概要
音声合成IC で百人一首の練習マシーンを作る
はじめに
5月27日は百人一首の日
藤原定家によってこの日、百人一首が完成されたと言われています。
「ちはやふる」主演の広瀬すず、可愛いですね！！「海街diary」もよかったす!!
今回は「ちはやふる」公開記念ということで、ESP8266(以下 WROOM02) で、音声合成LSI を使って百人一首の練習マシーンを作ろう!!という企画です。
完成イメージ
- 一人でもくもくと、百人一首の練習をするためのマシーン
- WROOM02 が、ランダムに読み上げる
- 練習用札を「バシッ」と払うと、読み上げが中断する
- 元の場所に戻すと、次の札の読み上げ再開
部品調達
部品は全て秋月電子で調達しました。
- WROOM02 + 電源回路
いつものやつ - 音声合成LSI ATP3011 (850円)
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-06220/
秋月では ATP3012 と ATP3011 の扱いがあります。
ATP3012 のほうが音質が良いですが、50円ほど高く、さらに外付けの水晶発信器が必要になります。
そこで今回は ATP3011F1-PU (ゆっくりな女声) にしました。
WROOM02 とは I2C で接続します。
- スピーカー ８Ω0.5W (80円)
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-04656/
- オーディオパワーアンプIC LM380N (120円)
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-10501/
- ケース入りリードスイッチ（磁石付セット） MC-14AG (250円)
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-04025/
磁石スイッチです。取り札に付けて、実戦的な練習ができるようにします。
回路
音声合成LSI ATP3011 ですが、SPI でも通信可能ですが、今回は I2C で。
2線なので、ほんとお手軽に配線できます。
※ 配線中、最初だけは「デモモード」にしておくと便利です。
音声合成LSI ATP3011 はピン数が多いですが、上記 4個 のモード設定と、I2C、スピーカ出力だけですね。簡単です。
- そういえば最近、upverter で ちゃんとした回路図、書いてないなぁ。。。
実験スケッチ
シリアルモニタからローマ字を入力すると、内容をしゃべります。
＜例＞
konnichiwa
#include <Wire.h>
// ATP3011 I2C Address
const uint8_t ADDR = 0x2E;
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println("");
//Wire.begin(4, 5); // (SDA,SCL) Default
Wire.begin(); // (SDA,SCL)
delay(200);
}
void check_serial() {
if (0 < Serial.available()) {
delay(10);
String buff;
while (0 < Serial.available()) {
char ch = Serial.read();
if (ch == '\n') {
speak(buff);
Serial.println(buff);
} else if (0x20 <= ch && ch <= 0x7f) {
// ASCII文字コード
buff = buff + ch;
} else {
// Do nothing
}
}
}
}
void loop() {
check_serial();
if (isBusy()) {
Serial.println("speaking...");
delay(500);
}
}
bool isBusy() {
Wire.requestFrom(ADDR, (uint8_t)1);
while (true) {
while (Wire.available()) {
char b = Wire.read();
// コマンド実行中は Busy 状態になり、この間に他のコマンドを受信すると、コマンド応答として '*' が返ります。
// なお、発話中は Busy 状態となります。
return b == '*';
}
delay(100);
}
}
void speak_stop() {
speak("$");
}
void speak(String buff) {
uint8_t *data = (uint8_t *)buff.c_str();
write_data(ADDR, data, buff.length());
// １つのコマンドは 1byte～127byte の ASCII 文字列の最後にデリミタとして CR(0x0D)を付与します。
// AT30110F4 は、この CR の受信後にコマンドを実行します。なお、コマンドの大文字、小文字は区別されます。
uint8_t cmd[] = {0x0D};
write_data(ADDR, cmd, 1);
delay(1);
}
/////////
void write_data(uint8_t addr, uint8_t *data, size_t len) {
// wireライブラリは最大32バイトなので分割して送信する
const size_t max = 32;
size_t n = len / max;
size_t m = len % max;
size_t i = 0;
for (; i < n; i++) {
write(addr, &data[i*max], max);
}
write(addr, &data[i*max], m);
delay(1);
}
