Junior Jukebox - Der ultimative MP3 Player für Kinder mit Internetradio mit RFID

Einleitung

Hier stelle ich nun eine Schritt-für-Schritt Bauanleitung für ein MP3 Kinderradio vor.
Es sind keine technischen Kenntnisse notwendig um es nachzubauen. Lediglich etwas handwerkliches Geschick und ein geübter Umgang mit einem Lötkolben sollten vorhanden sein.

Hier könnt ihr euch schon mal ansehen wie es dann fertig aussieht.

Einkaufsliste

Alles was wir brauchen, können wir bequem bei Amazon bestellen

Technische Sachen

Raspberry Pi 3
64GB Speichkarte
Netzteil 3,1A
Pi Supply
Display
Mifare Reader
NFC Sticker
Jumper Kabel
Acrade Button (grün)
Arcade Button (rot)
Arcade Button (gelb)
Arcade Button (blau)
Logitech USB PC-Lautsprecher
kurzes USB Kabel
USB Verlängerung
Micro-USB Einbaubuchse
Powerbank

Ganz klar, wir brauchen einen Raspberry Pi 3. Er bietet uns genügend GPIO-Pins um alles anzuschließen und hat gleichzeitig WLAN an Board um unsere Junior-Jukebox mit neuer Musik zu versorgen.

Der Pi Supply ist eine kleine Platine, die ich nicht mehr missen möchte. Dadurch ist es möglich den Raspberry per Knopfdruck ein- und wieder auszuschalten. So wie man es von jedem handelsüblichen Radio ja kennt.

Diesmal habe ich nicht das original Netzteil von Raspberry genommen, sondern ein leistungsstärkeres (Netzteil 3,1A). Denn es muss ja nicht nur der Raspberry versorgt werden, sondern auch die anderen Bauteile. Gerade die Buttons und die Lautsprecher brauchen viel Saft.

Bei den Acrade Button kann man den Deckel abnehmen und mithilfe von Folie, die für den Drucker geeignet ist, mit den passenden Funktions-Icons versehen. Dadurch greifen sich die Logos nicht ab und es sieht etwas professioneller aus.

Das kurze USB Kabel, die USB Verlängerung und die Micro-USB Einbaubuchse sind später dafür da, damit man die Powerbank später laden kann, ohne den Koffer öffnen zu müssen. Alternativ kann so auch das Ladekabel direkt angeschlossen werden und somit wird der Akku geschont, wenn das Radio nur teilweise mobil sein soll.

Natürlich muss das Radio nicht mit einer Powerbank betrieben werden, aber somit ist es super mobil.

Empfehlen kann ich auch noch, dass du dir ein Dupont Set kaufst, denn so kann man die Stecker bequem als ein Bündel zusammenfassen bzw. auch mal defekte Stecker schnell neu crimpen ohne gleich das Kabel auszutauschen.

Gehäusebauteile

Alukoffer
Filz (weiß)
Filz (grün)
Rahmen fürs Display
Sprühkleber

Anstelle des Alukoffer kann natürlich auch etwas selbst entworfen werden. Aber wir hatten den Koffer noch übrig. Er hat zwei Vorteile. Er ist leichter als eine vergleichbare Holzkiste und durch den Griff kann er wunderbar durch ein Kleinkind transportiert werden.

Wir haben uns auch für Grün-Weiß entschieden, da es am besten zu den Möbeln unseres Kindes passt.

Den Sprühkleber brauchst du, um den Filz auf dem Koffer zu bekommen.

Gehäusebau

Damit wir die Kabellängen besser bestimmen können, fangen wir zuerst mit dem Gehäusebau an.

Wie man auf den ersten Bildern erkennen kann, haben wir noch ein altes kleines Schloss eingebaut. Dadurch ist es unserem Kind nicht möglich den Koffer zu öffnen und die Neugierde zu befriedigen ;-)

Wie man auf dem oberen Bild sehr gut sehen kann, mussten wir für den Reader etwas Filz raus schneiden, da sonst das Signal nicht mehr zuverlässig erkannt wurde.

Den Innenraum haben wir mit Nadelfilz ausgekleidet und Halterungen eingebaut, die das Innenleben sicher am Platz halten.

Wir haben erst sämtliche Öffnungen reingesägt und dann mit dem Sprühkleber den Filz rauf geklebt.

Dadurch haben wir nun perfekte Übergänge.

An der Seite haben wir für die Lautsprecher Öffnungen reingesägt. Als Blende für die Lautsprecher haben wir die Frontblende für das Display genommen und einfach ein paar Löcher reingemacht und mit Akustikstoff  bespannt.

