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siroitori0413 2021年02月03日作成 (2021年12月20日更新)
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とびだすおじさんの箱『USB and RF Bomber』

とびだすおじさんの箱『USB and RF Bomber』

『USB and RF Bomber』

USBプラグやRFIDカードで遊べる電子工作おもちゃを作りました。
遊び方は2とおり。

【USBプラグで遊ぶ】
箱についている4つのUSBコネクタにUSBプラグを差し込みます。どれか1つだけ、おじさんが飛び出すコネクタがあります。

【RFIDカードで遊ぶ】
箱の前面にRFIDカードをかざします。どれか1枚だけかざすとおじさんが飛び出すカードがあります。

順番にUSBプラグを刺したりカードをかざしたりして「飛び出すのかな飛び出さないのかな」と、遊びます。

材料

  • ユニバーサル基板 × 1個
  • USB typeA コネクター(メス)× 4個
  • USB typeB コネクター(メス)× 1個
  • USBケーブル(Aオス-Bオス)
  • M5Stack Basic × 1個
  • Grove接続 RFIDリーダー× 1個
  • ソレノイド CB12500080 × 1個
  • 箱(3Dプリンターで出力・PETG)

作り方

基盤とUSBコネクター

図のように配線します。

※上記赤丸をつけた箇所の抵抗は不要だったため後で外しています。

キャプションを入力できます

筐体と組み立て

箱はTinkerCADで設計し、3Dプリンターで出力しました。
STLデータはThingiverseに公開しています。
https://www.thingiverse.com/thing:4747217

7つのパーツから構成されており、下から
①M5 USBBomber Power Bottom.stl
②M5 USBBomber Power Body1.stl
③M5 USBBomber Power Body2.stl
④M5 USBBomber Power Body3.stl
⑤M5 USBBomber Power Body4.stl
⑥M5 USBBomber Power Body5.stl
⑦M5 USBBomber Power Top.stl
の順に積み上げていきます。

下から①~④
①に基板、②にマルチコントローラーA、③にソレノイドの芯、④にソレノイドの本体部分をセットします。
またマルチコントローラーに繋がる電源ケーブル、M5Stackに繋がる充電ケーブル(※)、基板に繋がるUSBケーブル(刺して遊ぶUSBプラグがついているケーブル)の3本(※2本)は①と②の間の2か所左右にある溝から外に出るようにします。
※ M5Stackを充電のみで使う場合はケーブル不要

下から①~④(きっちりはめたところ)
M5Stackやワイヤー類は左右の隙間に収納します。

上記+⑤
⑤の手前部分にRFIDリーダーを貼り付けます。

上記+⑥
上記+⑦

飛び出すおじさんはLEGO(デュプロ)のキャラクターがちょうど良いサイズです。

構成・配線

構成図

プログラム

#include <M5Stack.h>        // M5Stack
#include <Wire.h>           //For RFID
#include "MFRC522_I2C.h"    //For RFID

#include "AudioFileSourceSD.h"
#include "AudioFileSourceID3.h"
#include "AudioGeneratorMP3.h"
#include "AudioOutputI2S.h"

// 0x28 is i2c address on SDA. Check your address with i2cscanner if not match.
MFRC522 mfrc522(0x28);   // Create MFRC522 instance.

bool isAudioSet = false;
AudioGeneratorMP3 *mp3;
AudioFileSourceSD *file;
AudioOutputI2S *out;
AudioFileSourceID3 *id3;

const int buttonON = LOW;    // ボタンが押されているとピンの値はLOW
const int buttonOFF = HIGH;  // ボタンが押されていないとピンの値はHIGH

const int buttonPin1 = 3;     // 1番目のピン オレンジ
const int buttonPin2 = 2;     // 2番目のピン 黄
const int buttonPin3 = 16;    // 3番目のピン 赤
const int buttonPin4 = 5;     // 4番目のピン 茶

const int groveSoPin = 17;      // Groveの代わりにG17を使用

const String hitId = "********";     // 当たりのRFID

int hitNumber;         // 当たり番号

void MP3Task(void* arg) {
  while (true) {
    if (isAudioSet) {
      if (!mp3->loop()) {
        isAudioSet = false;
        mp3->stop();
      }
    } else {
      vTaskDelay(50);
    }
  }
}

void playMP3(char *filename) {
  file = new AudioFileSourceSD(filename);
  id3 = new AudioFileSourceID3(file);
  out = new AudioOutputI2S(0, 1); // Output to builtInDAC
  out->SetOutputModeMono(true);
  out->SetGain(2.0);
  mp3 = new AudioGeneratorMP3();
  mp3->begin(id3, out);
  // タスク処理
  isAudioSet = true;
  //    while(mp3->isRunning()) {
  //    if (!mp3->loop()) mp3->stop();
  //  }
}

void setup() {
  M5.begin();
  Serial.begin(115200);
  //  M5.Power.begin();   // これを生かしておくとソレノイドへの制御ができなかった!