void write(uint8_t addr, uint8_t *data, size_t len) {
Wire.beginTransmission(addr);
Wire.write(data, len);
Wire.endTransmission();
delayMicroseconds(27); // 26.3us
}
工作
取り札一枚と磁石スイッチ、両面テープを用意します。
取り札と磁石スイッチを、両面テープで貼り付けます。
磁石スイッチが近接していると、OFFになります。
取り札を払うと、磁石スイッチがONになります。
つまり、
- 取り札がセットされている間は句が読まれて、「バシっ」と札を払うと、発話が停止されます。
- 再度取り札をセットすると、次の句の頭から、再開されます。
これで、こころおきなく、コソ練ができますね。
スケッチ
GitHub はこちら
https://github.com/exabugs/chihayafuru
#include <Wire.h>
extern "C" {
#include "user_interface.h"
}
// ATP3011 I2C Address
const uint8_t ADDR = 0x2E;
const int SENSOR_PIN = 13;
// 百人一首 読み
String data[] = {
"a'kinotano-,karihono/iono,to'mao/ara'mi- wa'gakoromodewa-,tu'yuni/nuretutu-", // 1
"ha'rusugite- na'tukinikerashi-,shirotaeno- koromoho'sucho-,a'mano/kaguyama-", // 2
"ashibikino- yama'dorinoono,shidariono- naganagashiyoo-,hitorikamonenn-", // 3
"tagonourani- uchiidetemireba,shirotaeno- fu'jinotakaneni-,yuki'wa/furitutu-", // 4
"okuyamani- mo'miji/fumiwake,nakushikano- ko'e/kikutokizo,a'kiwakanashiki-", // 5
"kasasagino- wataseruhashini,okushimo'no- si'rokio/mi'reba,yo'zo/fuke'ni/ke'ru-", // 6
"amanohara- furisakemireba,ka'suganaru- mikasanoyamani,i'desi/tuki'kamo-", // 7
"wa'gaiowa- miyakonotatumi,shika'zo/su'mu- yo'oujiyamato,hitowayu-nari-", // 8
"hana'noirowa- uturinikerina,itadurani- wa'gami/yo'ni/fu'ru,nagamesesimani-", // 9
"koreyakono- yuku'mo/kae'rumo,waka'retewa- siru'mo/sira'numo,o-sakanoseki-", // 10
"watanohara- yasosimakakete,kogiidenuto- hito'niwatugeyo,a'mano/turibune-", // 11
"amatukaze- ku'mono/kayoiji,fukitojiyo- oto'meno/su'gata,si'basi/todomen-", // 12
"tukubaneno- mi'neyori/otu'ru,minano'gawa- ko'izo/tumo'rite,futi'to/narinuru-", // 13
"michinokuno- shino'bu/mojizuri,ta're/yue'ni- mida're/some'nishi,wa're/narana'kuni-", // 14
"kimigatame- ha'runo/no'niidete,wa'kana/tumu- wa'ga/koro'modeni,yuki'wa/furitutu-", // 15
"tachiwakare- i'nabano/yama'no,minenioru- ma'tutoshi/ki'kaba,i'ma/kaerikon-", // 16
"chihayaburu- kamiyomo/kikazu,tatutagawa- karakurenaini,midukukurutowa-", // 17
"suminoeno- kishi'ni/yorunami,yoru'/sa'eya- yume'no/kayo'iji,hitomeyokuran-", // 18
"naniwagata- miji'kaki/a'shino,fushinomamo- awa'de/konoyoo,su'gu/shite'yotoya-", // 19
"wabinureba- imahata/onaji,naniwanaru- mio/tukushitemo,awantozoomo-", // 20
"i'ma/ko'nnto- iisi/bakarini,nagatukino- ariakeno/tuki'o,ma'ti/ide'turukana-", // 21
"fu'kukarani- a'kino/kusakino,siorureba- mube/yamakazeo,a'rasito/iuran-", // 22
"tuki'/mireba- chi'jini/mono'koso,kanasikere- wagami/hitotuno,a'kiniwa/aranedo-", // 23
"konotabiwa- nusamo/toriaezu,tamukeyama- mo'mijino/nishiki,ka'mino/manimani-", // 24
