Natale High-Tech: Comanda il Tuo Albero con Telegram e Fishino Guppy!

Realizzato in plexiglass assemblato ad incastro, viene illuminato da strip Neopixel gestite da Fishino Guppy che comandiamo con lo smartphone tramite un bot di Telegram.

Quest’anno le luci dell’albero di Natale le comando con Telegram!
Potremmo riassumere in questo slogan il progetto descritto in queste pagine, che come tutti gli anni è in tema natalizio ma quest’anno è qualcosa di particolarmente tecnologico: è un albero di natale in plexiglass trasparente con giochi luminosi e musica comandabile tramite smartphone.

L’elettronica prevede quattro strip di LED Neopixel comandate dalla piccola scheda Fishino Guppy, dotata di WiFi e quindi perfetta per gestire le animazioni luminose e la musica dell’albero mediante uno smartphone.

Più esattamente, il comando non è diretto ma avviene tramite Telegram, la app di instant messaging che si contende la notorietà con Whatsapp, ma che offre, pur essendo meno conosciuta dal grosso pubblico, interessanti funzioni come i bot: proprio con un bot comandiamo le strip Neopixel e la musica dell’alberello luminoso attraverso lo smartphone e in queste pagine vi spiegheremo in che modo lo faremo.

Prima di procedere ci soffermiamo sulla scelta del plexiglass trasparente come struttura dell’albero, che non è casuale ma deriva dalla capacità che questo materiale ha, al pari del vetro, di farsi attraversare dalla luce trasversalmente; questo ci permette di realizzare una struttura formata da due sagome ad abete da incrociare, lungo le quali corrono quattro strip a LED e da piani trasversali, incastrati perpendicolarmente alle sagome e che propagheranno la luce che i LED Neopixel irradiano dall’interno. Il tutto poggia su una base stampata in 3D con del PLA trasparente, che fa anche da contenitore per l’elettronica.

L’elettronica

Il cervello dell’albero di Natale WiFi è una board Fishino Guppy. Sul PCB trovano posto anche un lettore MP3 e i connettori per collegare comodamente le strip Neopixel.

Il tutto viene alimentato da un comune alimentatore AC/DC con uscita a tensione stabilizzata 5V 2A.

Il tutto va collegato secondo lo schema di cablaggio che trovate in queste pagine.

Caratteristiche tecniche

- Tensione di alimentazione: 5 Vcc
- Assorbimento: 1 A
- Interfaccia di controllo: WiFi
- Illuminazione a LED Neopixel
- Riproduttore MP3 integrato con microSD

Schema elettrico

Diamo dunque uno sguardo allo schema, nel quale distinguiamo la Fishino Guppy, siglata U2 (cod. GUPPY) e il riproduttore MP3 con microSD, chiamato U1 (cod. DFR0299); della Guppy utilizziamo solamente quattro pin di I/O digitale, ossia:
• D5 per inviare le stringhe di comando alle strip Neopixel, che saranno collegati in parallelo attraverso i connettori OUT1, OUT2, OUT3 e OUT4, sui quali è multiplata la linea dati da collegare al contatto DI (Data Input) delle strip (l’alimentazione è riportata in parallelo sui quattro connettori);
• D2, che riceve i dati dal modulo MP3 attraverso il suo contatto TX (pin 3) attraverso la resistenza R1;
• D3, che invia i comandi al modulo MP3 sul suo pin RX (2) mediante la resistenza R2;
• D6, che controlla la linea BUSY (pin 16) del modulo MP3.

D2 e D3 costituiscono l’interfaccia seriale che permette a Fishino Guppy di controllare il modulo MP3 a 9.600 baud e le resistenze sono state inserite per “adattare” i livelli logici della Guppy a quelli del lettore.

Le strip NeoPixel vengono gestite in parallelo con una sola linea del microcontrollore della nostra Fishino, impostato nello sketch; la comunicazione è unidirezionale.

NeoPixel è una particolare soluzione a LED RGB “intelligenti” dove ogni LED NeoPixel dispone di controller a bordo, comandato da Fishino attraverso l’apposita libreria FastLed .

Ogni LED RGB può essere gestito individualmente tramite un apposito comando inserito nella stringa seriale e può produrre fino a 256 tonalità del proprio colore, determinando un totale di 16.777.216 combinazioni di colore.