  // pinModeの設定
  pinMode(buttonPin1, INPUT_PULLUP);
  pinMode(buttonPin2, INPUT_PULLUP);
  pinMode(buttonPin3, INPUT_PULLUP);
  pinMode(buttonPin4, INPUT_PULLUP);

  pinMode(groveSoPin, OUTPUT);   // ピンを出力に設定
  digitalWrite(groveSoPin, LOW);

  // 当たりが何番かを決める
  decideHitNumber();

  Serial.println("M5Stack MFRC522");
  Wire.begin();                   // Initialize I2C

  mfrc522.PCD_Init();             // Init MFRC522
  ShowReaderDetails();            // Show details of PCD - MFRC522 Card Reader details
  Serial.println(F("Scan PICC to see UID, type, and data blocks..."));

  // 音を鳴らす用のタスクを裏で動かしておく
  xTaskCreatePinnedToCore(MP3Task, "MP3Task", 2048, NULL, 1, NULL, 0);
}

void ShowReaderDetails() {
  // Get the MFRC522 software version
  byte v = mfrc522.PCD_ReadRegister(mfrc522.VersionReg);
  Serial.print(F("MFRC522 Software Version: 0x"));
  Serial.print(v, HEX);
  if (v == 0x91)
    Serial.print(F(" = v1.0"));
  else if (v == 0x92)
    Serial.print(F(" = v2.0"));
  else
    Serial.print(F(" (unknown)"));
  Serial.println("");
  // When 0x00 or 0xFF is returned, communication probably failed
  if ((v == 0x00) || (v == 0xFF)) {
    Serial.println(F("WARNING: Communication failure, is the MFRC522 properly connected?"));
  }
}

// 当たりが何番かをランダムで決める
void decideHitNumber() {
  randomSeed(micros());     // ランダムシード値はmicro()を指定
  hitNumber = random(1, 5); // 1から4の乱数を生成
  Serial.print("hitNumber =");
  Serial.println(hitNumber);
}

// おじさんを飛ばす
void jumpHige() {
  digitalWrite(groveSoPin, HIGH);
  waitAudioTaskEnd();
  digitalWrite(groveSoPin, LOW);
}

void waitAudioTaskEnd() {
  while (isAudioSet) vTaskDelay(300);
}

void array_to_string(byte array[], unsigned int len, char buffer[])
{
  for (unsigned int i = 0; i < len; i++)
  {
    byte nib1 = (array[i] >> 4) & 0x0F;
    byte nib2 = (array[i] >> 0) & 0x0F;
    buffer[i * 2 + 0] = nib1  < 0xA ? '0' + nib1  : 'A' + nib1  - 0xA;
    buffer[i * 2 + 1] = nib2  < 0xA ? '0' + nib2  : 'A' + nib2  - 0xA;
  }
  buffer[len * 2] = '\0';
}

void loop() {
  M5.update();

  if (M5.BtnC.wasPressed()) {
    Serial.println("BtnC.wasPressed");

  } else if (M5.BtnA.wasPressed()) {
    // Aボタンが押されたとき:リセット処理
    decideHitNumber();
    playMP3("/decision1.mp3");
    waitAudioTaskEnd();

  } else {
    // どこに刺さっているか確認
    int buttonState1 = digitalRead(buttonPin1);
    int buttonState2 = digitalRead(buttonPin2);
    int buttonState3 = digitalRead(buttonPin3);
    int buttonState4 = digitalRead(buttonPin4);

    if (buttonState1 != buttonON &&
        buttonState2 != buttonON &&
        buttonState3 != buttonON &&
        buttonState4 != buttonON) {
      // どこにも刺さっていない

    } else if ((hitNumber == 1 && buttonState1 == buttonON) ||
               (hitNumber == 2 && buttonState2 == buttonON) ||
               (hitNumber == 3 && buttonState3 == buttonON) ||
               (hitNumber == 4 && buttonState4 == buttonON)) {
      // 爆発のポートに刺さっている
      Serial.println("爆発のポートに刺さっている");
      playMP3("/bomb1.mp3");
      jumpHige();

    } else {
      // セーフのポートに刺さっている
      Serial.println("セーフのポートに刺さっている");
      playMP3("/correct1.mp3");
      waitAudioTaskEnd();
    }

    // RFIDカードのチェック
    // Look for new cards, and select one if present
    if (mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && mfrc522.PICC_ReadCardSerial() ) {
      // Now a card is selected. The UID and SAK is in mfrc522.uid.

      // Dump UID
      Serial.print(F("Card UID:"));
      char str[32] = "";
      array_to_string(mfrc522.uid.uidByte, 4, str); //Insert (byte array, length, char array for output)
      Serial.println(str); //Print the output uid string

      if (hitId == str) {
        Serial.println("爆発のカードがかざされた");
        playMP3("/bomb1.mp3");
        jumpHige();
      } else {
        Serial.println("セーフのカードがかざされた");
        playMP3("/correct1.mp3");
        waitAudioTaskEnd();
      }
    }
  }
}

当たり番号のRFIDは使用するIDに変えてください。
const String hitId = "********"; // 当たりのRFID

また、このほかに以下のプログラムファイルが必要です。
MFRC522_I2C.cpp
MFRC522_I2C.h
これら2ファイルに関しては下記Githubのものをそのまま使用しています。
https://github.com/m5stack/M5Stack/tree/master/examples/Unit/RFID_RC522

完成品

ここに動画が表示されます

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https://siroitori.hatenablog.com/
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