北极熊NFC唱片机

视频链接：

B站视频--功能演示及介绍

项目简介

本项目是基于51单片机的NFC唱片机，可以通过RC522模块检测出不同唱片模型中埋设IC卡的UID，从而驱动MP3模块播放相应的音乐。

项目功能

采用STC15W408AS作为主控；通过串口向MP3发送指令，从而播放歌曲。配合RC522模块、独立按键、RGB灯珠、电位器、干簧管、三极管、300减速电机等外围器件，可以模仿唱片机的工作方式。

原理解析（硬件说明）

本项目由电源部分、主控部分、NFC识别部分、MiniMP3部分、模式选择部分、电机驱动部分组成。

电源电路：

采用单节锂电池为整个系统供电，通过充放一体的升压模块先将锂电池输入的电压升至5V，为单片机以及MP3模块供电，再通过LDO将5V电压降至3.3V，为RC522模块以及300减速电机供电。

升压模块上自带的Type-C口可以为锂电池充电，支持边充边放、电量指示和过充保护。

MP3模块外围电路：
DFPlayer Mini 是一个提供串口的语音模块，完美的集成了 MP3、WAV、WMA 的硬解码。同时软件支持 TF 卡驱动，支持 FAT16、FAT32 文件系统。通过简单的串口指令即可完成播放指定的音乐，以及如何播放音乐等功能，无需繁琐的底层操作，使用方便，稳定可靠是此款产品的最大特点。

DFPlayer Mini MP3模块功能介绍及资料下载：
https://www.bilibili.com/video/BV1FpQAYjEqi/?spm_id_from=333.788.video.desc.click&vd_source=e05364ee6bc19a4d35d000bca008471d

只要将模块的TXD和RXD与单片机的TXD和RXD交叉连接，并接上扬声器，单片机就可以通过串口向MP3模块发送指令，播放TF卡中的音乐。详细使用说明见附件。

如果在MP3模块的IO1和IO2引脚接上2个独立按键，就可以切换上下曲，长按按键可以调节音量。

当然，如果担心使用按键调音量时发生误触把歌切走了，或者觉得长按操作太麻烦，可以加一个电位器，将读取到的电压值映射为0-30之内的整数，然后通过串口指令发送出去音量调节。

先进的3.5mm音频接口可以插耳机或者外接音响，妥妥的外星科技！

模式选择电路：

使用3个独立按键连接到单片机的3个IO端口，用来切换播放模式，并使用一个RGB灯珠配合导光柱显示当前的模式。

每当有按键按下，单片机就会根据相应的标志位向MP3模块发送指令，实现单曲循环、顺序播放、随机播放的功能。

需要注意的是，顺序播放的范围可以是某个文件夹内部，而随机播放的范围是整个TF卡内的文件，且每次都是从卡内的第一个文件开始。

电机驱动电路：

由于唱片只需要向一个方向转动，所以不需要很专业的电机驱动芯片，只需要一个三极管足矣。

上图是一个典型的三极管驱动电路，之所以选择PNP三极管，是因为单片机上电后引脚默认输出高电平，而高电平无法使PNP三极管导通，配合基极的上拉电阻可以防止电机意外启动。

只有与基集相连的IO口输出低电平时，三极管才会导通，从而驱动电机旋转。至于IO口何时输出低电平，则由北极熊胳膊的状态决定。

北极熊的胳膊既是电机驱动的开关，又是播放和暂停的开关。


在北极熊的内部安装有磁铁和干簧管。

当北极熊的胳膊放下时，磁铁靠近干簧管，干簧管内部导通，与干簧管相连的单片机IO口检测到低电平，驱使连接三极管基极的IO口输出低电平，三极管导通，电机开始旋转，同时发送命令，让唱片机开始播放音乐。

当北极熊的胳膊举起，磁铁远离干簧管，干簧管内部断开，单片机IO输出高电平，三极管截止，电机停止旋转，同时发送命令，让唱片机停止播放音乐。

300减速电机的型号是3V/6转,注意要在电机接口处反向并联一个续流二极管，用来泄放电机停止转动时产生的反电动势，防止其对电路中的其他元器件造成损坏。

NFC模块：

使用SPI总线与单片机通信，当唱片内部的IC卡转动到模块上方时，模块会读出IC卡的UID，程序则会根据UID播放对应文件夹内的音乐。

主控：

单片机的最小系统，相对比较简单，没有复位电路，使用内部时钟，所以不需要晶振电路，只需预留一个烧录接口用来烧录程序。

注意：当MP3模块与单片机的TXD和RXD相连时是无法烧录程序的，要先将MP3模块移除才能正常烧写。

单片机的第1个引脚，网络标号RAND，我将其悬空后采集其电压值，得到的随机数值作为随机数函数的随机数种子，用来随机播放开机音乐，但是效果一般，如果不需要这个功能，可以把RC522的复位引脚接到单片机第1脚上，第17脚弃用，如下图所示

软件代码

整体框架：

MP3模块指令：

录入唱片信息：
开启手机的NFC功能，并在手机上安装一个NFC读写工具App，比如NFC Tools Pro。打开软件，将IC卡靠近手机的NFC感应区，软件会识别出这张IC卡的序列号，即UID