"nanisiowaba- o-sakayamano,sanekadura- hitoni/shirarede,kuru/yoshimogana-", // 25
"ogurayama- mi'neno/momijiba,koko'ro/a'raba- i'ma/hitotabino,miyuki/matanan-", // 26
"mikanohara- wakite/nagaruru,idumigawa- itumikitoteka,ko'isi/karuran-", // 27
"yamazatowa- fu'yuzo/sabisisa,masarikeru- hitomemo/kusa'mo,karento/omo'eba-", // 28
"kokoroateni- ora'baya/ora'n,hatusimono- oki/madowaseru,shira'gikuno/hana-", // 29
"ariakeno- turenaku/miesi,wakareyori- akatukibakari,u'ki/monowanasi-", // 30
"asaborake- ariakeno/tuki'to,mirumadeni- yo'shinono/satoni,fureru/shira'yuki-", // 31
"yamagawani- kazeno/kaketaru,sigaramiwa- nagaremo/aenu,momiji/na'ri/ke'ri", // 32
"hisakatano- hikarino/doke'ki,ha'runo/hi'ni- shi'du/kokoronaku,hana'no/chiruran-", // 33
"tareokamo- siru/hitonisen,takasagono- ma'tumo/mukasino,to'mo/narana'kuni-", // 34
"hito'waiza kokoromo/shirazu,furusatowa- hana'zo/mukashino,ka'ni/nio'ikeru-", // 35
"natu'no/yo'wa mada/yoinagara,akenuruo- ku'mono/idukoni,tuki'yadoru/ra'n-", // 36
"siratuyuni- kazeno/fukisiku,a'kino/no'wa- turanukitomenu,tama'zo/chi'rikeru-", // 37
"wasuraruru- mioba/omo'wazu,chika'itesi hito'no/i'nochino,o'shikumo/arukana-", // 38
"asaju-no- ononosinohara,sinoburedo- amarite/na'doka,hito'no/koisiki-", // 39
"sinoburedo- iro'ni/idenikeri,waga/ko'iwa- monoya/omouto,hito'no/toumade-", // 40
"koisucho- waganawa/madaki,tachinikeri- hitoshirezukoso,omoisomesika-", // 41
"chigi'rikina katamini/sodeo,simoritutu- suenomatuyama,nami/kosaji/towa-", // 42
"aimiteno- nochino/kokoroni,kurabureba- mukasiwa/monoo,omowazarikeri-", // 43
"aukotono- taetesinakuwa,nakanakuni- hitoomo/miomo,uramizaramasi-", // 44
"a'waretomo- iubeki/hitowa,omooede- mino/itadurani,narinubekikana-", // 45
"yuranotoo- wataru/funabito,kajiotae- yukuemo/siranu,ko'ino/michikana-", // 46
"yaemugura- sigereru/ya'dono,sabisikini- hito'koso/miene,a'kiwa/kinikeri-", // 47
"kazeo/itami- iwautu/namino,onorenomi- kuda'kete/monoo,omoukorokana-", // 48
"mikaki/moriejino/takuhino,yo'wa/moete hiruwa/kietutu,monookoso/omo'e-", // 49
"kimigatame- osikarazarisi,i'nochisae- nagakumoganato,omoikerukana-", // 50
"kakutodani- eyawaibukino,sasimokusa sasimosirajina,moyuru/omo'io-", // 51
"akenureba- kururumonotowa,sirinagara- na'o/urameshiki,asaborakekana-", // 52
"nagekitutu- hitorinuruyono,akurumawa- ikani/hisashiki,monotokawasiru-", // 53
"wasurejino- yukusuemadewa,ka'takereba- kyo'-o/kagirino,i'nochitomogana-", // 54
"taki'no/oto'wa- ta'ete/hisa'siku/narinu'redo- nako'so/nagarete,na'o/kiko'ekere-", // 55
"arazaran- konoyono/hokano,omoideni- i'ma/hito'dabino,aukotomogana-", // 56