Una particolarità dei LED NeoPixel è che possono essere collegati in cascata in modo che la linea dati da uno passi al successivo.

Per ogni strip di LED è possibile impostare a piacimento la frequenza di refresh, in modo da rendere impercettibili determinati giochi di luce, fermo restando il limite dettato dalla quantità di strip collegate.

Nel nostro caso utilizziamo 3 strip da 12 led ciascuna e una strip da 13 led. La striscia più lunga utilizza l’ultimo sul led per illuminare la stella posizionata in cima all’albero.

L’intero circuito viene alimentato attraverso un jack DC dal quale la tensione continua applicata dall’alimentatore raggiunge la linea 5V attraverso i diodi di protezione D1, D2 e D3, collegati in parallelo per ripartirsi la corrente e presentare così la minima caduta di tensione possibile.

Sul catodo dei diodi abbiamo posto una batteria di condensatori di filtro (C1, C2, C3 e C4) utili a livellare ulteriormente la tensione continua prima di mandarla alla Fishino Guppy e al modulo MP3: C1 e C3 filtrano eventuali disturbi impulsivi (sono molto utili se alimentiamo il circuito con un alimentatore switching) e C2-C4 fungono da ulteriore livellamento e soppressione del ripple di un eventuale alimentatore da rete con trasformatore e filtro capacitivo.

La Fishino Guppy viene alimentata attraverso il pin +5V e quelli di GND.

Quanto al modulo MP3, nello schema rende disponibili entrambe le uscite audio di cui dispone, ovvero quella per altoparlante (in questo caso è MONO) che va collegato tra i contatti SPK1 ed SPK2, oltre a quella a basso livello, da amplificare con un dispositivo esterno o da inviare all’ingresso di un mixer, un registratore o altro di simile, stereo e localizzata ai piedini 4 e 5 (riferiti a massa).

 

Piano di montaggio ed elenco componenti

R1: 1 kohm 
R2: 1 kohm 
C1: 100 nF ceramico 
C2: 470 µF 16 VL elettrolitico 
C3: 100 nF ceramico 
C4: 470 µF 16 VL elettrolitico 
U1: Modulo MP3 DFR0299 
U2: Guppy 
D1: 1N4007 
D2. 1N4007 
D3: 1N4007 
AMP: Connettore jack 3.5mm da CS 

Varie: 
- Plug alimentazione 
- Presa filo-scheda 2 vie volante 
- Presa filo-scheda 3 vie volante
(4 pz.) 
- Connettore filo-scheda 2 vie da PCB 
- Connettore filo-scheda 3 vie da PCB
(4 pz.) 
- Strip maschio 8 vie (2 pz.) 
- Strip maschio 15 vie (2 pz.) 
- Circuito stampato S1422 
(102x53 mm)

Il riproduttore MP3

Il componente che utilizziamo per la riproduzione dell’audio permette di far riprodurre dalla base dell’albero brani musicali MP3 senza dover utilizzare hardware costoso e impegnativo: infatti il DFR0299 (U1 nello schema) è un completo decoder che attinge a un supporto SD-Card (microSD, per l’esattezza), decifra l’audio e poi lo amplifica on-board pronto per inviarlo a un altoparlante (da 8 ohm di impedenza) con quasi 3 watt di potenza, erogati da un piccolo finale BF interno mono, con stadio d’uscita a ponte.

Siccome il decoder MP3 del modulo è stereo, in realtà le uscite audio disponibili sono due, ossia una per canale, però sono accessibili dall’esterno solo a basso livello e impedenza relativamente alta, fatte per pilotare amplificatori, ingressi di mixer, cuffie a 300 ohm ecc. Sono accessibili dai pin 4 (DACR, canale destro) e 5 (DACL, canale sinistro). L’amplificatore di potenza incorporato è, invece, mono e amplifica la miscelazione dei canali destro e sinistro.

Il modulo nasce per essere gestito da Arduino, il quale di fatto si limita a inviargli comandi in formato seriale (9.600 baud) per gestire la riproduzione; nel nostro caso, a gestirlo è la scheda Fishino Guppy; il resto viene fatto dal chip decoder interno al modulo.

Il riproduttore DFR0299 può essere utilizzato in stand-alone, alimentandolo a 5 volt (la corrente richiesta per erogare 3 watt su 8 ohm, che si ottengono a 5 volt, è 0,45 ampere), collegandogli un altoparlante e dei pulsanti, oppure può essere usato in combinazione con un microcontrollore dotato di porta seriale TTL.

