2021暑假一起练-用树莓派pico做了一个带有背景音乐的数码相框

内容介绍

电路原理图：

Fny7hzNScXCOrdM37MhPUinMFjcs

一、项目要求

将多张照片保存在SD卡中，能够在240*240的LCD屏幕上以至少3种不同的切换模式轮流播放照片，模式的切换由按键控制。
播放照片的同时，播放背景音乐，通过蜂鸣器或耳机插孔输出。
利用姿态传感器，旋转板卡，照片可以自动旋转，保证无论板卡是什么方向，照片的方向都是正的。

二、设计思路

播放照片。照片文件存储在SD卡中，树莓派通过接口读取SD卡中的照片文件，将照片数据传输到显示屏中显示。
播放音乐。在文件中按照一定格式写出音符，在while循环中播放。一次循环播放一个音符。
图片切换模式的选择。更改切换模式使用一个按键控制，在程序中可以使用中断函数。按下按键后，标记符号做出相应变化，选择相应的切换模式。
切换照片。本次实验我使用按键来控制播放下一张照片，而非自动切换。这一点也是通过中断函数来实现的。
姿态检测。在while循环中，每一次循环都要检测一下当前姿态，这通过调用函数来实现。如果姿态有变化，则要重新加载图片。

三、设计步骤

照片的读取和播放模式的切换。

本实验使用micro python语言编程，在程序中，我们通过Soft SPI使SD卡和树莓派连接。这里面需要用到sdcard模块中的SDCard类的，这个模块我是搬运了其他优秀的同学写的模块。关于SD卡的连接，关键的参数设置如下所示。

# 连接SD卡
sd_spi= machine.SoftSPI(baudrate=1000000,polarity=0,bits=8,firstbit=SPI.MSB,sck=Pin(17), mosi=Pin(18), miso=Pin(19))
print("sd_spi:",sd_spi)
sd=sdcard.SDCard(spi=sd_spi,cs=machine.Pin(22,machine.Pin.OUT))
sd.init_card()

uos.mount(sd,'/sd')
uos.chdir('sd/')
print("SD_Listdir:",uos.listdir())

我在SD卡中预先放置了四个图片文件，不过在此之前，需要把图片文件转化为扩展名为bin的二进制文件，以便树莓派读取。

读取文件时，使用文件指针，并将读到的数据保存在缓存器中，缓存器中的数据将以像素点的形式展示在屏幕中。

用不同的模式来播放照片，就是要规定文件指针移动的规则和屏幕显示像素点的顺序。

根据我们的实验要求，我们就写了三种照片切换模式，如下所示。

模式一

Fsu4jWN1pE6tyI2TZMOf9NN3vlhL

模式二

Fvx3iR3q-x-QDHBWfAXCnli3V9Kb

模式三

Fmu603BupAu9XU627Vwp7W5eXwQo

其代码如下所示。

def displayimag():
    global i#指第几张图
    global way#第几种切图模式
    if way==0:#第一种切图模式
        if i==0:
            f_image = open(image_file0, 'rb')
            for column in range(1,240):
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column, 240, 1)
        elif i==1:
            f_image = open(image_file1, 'rb')
            for column in range(1,240):
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column, 240, 1)
        elif i==2:
            f_image = open(image_file2, 'rb')
            for column in range(1,240):
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column, 240, 1)
        elif i==3:
            f_image = open(image_file3, 'rb')
            for column in range(1,240):
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column, 240, 1)
    elif way==1:#第二种切图模式
        if i==0:
            f_image = open(image_file0, 'rb')
            for column in range(1,81):
                f_image.seek((column-1)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column, 240, 1)
                f_image.seek(80*480,1)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+80, 240, 1)
                f_image.seek(80*480,1)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+160, 240, 1)
        elif i==1:
            f_image = open(image_file1, 'rb')
            for column in range(1,81):
                f_image.seek((column-1)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column, 240, 1)
                f_image.seek(80*480,1)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+80, 240, 1)
                f_image.seek(80*480,1)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+160, 240, 1)
        elif i==2:
            f_image = open(image_file2, 'rb')
            for column in range(1,81):
                f_image.seek((column-1)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column, 240, 1)
                f_image.seek(80*480,1)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+80, 240, 1)
                f_image.seek(80*480,1)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+160, 240, 1)
        elif i==3:
            f_image = open(image_file3, 'rb')
            for column in range(1,81):
                f_image.seek((column-1)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column, 240, 1)
                f_image.seek(80*480,1)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+80, 240, 1)
                f_image.seek(80*480,1)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+160, 240, 1)
    elif way==2:#第三种切图模式
        if i==0:
            f_image = open(image_file0, 'rb')
            for column in range(1,121):
                f_image.seek((120-column)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, 121-column, 240, 1)
                f_image.seek((120+column-1)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+120, 240, 1)
        elif i==1:
            f_image = open(image_file1, 'rb')
            for column in range(1,121):
                f_image.seek((120-column)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, 121-column, 240, 1)
                f_image.seek((120+column-1)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+120, 240, 1)
        elif i==2:
            f_image = open(image_file2, 'rb')
            for column in range(1,121):
                f_image.seek((120-column)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, 121-column, 240, 1)
                f_image.seek((120+column-1)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+120, 240, 1)
        elif i==3:
            f_image = open(image_file3, 'rb')
            for column in range(1,121):
                f_image.seek((120-column)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, 121-column, 240, 1)
                f_image.seek((120+column-1)*480,0)
                buf=f_image.read(480)
                display.blit_buffer(buf, 1, column+120, 240, 1)

