なぜMP3プレイヤー？

社内で、MP3プレイヤーを使ったおもちゃを作っている人をみて、私も作りたくなったのでした。部品代千円ちょっとで、光って音が出るものが作れると言うことに驚いたのです。

あと、自分の子供(3才)がよく歌を歌えと言ってくるので、最近は曲をかけながら、歌ったりしています。でも、かけるのがいつも決まった曲なのでこれなら作れるよなと思っていたので、やってみました。なんとなくアンパンマンの音の出る絵本*1とかを参考にしました。

なにを作るか？

大方針としては、以下の様にしてみました。

息子が5角形好きなので、5角形になるようにスイッチを配置し、5曲をすぐに選択可能に
スイッチを押すと、かならず押したことが光ってわかる
曲を演奏中もどこかボタンが光るような仕掛けを入れる
隠れ機能を入れる

主な購入品

MP3player基板 280円 *2
- 十分大きな音の出るアンプを内蔵していて、microSDを差して使うタイプ
Arduino Pro-mini互換基板 780円*3
- Arduinoボードの主要部分だけにして小さくしたバージョン
ユニバーサル基板(72mm x 47mm) 60円*4
- LEDやスイッチなどを載せる基板
スピーカ 8Ω0.5W 80円*5
あと、電池ボックス単4 3本型、microSDカード、LEDやタクトスイッチ。

試作方針

まずはユニバーサルボードに、スイッチとLEDを固定し、あまった所にMP3プレイヤーとArduinoボードを搭載します。機能を確認したところで、入るケースを設計してみました。今回はLEDの光とスイッチの関係をわかりやすくするために、数回スイッチ周りの部品を試作しました。

製作開始

回路図について

回路構成はこの図のようになっています。 f:id:hnii1970:20181026003732p:plain

部品点数を抑えた実装です。スイッチのプルアップ抵抗はArduinoの機能で、チャタリング除去もArduinoのソフトで済ませます。 LEDには全て1kΩが付いていますが、異なる種類毎に輝度が全く違いました。そこでソフト側で輝度を調整します。

ここで、ArduinoとDFPlayerMINIの間はシリアル通信で接続しています。それらの間には1kΩの抵抗がありますが、これは電源電圧が変化（今回のような電池直接駆動など）する状況では必要な様です（特にDFPlayerMINI側のRX端子については！）。付けないとスピーカからアンプが発振しているような音が発生することがあります。電源電圧が低くなったり、内部抵抗の高い電池（ボタン電池！）を使うと、発振音が出やすいようです。この抵抗を10kΩに変化させたりしましたが、特に変化はありません。

また、アンプの発振が疑われたので、図中C1を100uFや470uFにしてみましたが、発振を開始するタイミングやその波形が変わるだけで、発振が停止はしませんでした。また、どのタイミングで発振するか調べてみると、DFPlayer初期化コマンドをシリアル経由で送信した瞬間に音がでるようでした。やはり、DAコンバータからの出力をはじめた瞬間などに発振がどこかで起こっているような感じがします。しかし、回路図もないこのデバイスでは深く追うことができませんので、このあたりで諦めました。

ユニバーサル基板組み立て

基板の表にこんな感じに部品を並べました。 f:id:hnii1970:20181022233118j:plain

ウラは f:id:hnii1970:20181022233219j:plain 配線はもちろん手作業です。グランドとポートと直接つなげることができる端子についてはスズメッキ軟銅線を使用しています。

ちなみに、最初は電池をLR44というボタン電池にして、ケースに全て収める予定でした。その片鱗がケースの上側に付けられた電池ボックスに残っています。しかし電池容量が小さすぎMP3プレイヤー基板が異常動作してしまい、音が途切れ、ピーという音が止まらない状態になり、どうにもならない感じでした。

そのため、電池を単4に変更すると、まったく安定して動作するので、試作機はこの電池をつなぐことにしました。（電池ボックスははみ出しますが、、、）

これをケースに入れてみます。スイッチの位置を確認して穴を空けます。（穴の位置とかサイズは変更できるように別部品で設計） f:id:hnii1970:20181022233534j:plain

ちなみに最初は光が通りやすいように透明で3Dプリントしてみました。 f:id:hnii1970:20181022233552j:plain

しかし光源のLEDが見えすぎなのが気になったので、蓋の色を変えてみたのがこちらです。 f:id:hnii1970:20181022233624p:plain

こうすることで、スイッチの周りだけが光り、スイッチを押したことがわかりやすくなりました。

ソフトウェア

方針

極力外部の部品点数を減らしたため、チャタリング除去もソフトウェアで行っています。また、スイッチの同時押しの検出をできるようにして、隠れ機能を実装します。

ソースファイルについて

スイッチをArduinoにそのままつなぐと、チャッタリングが発生して、何度も押したことになってしまうと思います。その場合には、ソフトウェアで以下のような、スイッチを押した瞬間からの時間を記録し、十分時間が経ったときのみ反応するようにすると、役に立つ場合も多いです。

int Switch;       /// 一つ前の状態を保持
int Wait;         /// 最後のスイッチを押した瞬間からの時間

void loop() {
  delay(50);      /// 待ち時間50mS
  now = checkSW();/// スイッチの状態を取得. 何も押してない:0, スイッチを押した場合: 1..5
  if((now>0)&&(Switch==0)) {/// スイッチを押した時
    if(Wait>10) { ///前回のスイッチONから0.5秒以上経っていたら
      playMUSIC(now);
      Wait = 0;
    }
  }
  if(Wait < MAXWait) Wait++;
  Switch = now;
}