"meguriaite- misiya/soretomo,wakanumani- ku'moga/kurenisi,yowano/tuki'kana-", // 57
"arimayama- inano/sakihara,kaze'/fu'keba- idesoyohitoo,wasureyawasuru-", // 58
"yasurawade- nenamasi/monoo,sa'yo/fu'kete- katabu'ku/ma'deno,tuki'o/mi'sikana-", // 59
"ohoeyama- ikunono/michino,to'okereba- ma'da/fumi'momizu,a'mano/hashidate-", // 60
"inisieno- na'rano/miyakono,yaeza'kura kyo'-/kokonoeni,nioinurukana-", // 61
"yo'o/ko'mete torino/soranewa,haka'rutomo yo'ni/o-sakano,se'kiwayurusaji-", // 62
"i'mawatada- omoitaenan,toba'kario hitodutena'rade,iu/yosimogana-", // 63
"asaborake- u'jino/kawagiri,taeda'eni- arawa're/wata'ru se'zeno/ajirogi-", // 64
"urami/wabi- osanu/sodeda'ni,a'rumonoo- ko'ini/kuchinan,na/ko'so/osikere-", // 65
"morotomoni- a'wareto/omo'e,yamaza'kura hanayori/hokani,siru/hitomo/nasi-", // 66
"ha'runo/yo'no- yume/ba'karinaru,tamakurani- ka'inaku/tatamu,nako'so/o'sikere-", // 67
"kokoronimo- a'rade/ukiyoni,nagaraeba- ko'ishikarubeki,yo'wano/tuki'kana-", // 68
"a'rasi/fu'ku mimurono/yama'no,momijibawa ta'tutano/kawa'no,ni'shiki/na'ri/ke'ri", // 69
"sabishisani- ya'doo/ta'chi/i'dete,nagamu'reba- i'dukomo/onaji,a'kino/yu-gure", // 70
"yu-sareba- ka'dotano/i'naba,otodurete- a'sino/maroyani,aki'kazezo/fu'ku-", // 71
"otoni/kiku- ta'kasino/hama'no,adanamiwa- kake'jiya/sodeno,nuremoko'sosure-", // 72
"takasogono- o'noeno/sakura,saki'ni/ke'ri- to'yamano/kasumi,tatazumo/aranan-", // 73
"ukarikeru- hitoo/hatuseno,yamaorosiyo- hagesikaretowa,inoranumono-", // 74
"chigiriokisi- sasemoga/tu'yuo,i'nochinite- awarekotoshino,a'kimo/inumeri-", // 75
"watanohara- kogiidetemireba,hisakatano- kumoini/magau,okitu/shiranami-", // 76
"se'o/haya'mi- iwa'ni/seka'ruru,taki'gawano- waretemo/sue'ni,awa'ntozo/omo-", // 77
"awajisima- kayou/chi'dorino,naku'/ko'eni- ikuyo/nezamenu,su'mano/sekimori-", // 78
"aki'kazeni- tanabi'ku/ku'mono,taemayori- moreiduru/tuki'no,ka'geno/sayakesa-", // 79
"nagakaran- koko'romo/shirazu,kurokamino- mida'rete/ke'sawa,mono'-/ko'so/omo'e", // 80
"hototogisu- nakituru/katao,nagamureba- ta'da/ariakeno,tuki'zo/noko'reru-", // 81
"omo'i/wabi sa'temo/i'nochiwa,a'ru/monoo u'kini/tae'nuwa,na'mida/na'ri/ke'ri", // 82
"yononakayo- michikoso/nakere,omo'iiru- yamano/okunimo,sikazo/nakunaru-", // 83
"nagaraeba- mata/konogoroya,sinobaren- usitomishiyozo,imawa/ko'ishiki-", // 84
"yo'mo/sugara- monoomoukorowa,akeyarade- neyano/himasae,turenakarikeri-", // 85
"nageketote- tuki'ya/hamonoo,omowasuru- kakochigaonaru,wa'ga/na'midakana-", // 86
"murasameno- tu'yumo/ma'da/i'nu,ma'kino/ha'ni kiri/tachinoboru,a'kino/yu-gure", // 87
"naniwaeno- a'sino/karineno,hitoyo/yue- mio'/tuku'shiteya,ko'i/watarubeki-", // 88