Verkabelung

All unsere Teile wurden geliefert, das Gehäuse ist nach unseren Wünschen gebaut.
Und nun heißt es die Teile alle schön einzubauen und zu Verkabeln.

Aber wohin nur mit all den bunten Kabeln?!

Keine Angst, ich habe mal einen kleinen Plan aufgestellt, der genauso farbenfroh auch in echt dann aussieht.

Links oben siehst du das Display, daneben die Köpfe für Skip next, Play/Pause und Skip prev. Dann kommt unser Reader, und unten natürlich der Raspberry Pi.

Und noch einmal eine tabellarische Übersicht, wo welches Kabel rangesteckt werden muss.

Display Pin	Raspberry Pi Pin
1	6
2	2
3	9
4	26
5	14
6	36
7	-
8	-
9	-
10	-
11	29
12	31
13	32
14	33
15	4
16	20

Reader Pin	Raspberry Pi Pin
1 (SDA)	24
2 (SCK)	23
3 (MOSI)	19
4 (MISO)	21
5 (IRQ)	-
6 (GND)	25
7 (RST)	22
8 (3,3V)	1

Buttons	Raspberry Pi Pin
3,3V	17
Funktion Skip prev	38
Funktion Play/Pause	12
Funktion Skip next	10
LED 5V	3
GND LED 5V	39
GND LED on/off	34

pi-supply  Pin	Raspberry Pi Pin
7	7
8	8

Den Aufmerksamen unter uns ist jetzt sicherlich aufgefallen, dass der Pi-Supply und die On und Off-Buttons gar nicht in dem Plan vorkommen.

Das liegt daran, dass ich bei Fritzing kein Bauteil gefunden habe, das ich dafür nehmen kann. Aber auf der Webseite von pi-Supply kann man sich die Anleitung für das Bauteil runterladen und zusammen löten.

Hier mal ein Bild wie der pi-supply dann fertig zusammengelötet im Radio aussieht.

Das schwarze Kabel was rechts vom pi-supply wegführt, sind die on-/off Schalter, die am Gehäuse befestigt sind. Dafür habe ich zusätzliche Kabel an der Unterseite der kleinen Buttons (die ja im Lieferumfang vom pi-supply sind) angelötet.

Raspbian installieren

Um die kleine SD Karte mit Raspbian zu bespielen, brauchen wir Win32Disk Imager.
Das können wir uns bequem hier runterladen.
Das Programm mit den Standardeinstellungen installieren.

Nun brauchen wir natürlich auch noch das Raspbian.
Das laden wir uns hier runter.

Die im Lieferumfang enthaltende SD-Karte stecken wir in unserem PC und starten das Win32Disk Imager Programm, dass wir zuvor installiert haben,

Nun musst du auf den kleinen blauen Ordner klicken und zu dem Pfad navigieren, wo du das Image gespeichert hast. Wenn du in dem sich geöffneten Fenster dann auf "Öffnen" geklickt hast, sollte es nun so aussehen.

Nun noch auf "Write" klicken.

Bei der Meldung nicht erschrecken. Die ist normal und warnt uns nur.

Also da klicken wir dann einfach auf "Yes" und schon wird die SD-Karte beschrieben.

Nach kurzer Wartezeit kommt dann die Meldung, dass der Schreibvorgang erfolgreich war.

SSH und WLAN aktivieren

Wir haben nun die SD Karte fertig bespielt.
Aber anstatt sie direkt in den Raspberry Pi zulegen, lassen wir sie im PC und gehen über den Explorer zu der SD Karte.

In dem Verzeichnis erstellen wir nun zwei Dateien. Die eine nennen wir "ssh" und die andere "wpa_supplicant.conf". Eine Dateiändung wie "txt" muss natürlich entfernt werden.

Wenn ihr das gemacht habt, dann sieht es bei euch genauso aus wie auf dem oberen Bild.

Die ssh-Datei erlaubt es uns nun, uns mit dem Raspberry Pi per SSH zu verbinden (seit Raspbian Jessi ist das nicht mehr per Default aktiv) und die zweite Datei ist für unsere WLAN-Einstellungen und muss nach folgendem Schema gefüllt werden.

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=DE

network={
 ssid="euer WLAN Name"
 psk="euer WLAN Passwort"
 key_mgmt=WPA-PSK
}

Natürlich können wir auch ein Display anschließen und uns mit Maus und Tastatur durch das Menü hangeln, aber so geht es schneller. :)

So nun kann die SD Karte in den Raspberry Pi gesteckt werden und sobald er mit Strom versorgt wird, startet er auch gleich.
Wenn wir nun alles richtig gemacht haben, können wir uns auch gleich mit Putty verbinden.