I brani musicali MP3 da riprodurre devono essere contenuti in una microSD e il decoder supporta fino a 100 cartelle, ciascuna delle quali può contenere fino a 255 brani MP3. Nel nostro caso abbiamo creato una cartella MP3 dove abbiamo copiato fino a 9 brani chiamati 0001.mp3, 0002.mp3, ecc.

La regolazione del volume prevede 30 livelli. L’alimentazione prevista è da 3,2V a 5V in continua (la corrente assorbita in standby è di soli 20 mA).

Le principali caratteristiche del modulo sono:
• decodifica MP3 11172-3 e ISO13813-3 layer3 audio decoding;
• possibilità di equalizzazione Pop, Rock, Jazz, Classica;
• frequenze di campionamento in riproduzione (kHz): 8/11,025/12/16/22,05/24/32/44,1/48
• DAC a 24 -bit, che supporta una gamma dinamica di 90 dB e un rapporto segnale/rumore di 85dB;
• supporto file system FAT16 e FAT32;
• massima capacità di memoria indirizzabile pari a 32 GB, 32G di USB disk, blocchi di 64 MB Flash NOR.

Per la gestione del modulo è chiaramente stata sviluppata una libreria specifica (scaricabile dalla sezione download qui sotto) che il nostro sketch include, la quale permette di decidere quale file riprodurre, regolare il volume ecc.

Da Telegram potete ordinare al modulo di suonare un brano specifico, con il comando playx nel quale al posto di x va il numero del file MP3 memorizzato nella card (da 1 a 9); potete anche impostare il volume d’ascolto, alzandolo con il comando volup o abbassandolo con voldown.

Tutti i comandi, al pari di quelli per gli effetti luminosi, sono testi da inviare tramite Telegram.

 

Schema di cablaggio

 

 

 

Il comando remoto

Come accennato, Fishino Guppy si connette in WiFi al router che lo affaccia su Internet e da qui dialoga con i server di Telegram attraverso un bot creato ad arte; il bot si crea con servizi web come BotFather e risiede in Fishino.

Ma facciamo un passo indietro e spieghiamo, a chi non lo sapesse, che cosa è un bot di Telegram: si tratta di un utente virtuale, non associato (o non necessariamente associato) a un numero di telefono, come invece è necessario se si vuol creare un account Whatsapp. La particolarità è che si tratta di un robot software (da qui il nome bot, che ne è l’abbreviazione) che interloquisce con altri utenti quasi fosse un utente vero e che ci permette di realizzare alcune automazioni.

Nel nostro caso il bot manda a Fishino Guppy i comandi che noi, tramite il nostro account utente di Telegram, trasmettiamo dallo smartphone sotto forma di messaggi di testo e riceve risposte di stato (sull’esecuzione dei comandi) e richieste da inoltrarci, sempre attraverso messaggi testuali di Telegram.

Insomma, il bot è come una persona cui scriviamo cosa deve fare il nostro alberello luminoso WiFi e che si occupa di interagire con Fishino Guppy, informandoci anche sull’attività dell’alberello stesso.

Quando accendiamo l’albero la prima volta, Fishino cerca la connessione WiFi (nello sketch dobbiamo inserire l’SSID e la password della nostra rete) e se non la trova lancia l’illuminazione in dissolvenza, che è l’animazione predefinita; quando si connette in WiFi, invece, esegue quella che gli inviamo da smartphone.

Ad ogni successiva accensione esegue l’ultima animazione luminosa che gli è stata impostata da remoto per ultima. Oltre alle luci, se glielo ordiniamo da Telegram fa accendere anche il riproduttore MP3 ed eseguire il brano corrispondente alla richiesta.

La libreria Fishgram

Per gestire Fishino Guppy da Telegram abbiamo utilizzato un’apposita libreria chiamata Fishgram, la quale permette la gestione tramite un semplice messaggio di Telegram.

Per poter realizzare il nostro progetto, innanzitutto dobbiamo scaricare Telegram sul nostro dispositivo portatile, sia esso basato su sistema operativo Android, iOS, Windows Mobile, collegandoci allo store oppure sul web, alla pagina https://telegram.org/.

Una volta installata la app, utilizzando lo strumento di ricerca, dobbiamo cercare Botfather, avviarlo e creare il nostro bot che utilizzeremo per la gestione dell’alberello a LED (Fig. 1).