将UID填入RC522.c文件的数组中，以十六进制0x开头

每一个数组代表一张唱片的UID

生成卡号：
放上唱片后，RC522模块会读取该唱片中IC卡的UID，若UID和之前录入的信息匹配，会生成对应的卡号，若不匹配，则卡号为0

播放唱片：
程序获取到唱片卡号后，会通过串口向MP3模块发送指令，播放对应文件夹内的音乐。

可以按自己的需求增加或减少唱片的数量，同时对程序做出相应的更改，随后就可以编译和烧录了。完整程序见附录。

注意事项

MP3模块建议购买带HW-247A字样的型号，不需要额外添加降噪电阻

使用音频接口前最好断开本机自带的小扬声器和主板之间的连接。经测试，无论是否使用音频接口，小扬声器都会正常播放，外接音响时可能没有什么感觉，但插耳机时就有较大影响了。

RC522模块建议买贵的，8块钱左右的那种，之前买了几个三四块钱的，结果质量参差不齐，有的行，有的就很不稳定，还是不要碰运气了

如果手头没有免冷启动的USB转TTL模块，最好准备一个带5V输出的电源模块，用来配合下载和调试

独立按键模块上的按键尺寸应该是6×6×6或6×6×7，如果是6×6×5的按键则需要拆掉更换

上图中黑色模块按键的尺寸是6×6×7，而绿色模块按键的尺寸是6×6×5，从外观上就能看出两者的高度明显不同。

有一个简单的方法用来判断按键是否符合需求：拿一个按键帽套到按键上，这种按键帽在6×6×6和6×6×7的按键上可以使用，但在6×6×5的按键上是无法固定的，这也是一定要把6×6×5的按键更换掉的原因。

组装流程

北极熊：
在北极熊的左半部分内侧用502胶水安装直径5mm厚度8mm的磁铁，在手臂连接件上安装直径5mm厚度3mm的磁铁

注意，要区分极性，使得两个磁铁可以像下图一样互相吸附，这样就可以使手臂保持举起的状态，不会自动落下。

在北极熊的左半部分外侧安装直径4mm厚度2mm的磁铁，在手臂下方安装边长5mm厚度1.5mm的磁铁

注意，要区分极性，使得两个磁铁可以互相吸附，这样就可以使手臂保持落下的状态，不会自动举起。

截取一小块洞洞板，在上面焊接一个干簧管，并使用斜口钳减去背面凸起的焊点，使背面尽可能平整

在北极熊的右半部分内侧用热熔胶枪安装干簧管，使得手臂落下时，手臂连接件上的磁铁可以尽可能地靠近干簧管。
如果位置得当，当手臂放下时，干簧管内部会导通，手臂抬起时，干簧管内部会断开，使用万用表的蜂鸣档可以进行测试。这个位置不是很好把控，可能需要耐心地多试几次。


注意：磁铁和干簧管之间应该留有一定的空隙，调整干簧管的位置时动作一定要轻，否则干簧管容易被干碎（别问我怎么知道的。。。）

在北极熊的底部烫入2个热熔螺母

将北极熊的鼻子和眼睛装到头部

将北极熊的头部和身体拼装到一起

上盖：
使用小螺丝刀捅穿螺丝孔上搭桥的耗材

使用502将2个装饰件粘到上盖的凹槽内

将导光柱卡进冰块模型的安装孔中

将冰块模型上的安装孔和上盖的安装孔对齐，从上盖底部穿出2个M3×12的螺丝，并将北极熊和上盖组装到一起。

底座：
拆除底座内的3个支撑

扬声器：
使用M2螺母将4根M2×5+5的六角铜柱安装到扬声器上

在外侧使用4个M2×5的螺丝将扬声器固定到底座内部

电池盒：
使用3M胶将单节5号电池盒安装到主板和NFC模块中间的位置

按键：
使用加热台拆除3位按键模块上中间的按键，拆除5位按键模块上所有的6×6×5的按键，并重新装上3个6×6×6的按键。

使用M3×10的螺丝和M3螺母将绿色的按键模块装到按键支架上。

将按键支架卡入底座的卡槽中

从外侧安装3个键帽

开关：
从外侧将船型开关卡入底座的安装孔

300减速电机：
将轴套安装到300减速电机的电机轴上

电位器：
使用热风枪将电位器模块上的排针拆除

整体布局：

300减速电机、2位按键模块、电位器模块、主板、RC522模块都使用M3×5的螺丝固定，升压模块使用M2×5的螺丝固定。

下图是焊接好的完整的布局：

底座螺丝柱上也要嵌入热熔螺母，方便安装和拆卸

唱片：
将带背胶的IC钱币卡粘到唱片的凹槽中

准备2张贴纸

将贴纸粘到唱片上

实物图

使用6个M3×8的螺丝将上盖和底座组装到一起，在电位器旋钮上套上旋钮帽，放上唱片，北极熊NFC唱片机就制作完成了。

在唱片机的左侧有Type-C充电口和电量指示灯（共4格），打开开关后即可查看剩余电量。