Der Benutzername ist pi und das Kennwort lautet raspberry.

Eine wichtige Einstellung ist, die SD zu erweitern. Wie das geht, zeige ich euch in dem Video.

Dadurch haben wir nun die volle Kapazität der Speicherkarte. Wem das Video zu schnell ging noch einmal die Befehle zum Kopieren.

Nach dem Einloggen geben wir 

sudo raspi-config

ein. Nun wird der Hintergrund blau und ein graues Menü wird sichtbar.

Dort navigieren wir zu 

Advanced Options

Im nächsten Menü geht es dann zu

Expand Filesystem

Die Meldung bestätigen wir mit 

OK

Und schließen das Menü mit

finish

Nun werden wir gefragt, ob wir neustarten möchten. Das bestätigen wir mit

Yes

Und nach dem der Raspberry Pi wieder gebootet ist, können wir nun Updates runterladen.

Auch dafür habe ich ein Video erstellt. Das Laden dauert eine Weile, deswegen ist das Video ist der 5-fachen Geschwindigkeit.

Folgende Befehle werden dafür der Reihe nach eingegeben.

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

sudo rpi-update

sudo reboot

Nun haben wir sämtliche Updates geladen.

Installation Mifare RC522 Reader

Als nächstes installieren wir unseren Mifare RC522 Reader. Dazu habe ich mal ein kurzes Video erstellt, in dem ihr sehen könnt, welche Befehle ihr wann eingeben musst.

Wem die Befehle zu schnell gingen, hier dann noch mal die Schritt für Schritt Anleitung mit vielen bunten Bildern. :)

Als erstes verbinden wir uns mit Putty über SSH.

Dort geben wir als erstes

sudo raspi-config

ein.

Und navigieren zu

Interfacing Options

Im nächsten Menü wählen wir dann

SPI

aus.

Bestätigen mit YES und wählen OK aus. Und schon sind wir wieder bei unserer Shell.

Ob die Aktivierung geklappt hat, können wir ganz einfach überprüfen.

Dazu öffnen wir die config.txt mit

sudo nano /boot/config.txt

und dort muss dann fast ganz unten

dtparam=spi=on 

drin stehen. Wenn ein # davor steht, dann ist die Zeile auskommentiert. Dann einfach das # entfernen.

Mit STRG+O speichern und STRG+X die Datei schließen.

Ein nächster Test zeigt uns, ob der SPI nun wirklich funktionieren wird und wir alles richtig gemacht haben.

Dazu geben wir

lsmod | grep spi

ein und die Ausgage sollte so ähnlich wie diese aussehen.

Um eine möglich einfache Bedienung zu haben, nutzen wir die Erweiterung von Louis Thiery & Connor Wolf.

Um auf unseren SPI Bus nun zugreifen zu können, laden wir uns erstmal deren Bibliotheken herunter.

Dafür einfach folgende Befehle eingeben und warten bis sie erfolgreich ausgeführt wurden.

sudo apt.get install git python-dev --yes
sudo apt-get install python2.7-dev

git clone https://github.com/lthiery/SPI-Py.git

Nun wechseln wir mit

cd SPI-Py

in unseren neuen Ordner und unsere Shell sieht nun so aus

Von dort starten wir nun die Installation mit

sudo python setup.py install

Wir verlassen den Ordner mit

cd ..

und laden uns die nächste notwendige Bibliothek mit

git clone https://github.com/mxgxw/MFRC522-python.git

herunter.

Nun wechseln wir wieder in unseren neu erstellten Ordner mit

cd MFRC522-python 

und bearbeiten dort die MFRC522.py mit

sudo nano MFRC522.py

In Zeile 10 finden wir ein 22 in eine 11 geändert werden muss.

Und in Zeile 113 ändern wir wieder die 22 in eine 11.

Mit STRG+O speichern und mit STRG+X beenden


Nun starten wir den Raspberry Pi mit

sudo reboot 

neu.

Die Installation des RFID/NFC Readers ist damit abgeschlossen.

Um zu Testen einfach wieder mit

cd MRFC522-python

in den Ordner wechseln und

sudo python Read.py

eingeben.

Nun könnt ihr eure Tags vorhalten und bekommt eine Ausgabe.

MPD installieren

Natürlich soll unsere Jukebox auch Musik abspielen können. Das machen wir mit MPD.

Wir ihr das bei dem Raspberry Pi macht, zeige ich euch in dem Video.

Wem die Befehle zu schnell waren, folgt jetzt wie gewohnt die bebilderte Schritt-für-Schritt-Anleitung.