Una volta avviato BotFather ci troviamo di fronte alla schermata proposta nella Fig. 2. Nella Fig. 3 vedete un esempio di interazione tramite messaggi con BotFather, il quale ci parla come se fosse un utente in carne ed ossa e possiamo interloquire con lui.

Nel caso specifico, inviandogli il messaggio /start impartiamo il comando che ci restituisce le funzionalità e la rispettiva sintassi.

Da qui, il procedimento da seguire per creare il nostro bot è molto semplice:
1. inviare il testo di comando /newbot;
2. scegliere un nome;
3. scegliere un soprannome terminante in “bot”.

 

 

 

 

 

 

 

Annotiamoci l’access token perché ci servirà in seguito.

Dovrà essere qualcosa del tipo:  276340267:AAHselgOVrYae5rJedXgsSBIGid01XgOPHc

Adesso dobbiamo permettere al bot di comunicare con noi attivandolo. Sempre nella casella di ricerca dobbiamo rintracciare il nostro bot cercandolo tramite il soprannome che abbiamo scelto per esso.

Una volta aperta la chat, dobbiamo premere Avvia come abbiamo fatto per BotFather. Così facendo saremo in grado di comunicare con il bot e lui sarà in grado di comunicare con noi.

Ai più attenti tra voi non sarà sfuggito un importante dettaglio: se per attivare il nostro bot è stato sufficiente cercarlo e premere avvia, questo significa che chiunque può farlo, tuttavia solo chi ha creato il bot può modificarne le proprietà tramite BotFather, oppure conoscerne l’access token. Inoltre ogni messaggio inviato al Bot viene contrassegnato da un id utente al quale abbiamo accesso, perciò è possibile inserire un controllo nel codice per eseguire solo le istruzioni dell’id autorizzato. I restanti messaggi verranno letti, ma ignorati.

 

Il firmware

Addentriamoci quindi nei meandri del codice; dopo aver incluso le librerie necessarie e dopo aver impostato SSID, password con i comandi:

#define MY_SSID “********”
#define MY_PASS “********”

troviamo l’istruzione che ci permette di inserire il Token di Telegram :

#define MY_TELEGRAM_TOKEN “******:********************”

Dopo e solo dopo aver inserito quest’ultime due linee di codice inseriamo:

FishGram.begin(F(MY_TELEGRAM_TOKEN));

Questa istruzione inizializza Fishgram con il Token del nostro bot.

L’istruzione:
FishGram.messageEvent(FishGramHandler);

permette di richiamare la routine FishGramHandler ogni volta che arriva un messaggio. In questa routine andremo a verificare il messaggio ricevuto (salvato nella variabile message) e se è tra quelli previsti eseguiremo la relativa funzione. Ad esempio per alzare il volume il comando è /volup e il codice che gestisce questo comando è il seguente:

if (!strcmp(message, “/volup”))
{if (vol<MAX_VOL-STEP_VOL){
vol=vol+STEP_VOL;
} else {
vol=MAX_VOL;
}
setvolume(vol);
String ans = F(“Alzo il volume. Livello volume “);
ans += vol;
FishGram.sendMessage(id, ans.c_str());
return true;
}

Come vedete in ans viene salvata la risposta che il bot dovrà restituire e con l’istruzione FishGram.sendMessage(id, ans.c_str()); viene inviata al mittente.

Download

Realizzazione pratica

Una volta assemblato l’albero saldate ai tre contatti di base di ciascuna strip un cavetto a tre fili terminante con un connettore femmina volante a passo 2,54 mm che innesterete nella scheda, quest’ultima da fissare al fondo della base dell’albero insieme all’altoparlante, come mostrano le foto del prototipo che vedete in queste pagine e in particolare la Fig. 4.

 

Notate che i piani dell’albero si introducono dall’alto della struttura a portante (che appare come una croce) partendo dal più grande, giacché si incastrano in virtù del fatto che le sagome sono triangolari, quindi larghe alla base e strette in cima; la Fig. 5 chiarisce come avviene l’assemblaggio per incastro.

 

 

 

 

Nei connettori che si trovano a sinistra del jack DC dovete innestare le femmine volanti dei quattro spezzoni di strip a LED, mentre in quello che si trova alla destra inserirete il connettore del cavetto bipolare che porta all’altoparlante; quest’ultimo dovrà essere da 3 watt e 4 ohm di impedenza, ovvero 1,5 watt su 8 ohm.

