin.duty_u16(0)  # 音を止める
   
   # 指定されたインデックスのWS2812 LEDをランダムな色で点灯させる関数
   def lumi(index):
    for i in range(8):
        ws[i] = 0x000000  # 全てのLEDを消灯
    ws[index] = int(urandom.uniform(0, 0xFFFFFF))  # 指定したインデックスのLEDにランダムな色を設定
    ws.write()  # WS2812 LEDに色データを書き込む
   
   # 音符のテキストをインデックスにエンコードし、対応する音符を再生する関数
   words = ["C", "D", "E", "F", "G", "A", "B", "N"]  # 音符と文字をマッピング
   def take_text(text):
    string = text.replace(' ', '').upper()  # 空白を削除し、テキストを大文字に変換
    while len(string) > 0:
        index = words.index(string[0])  # テキストの最初の音符をインデックスとして取得
        tone(buzzer, note[index], 250)  # 250ミリ秒間、対応する音符を再生
        lumi(index)  # 対応する音符のLEDを点灯
        string = string[1:]  # 次の文字に進む
   
   # RFIDカードからデータを読み取り、保存されたメロディを再生する関数
   def read():
    print("Reading...Please place the card...")
    id, text = reader.read()  # RFIDカードからIDと保存されたテキストを読み取る
    print("ID: %s\nText: %s" % (id, text)) # IDとテキストを表示
    take_text(text)  # カードに保存されたメロディを再生
   
   # RFIDカードを読み取り、対応するメロディを再生
   read()
   

4. 実行後、コンソールには「タグをリーダーの近くに置いてください...」と表示されます。

   RFIDタグをリーダーの近くに置くと：

   • Picoがタグからデータを読み取ります。

   • コンソールにタグのIDとテキストが表示されます。

   • ブザーがタグに保存された音符に対応するメロディを再生します。

   • WS2812 LEDが音楽に合わせてエフェクトを点灯させます。

コードの理解

• RFIDとのやり取り：

  • SimpleMFRC522 クラスはRFIDタグの読み書きを簡素化します。

  • データの書き込み: write_to_tag() ではユーザー入力をタグに書き込みます。

  • データの読み取り: read_and_play() ではリーダーの近くにタグを置くとデータを読み取ります。

• 音楽の再生:

  • 音符辞書: note 文字列を周波数にマッピングします。

  • 音符の解析: RFIDタグから取得したテキストを整形し、1文字ずつ処理します。

  • 音符の再生: 各文字に対応する周波数がブザーで再生されます。

• LEDエフェクト：

  • WS2812の制御: ws オブジェクトでRGB LEDを制御。

  • LEDの点灯: 音符に合わせて対応するLEDを点灯させます。

• タイミング：

  • 音符の継続時間: 各音符は300ミリ秒間再生されます。

  • 音符間の休止: 音符の間には100ミリ秒の短い休止があります。

さらに実験する

• 自分だけのメロディを作成：

  • RFIDタグに異なる音符を記録。

  • C、D、E、F、G、A、B、N（休符）の音符を使用。

  • 作成した音符のRFIDタグを友達と共有。

• 音符の範囲を拡張:

  • 追加の周波数を定義することで、さらに多くのオクターブを追加します。

  • それに応じて音符辞書を更新します。

• ビジュアルの強化:

  • light_led関数を変更して、異なるLEDパターンを作成します。

  • LEDエフェクトと音楽の同期をより密にします。

• 異なる曲のための複数のタグ:

  • 異なるメロディを持つ複数のRFIDタグをプログラムします。

  • シンプルなRFIDベースの音楽ライブラリを構築します。

制限事項の理解

• RFIDタグのデータ保存：

  • RFIDタグの保存容量には制限があります（通常、MFRC522の場合、最大48文字）。

  • 音楽のシーケンスは簡潔に保ちましょう。

• 音質：

  • パッシブブザーは単純な音を出します。

  • より良い音質を求めるなら、DAC出力を持つアクティブスピーカーの使用を検討してください。

• RFIDタグの互換性：

  MFRC522リーダーと互換性のあるRFIDタグを使用してください。

結論

Raspberry Pi Pico 2 Wを使ってRFID音楽プレーヤーを作成しました！このプロジェクトは、RFID技術、音楽生成、LED制御を組み合わせて、インタラクティブで楽しい体験を提供します。RFIDタグにメロディを保存すれば、簡単に異なる曲を共有・再生できます。