其中的标记符way代表了第几种切图模式。它的值通过中断函数的触发来改变。

def ways(self):
    global way
    if way==2:
        way=0
    else:
        way=way+1
    sleep(0.01)

音乐的播放
音乐的播放需要用到另一个优秀同学写的模块buzzer_music，里面写了音乐music的类，因此在我的函数中，只要写出符合这一模块的格式的音符即可。对于音符，我挑选了较为简单的《生日歌》，播放音乐的流程大致是：一个while循环中，播放一个音符，若在播放音符之间有中断函数触发，则暂停音乐的播放，直至中断处理完成，则继续播放音符。

这样的播放方式有一些缺点，第一，如果在播放音符的过程中中断触发，那么蜂鸣器会一直保持这个音符不停播放；第二，因为图片切换速度较慢，切换图片的过程中蜂鸣器处于等待过程，这会导致两个音符相隔的时长变长。

姿态变化引起照片方向的调整

重力传感器是通过I2C的方式与树莓派相连。当姿态一发生变化，显示屏就应当做出反映，因此程序需要时刻对传感器进行监测。由于这里的I2C接口不方便使用中断函数，这里我就直接将这个监测函数直接放在while循环中。当姿态发生变化时，因此屏幕坐标方向的变化，从而改变图片显示的方向。

姿态变化前

FtsP0s2818pjXiBGp-AbvU_cLNXJ

姿态变化后

Fn9WjI8xdDa8yG6JK8g7yO0XYMga

这一函数的代码如下所示。

def posture():
    global last_pose
    global pose
    global flag

    TILT=mma7660.readfrom_mem(76, 3, 8, addrsize=8) # 姿态数据读取
#     print(bin(TILT[0])) #输出读取到的TILT[0]值，即mma7660检测到的位置信息
    if (TILT[0]==0b00000000 or TILT[0]==0b00000001 or TILT[0]==0b00000010):
        pose=0 # 位置状态Unkown，则默认为Up
        display.rotation(0)
        display.xstart = 0
        display.ystart = 0
    if (TILT[0]==0b00011000 or TILT[0]==0b00011001 or TILT[0]==0b00011010):
        pose=0 # 位置状态Up
        display.rotation(0)
        display.xstart = 0
        display.ystart = 0
    if (TILT[0]==0b00001000 or TILT[0]==0b00001001 or TILT[0]==0b00001010):
        pose=3 # 位置状态Right
        display.rotation(3)
        display.xstart = 80
        display.ystart = 0
    if (TILT[0]==0b00010100 or TILT[0]==0b00010101 or TILT[0]==0b00010110):
        pose=2 # 位置状态Down
        display.rotation(2)
        display.xstart = 0
        display.ystart = 80
    if (TILT[0]==0b00000100 or TILT[0]==0b00000101 or TILT[0]==0b00000110):
        pose=1 # 位置状态Left
        display.rotation(1)
        display.xstart = 0
        display.ystart = 0
        
    if last_pose!=pose:
        display.fill(st7789.BLACK)
        flag=0
        last_pose=pose
    return

项目总结
实验中遇到的问题：
1. 音符在while循环中播放，遇到按键中断时，音符会暂停。这导致了音乐的不连贯。我做了一个猜想，不知道能不能通过定时器中断来控制音符的播放，并将其的优先级设置比按键中断高。每隔一定时间触发定时器中断，播放一个音符，这样能保证音符播放的连贯性。不过这样的缺点是会影响播放照片的流畅性。
2. 图片切换过程比较慢，尤其是对于切换模式更复杂一些的需要等待更多时间。在硬件无法改变的情况下，我只能精简程序的复杂度，尽可能简化文件移动的步骤，从而避免切换图片时间过长。