Una volta posizionati e fissati al fondo del contenitore l’altoparlante e la scheda mediante viti, chiudete la base e applicatevi il tronco di base dell’albero, fissando il tutto. Ricordate che il contenitore dev’essere forato per far uscire il suono dell’altoparlante.

Notate che se avete preparato il contenitore per stampa 3D, lo stesso ha già le finestrelle per rendere accessibili lateralmente il jack DC e quello audio, nonché la feritoia laterale per inserire la micro SD nel lettore MP3; altrimenti dovrete realizzare da voi le relative aperture.

A questo punto potete alimentare l’albero con un alimentatore da rete tipo wall-cube (cioè quelli con spina di rete incorporata) capace di erogare 5 volt in continua e una corrente dell’ordine di 2 ampere, quindi connettere la Fishino Guppy al PC con un cavo USB-A/microUSB e avviare l’IDE Arduino per trasferire nella memoria di programma dell’ATmega della board lo sketch che permetterà di dare vita all’albero.

Notate che Fishino Guppy supporta l’aggiornamento dello sketch Over The Air e questa funzionalità ci può tornare molto utile quando la board è già stata montata sulla scheda dell’albero di Natale e quest’ultima è già stata inserita nella base e racchiusa in essa. In un caso del genere potete aggiornare il firmware senza smontare la Fishino Guppy, ma ricorrendo alla procedura di aggiornamento OTA; la stessa procedura potete utilizzarla per il primo caricamento, senza preoccuparvi di preparare la board con il suo sketch prima del montaggio.

Per il caricamento dello sketch da wireless dovete scaricare l’applicazione FishinoFlasher (da http://fishino.it) e poi:
– predisponete la board per l’upgrade del firmware;
– lanciate FishinoFlasher;
– selezionate il firmware;
– spuntate la casella “Attivare il caricamento sketch da WiFi”; se questa casella non è presente, è possibile che il flasher e/o la versione del firmware siano troppo vecchi;
– inserire un nome per la vostra scheda, per esempio “IlMioFishino”;
– inserire un numero di porta per la connessione WiFi; suggeriamo di mantenete la 7777 predefinita;
– cliccare sul pulsante Flash per avviare l’upgrade del firmware.

Per programmare OTA Fishino Guppy occorre realizzare un collegamento “volante” tra due pin sul connettore ESPCONN e precisamente tra il GPIO5 e l’ ATM-RES; questo serve a permettere al modulo WiFi di resettare il microcontrollore.

Ora dovete caricare (via USB) almeno una volta uno sketch che esegua la connessione al vostro router WiFi, per dare modo al modulo WiFi di memorizzarne i parametri di connessione e permettergli di collegarsi alla vostra rete WiFi all’avvio. Fatto questo, lanciate l’ IDE e andate nel menu di selezione della porta; vedrete che apparirà una nuova porta con il nome che avete assegnato al Fishino in fase di aggiornamento firmware.

Caricato lo sketch, spegnete e accendete Fishino e fatto ciò lasciate che Fishino Guppy si connetta alla vostra rete wireless.

Durante la connessione la stella dell’albero sarà inizialmente rossa, poi gialla e infine, se tutto è andato bene, diventerà verde. A questo punto potete inviare i comandi con lo smartphone o tablet che intendete utilizzare per interagire con l’albero.

I comandi utilizzabili sono divisi in due categorie e corrispondono tutti a messaggi di testo:
• quelli per gestire le animazioni luminose prodotte dai LED Neopixel;
• quelli per riprodurre le musiche MP3.

Tutti i comandi sono riepilogati nella Tabella 1  devono essere scritti preceduti dalla barra (slash); già scrivendo la barra, il nostro bot ci andrà a suggerire i comandi possibili.

 

 

 

La schermata dell’app Telegram durante la chat con il bot che governa l’albero WiFi è quella proposta nella Fig. 7: come vedete, abbiamo i comandi impartiti che sono contrassegnati dal colore azzurro perché sono i messaggi che inviamo alla Fishino Guppy e nel fumetto, in nero, le risposte.

 

Bene, con questo abbiamo terminato; non ci resta che augurarvi buone feste in compagnia del vostro nuovo Social-albero di Natale!