基于Raspberry Pi Pico的万圣节通话时钟

方案介绍

本方案是基于 Rpi Pico 的万圣节通话时钟，是一个万圣节会说话的时钟，每点钟播放一次声音。只需要几个外部组件即可。

概念：
市场上很多音乐挂钟都没有改变原声的可能性。可以使用嵌入式系统构建具有该功能的时钟。但是选择哪一个呢？选择 Raspberry Pi Pico 有以下三个原因：

无需为初始固件下载安装软件
板载内存 2 兆字节的闪存可以存储一定数量的声音，而无需外部存储器
可由 2 节 AA 电池供电，无需额外组件
Rpi Pico 在其最低功耗模式（深度睡眠）下消耗约 1.6 mA。看起来不多，但对于电池供电的电路来说太高了，因为它们会在大约两个月内耗尽。因此，添加了可以完全关闭电路板的外部电源电路。之后，功耗降低到 70 uA，因此电池可以使用一年。

Rpi Pico 充当声音存储和播放器。为了显示时间并产生 O'clock 信号，使用了带触发器的石英钟机芯。结合这两个元素，一个会说话的声音时钟诞生了

主要特点：

• （几乎）相同应用程序的两个版本：一个在CircuitPython 中开发，另一个在C/C++ SDK 中开发。
• 与最常见的操作系统兼容。
• 无需为初始固件下载安装应用程序
• 无需重新编译代码（在用 CircuitPython 开发的应用程序中）来更改声音
• 使用一对 AA 电池可在待机模式下使用长达 3 年。
• 易于采购和焊接组件

软件：
上电后，Rpi Pico 将连接到电源电路的 GPIO 置于低电平以保持其通电，然后决定播放哪个文件，声音结束后，将高电平置于 GPIO 断电皮科。此外，读取光传感器以在黑暗（夜间）时不播放声音。

声音文件按顺序播放，每次开机时一个一个。指向下一个文件的指针存储在非易失性存储器中，请小心修改程序以保持最少写入。

SDK C/C++ 版本的特点：
要播放的声音必须先转换为 WAV 格式 16 位单声道 @ 44100 Hz，然后在编译之前转换为 C arrays[]。该应用程序通过数字输出和中断使用 PWM 来播放声音。

程序在通电后几乎立即开始执行。目前应用程序的主要缺点，它只支持较大的.WAV文件，并且不重新编译代码无法更改

CIRCUITPYTHON 版本的特点：
要播放的声音必须转换为 MP3 单声道格式，该应用程序使用 audiomp3 和 audiopwmio 模块从数字引脚 (PWM) 输出音频。这些文件存储在CP提供的文件系统中，因此修改它们很简单，只需拖放即可。

对于相同的文件大小，MP3 文件可以比 WAV 多存储大约 10 个声音时间，但是 CircuitPython 运行时执行需要超过一秒钟的时间，因此对于任何类型的最终应用程序来说可能都不是一件好事

硬件：
外部组件是三种不同功能之一的一部分：

On/Off : 电路由一个 MOSFET 组成，Drain 端连接到 3V3_EN，Source 端连接到 GND。连接到栅极的是 2 个元件：接地电容器和连接 V+ 的电阻器。该电路按以下方式工作：

• 步骤 1：电容器充满电，打开 MOSFET 并将 3V3_EN 接地，完全关闭 Rpi Pico 板
• 步骤 2：通过短暂闭合时钟运动的触点、关闭 MOSFET 并打开 Rpi Pico，使电容器快速放电。上电后要做的第一件事是借助低电平的 GPIO 输出保持电容器放电。
• 步骤 3：播放声音时，GPIO 保持低电平。一旦声音结束，GPIO 输出变为高电平，因此 MOSFET 再次打开，关闭 Rpi Pico 直到下一次开关闭合

On/Off : 电路由一个 MOSFET 组成，Drain 端连接到 3V3_EN，Source 端连接到 GND。连接到栅极的是 2 个元件：接地电容器和连接 V+ 的电阻器。该电路的工作方式如下：第 1 步：电容器充满电，打开 MOSFET 并将 3V3_EN 接地，完全关闭 Rpi Pico 板第 2 步：通过时钟运动触点的短暂闭合，电容器快速放电，关闭 MOSFET，然后打开 Rpi Pico。上电后要做的第一件事是借助低电平的 GPIO 输出保持电容器放电。步骤 3：播放声音时，GPIO 保持低电平。一旦声音结束，GPIO 输出变为高电平，因此 MOSFET 再次打开，关闭 Rpi Pico 直到下一次开关闭合
音频放大器：单级、单 NPN 晶体管为小型 8 欧姆扬声器供电。还有一个输入 RC 低通滤波器来平滑由 PWM 输出引起的噪声。

日/夜检测：可见光传感器，避免在夜间播放声音。连接到 ADC 引脚
板组装：
Rpi Pico、扬声器、光传感器和时钟触点可以直接焊接到 PCB 上以获得非常小的高度轮廓，或者添加排针和母​​插座以获得更灵活的选择。

单面板可以在家蚀刻。有一些免费的 gpio 垫用于实验以及角落附近的安装孔

要制作挂钟，请选择由塑料或木头制成的盘子或圆盘，其直径足以隐藏时钟机芯和音板。修复所有电子元件，然后是 LED 灯等装饰配件。

对于小时调整，取出所有电池和时钟指针（时、分、秒）。慢慢转动时钟调节旋钮，直到听到“咔嗒”声。将所有时钟指针指向 12 点钟。装上电池。按下板上的瞬时按钮开关可以改变声音。