Als erstes geben wir

sudo apt-get install mpd mpc alsa-utils

ein, um die benötigten Pakete zu installieren

 

Nach kurzer Zeit wird eine Bestätigung von uns gefordert, da einfach 

Y

für YES (Ja) eingeben

 und weiter gehts.

sudo modprobe snd_bcm2835

eingeben, um das Modul der Soundkarte zu laden

Da unsere Lautsprecher über den Klinkenschluss am Raspberry verbunden werden sollen, muss die Soundausgabe noch auf diesem mit den Befehl

sudo amixer cset numid=3 1

umgestellt werden.

mit sudo amixer cset numid= 3 2 (für HDMI-Ausgabe) und sudo amixer cset numid=3 0 (automatische Auswahl), kann die Einstellung auch verändert werden.

Wollen wir, dass unsere Lautstärkeinstellungen auch nach dem Neustart immer gleich sind, dann müssen wir folgenden Befehl eingeben

sudo alsactl store

Mit

sudo nano /etc/mpd.conf

die Konfigurationsdatei von mpd aufrufen.

Bei Bedarf die Pfade anpassen. Und mit STRG+O speichern und mit STRG+X schließen.

Wenn die Pfade für die Playlisten und der mp3 nicht geändert wurden, müssen natürlich noch die Berechtigungen gesetzt werden.

Dafür einfach

sudo chmod g+w /var/lib/mpd/music /var/lib/mpd/playlists/

sudo chgrep audio /var/lib/mpd/music /var/lib/mpd/playlists/

eingeben.

Nun noch den Dienst mit

sudo /etc/init.d/mpd

neustarten.

Und die Datenbank aktualisieren.

sudo mpc update

Playlisten den NFC-Tags zuordnen

Als erstes installiert ihr euch FileZilla und startet es.

Nun tragt ihr bei Server oben die IP-Adresse von euren Raspberry Pi ein, Username ist im Standard "Pi" und Kennwort "raspberry". Der Port ist 22 für SFTP.

Dann auf Verbinden und schon seht ihr sämtliche Ordner von eurem Raspberry Pi auf der rechten Seite und auf der linken Seite die Ordner von eurem PC.

Auf dem PC navigiert ihr zu eurer Musik und auf der rechten Seiten nach

/var/lib/mpd/Music

Nun schiebt ihr einfach die Musik von links nach rechts.

Je nachdem wie viele MP3s ihr übertragen wollt, kann dieser Vorgang einige Minuten in Anspruch nehmen.

Währenddessen verbinden wir uns mit Putty um die Playliste zu erstellen.

Sobald du dich eingeloggt, hast gibst du

cd /var/lib/mpd/playlists/

ein

nun erstellen wir eine neue Playliste mit

sudo nano playliste.m3u

Natürlich kannst du auch statt playliste.m3u irgendein anderen Namen geben.

Nun füllst du die Datei nach folgendem Schema.

Ich habe in dem Ordner "music" einen Unterordner "Asterix" mit einem Unterordner "Folge 3_ Asterix als Gladiator" und in dem sind dann sieben mp3s.

Nun mit

STRG+O speichern und mit STRG+X beenden.

Nun gebt ihr in der Konsole folgende Befehle nach einander ein (sofern die mp3-Übertragung erfolgreich abgeschlossen wurde)

mpc stop

mpc clear

mpc update

Nun ist die Playliste und die mp3s dem Raspberry bekannt und wir können mit

mpc load playliste

mpc Play

die Playliste abspielen.
Sollte keine Musik abgespielt werden, müsst ihr die playliste.m3u überprüfen, ob sich ein Tippfehler eingeschlichen hat. Diesen dann korrigieren und wieder die Datenbank mit

mpc stop

mpc clear

mpc update

aktualisieren.

Um nun ein Tag dazu zu nutzen die Playliste abzuspielen, wechseln wir in den Ordner wo unsere Read.py liegt

cd ~

cd /MFRC522-python

Mit

sudo python Read.py

starten wir das Script und halten das Tag davor. Nun wird uns eine ID angezeigt, diese merken wir uns. Das Schema der ID ist 123,456,789,123

drücken

STRG+C

um das Script zu beenden.

nun öffnen wir die Read.py mit

sudo nano Read.py

und ergänzen es am Ende pro Playliste mit folgenen Zeilen

        if uid == [123,456,789,123]:
                os.system("mpc stop")
                os.system("mpc clear")
                os.system("mpc load playliste")
                os.system("mpc play")

das if muss auf derselben Höhe stehen wie das else: in der vorletzten Zeile.

Nun noch den Raspberry Pi mit

sudo nano reboot

neustarten und schon könnt ihr das Tag vorhalten (sofern das Ready.py im Autostart ist) und die passenden Playliste wird abgespielt.

LCD Display

Nun können wir schon Musik hören und unsere Tags werden auch erkannt. Nun ist es an der Zeit, dass unser Display noch mehr kann als nur leuchten.

Da python schon auf unserem Raspberry Pi installiert ist, müssen wir nur ein neues Script schreiben, was mit unserem Display.

Dafür einfach 

sudo nano LCD.py 

eingeben und die Datei mit folgenden Inhalt füllen

#! /usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
import time
import RPi.GPIO as GPIO
import sys
import glob
import subprocess
from RPLCD import CharLCD, cleared, cursor
from RPLCD import Alignment, CursorMode, ShiftMode

GPIO.setwarnings(False)

subprocess_list = subprocess.check_output(('ps', '-A'))
subprocess_list_mpd = subprocess_list.find("mpd")
Dauerschleife = True
framebuffer = [
 '',
 '',
]

def write_to_lcd(lcd, framebuffer, num_cols):
 lcd.home()
 for row in framebuffer:
  lcd.cursor_pos = (1, 0)
  lcd.write_string(row.ljust(num_cols)[:num_cols])
  lcd.write_string('\r\n')
  lcd.cursor_pos = (0, 0)
  lcd.write_string ("%s" %time.strftime("%d.%m.%Y %H:%M"))
  
lcd = CharLCD(cols=16, rows=2, pin_rs=26, pin_e=36, pins_data=[29, 31, 32, 33])
write_to_lcd(lcd, framebuffer, 16)
def loop_string(string, lcd, framebuffer, row, num_cols, delay=0.5):
 padding = ' ' * num_cols
 s= padding + string + padding
 for i in range(len(s) - num_cols + 1):
  framebuffer[row] = s[i:i+num_cols]
  write_to_lcd(lcd, framebuffer, num_cols)
  time.sleep(delay)

while Dauerschleife:
 mpd_info = " "
 if subprocess_list_mpd == -1:
  mpd_info = "Player nicht gestartet!"
 else:
  process = subprocess.Popen('mpc', shell=True, stdout=subprocess.PIPE)
  status = process.communicate()[0]
  statusLines = status.split('\n')
  if len(statusLines) > 2:
   mpd_title = statusLines[0]
   mpd_info = mpd_title
  else:
   mpd_info = "Musik pausiert"
  print mpd_info
  #time.sleep(100)
  loop_string(mpd_info, lcd, framebuffer, 1, 16)

Nun mit STRG+O speichern und mit STRG+X beenden

Mit 

sudo python LCD.py

können wir das Script starten und nun sehen wir in der oberen Zeile das aktuelle Datum und die Uhrzeit und in der unteren Zeile den aktuellen Titel in einer Laufschrift.

Buttons

Nun haben wir unser Radio schon fast fertig. Lediglich unsere Buttons sind noch ohne Funktion.

Aber dafür habe ich mir ein einfaches Python-Script geschrieben, was die notwendigen Aktionen ausführt.

Da das Script nun nicht nur die Buttons steuern soll, sondern auch noch im Display anzeigen soll, ob ein Titel gerade pausiert oder nicht, sind auch noch ein paar Zeilen vom Display dabei.

Zu nächst geben wir wieder

Sudo nano Button.py

ein und füllen es mit folgendem Inhalt.

#!/usr/bin/env python

from RPLCD import CharLCD

import sys

import time

import RPi.GPIO as GPIO

import os

from subprocess import call

#PLAY_SWITCH = 12

#NEXT_Switch = 38

#Prev_Switch = 10

GPIO.setwarnings(False)

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

GPIO.setup(3,GPIO.OUT)

GPIO.setup(12, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

GPIO.setup(38, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

GPIO.setup(10, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

#lcd= CharLCD(cols=16, rows=2, pin_rs=26, pin_e=36, pins_data=[29, 31, 32, 33])

GPIO.output(3,GPIO.HIGH)

while True:

 #lcd.write_string("%s" %time.strftime("%H:%M" " " "%d.%m.%Y"))

 input_state = GPIO.input(12)

 if input_state == True:

  os.system("mpc toggle")

  time.sleep(2)

 if(GPIO.input(10)):

  os.system("mpc next")

  time.sleep(2)

 if(GPIO.input(38)):

  os.system("mpc prev")

  time.sleep(2)

Mit

sudo python Button.py

können wir das Script starten und nun das Radio bedienen.