"tama'no/o'yo tae'naba/tae'ne,nagaraeba- sinobu'ru/kotono,yowa'rimozo/suru", // 89
"misebayana- o'jimano/a'mano,sodeda'nimo- nurenizonuresi,iro'wa/kawarazu", // 90
"kirigirisu- naku'ya/shimoyono,samusironi- koromokatasiki,hitorikamonen-", // 91
"wa'ga/sodewa sioini/mienu,okino/isino- hitokoso/sirane,kawa'ku/mamonasi", // 92
"yono'nakawa- tunenimo/gamona,nagisakogu- a'mano/obuneno,tunade/kanasimo-", // 93
"miyosinono- yamano/akikaze,sa'yo/fu'kete- furu'sato/sa'muku,koromoutunari-", // 94
"ookenaku- ukiyono/ta'mini,ooukana- wa'ga/ta'tu/so'mani,sumizomeno/sode", // 95
"hana'/sasou,a'rasino/niwano,yuki/na'rade- furiyukumonowa,wa'gami/na'ri/ke'ri", // 96
"ko'nu/hitoo- matuhono/urano,yu-nagini- yaku'ya/mo'shiono,mimo'/koga'retutu", // 97
"kaze/soyo'gu- na'rano/ogawano,yu-gurewa- misogizo/na'tuno,sirusi/na'ri/ke'ru", // 98
"hitomooshi- hitomouramesi,ajikinaku- yoo/omouyueni,mono/omoumiwa-", // 99
"momoshikiya- furuki/nokibano,sinobunimo- na'o/amariaru,mukashi/na'ri/ke'ri", // 100
};
const int MAX = 100;
int max = 0;
int done[MAX];
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println("");
//Wire.begin(4, 5); // (SDA,SCL) Default
Wire.begin(); // (SDA,SCL)
for (int i = 0; i < MAX; i++) {
done[i] = i;
}
long seed = system_adc_read() * system_adc_read();
randomSeed(seed);
pinMode(SENSOR_PIN, INPUT);
delay(200);
}
void check_sensor() {
bool isReady = digitalRead(SENSOR_PIN) == 0;
bool onSpeak = isBusy();
if (isReady && !onSpeak) {
if (max == 0) max = MAX;
int i = (int)random(max);
int n = done[i];
swap(done, i, --max);
Serial.println(String("Now : ") + (MAX-max) + " No. : " + (n+1));
delay(3000);
speak(data[n]);
}
if (!isReady && onSpeak) {
speak_stop();
}
}
void swap(int *data, int a, int b) {
if (a != b) {
int tmp = data[a];
data[a] = data[b];
data[b] = tmp;
}
}
void check_serial() {
if (0 < Serial.available()) {
delay(10);
String buff;
while (0 < Serial.available()) {
char ch = Serial.read();
if (ch == '\n') {
speak(buff);
Serial.println(buff);
} else if (0x20 <= ch && ch <= 0x7f) {
// ASCII文字コード
buff = buff + ch;
} else {
// Do nothing
}
}
}
}
void loop() {
//check_serial();
check_sensor();
delay(200);
}
bool isBusy() {
Wire.requestFrom(ADDR, (uint8_t)1);
while (true) {
while (Wire.available()) {
char b = Wire.read();
// コマンド実行中は Busy 状態になり、この間に他のコマンドを受信すると、コマンド応答として '*' が返ります。
// なお、発話中は Busy 状態となります。
return b == '*';
}
delay(100);
}
}
void speak_stop() {
speak("$");
}
void speak(String buff) {
uint8_t *data = (uint8_t *)buff.c_str();
write_data(ADDR, data, buff.length());
// １つのコマンドは 1byte～127byte の ASCII 文字列の最後にデリミタとして CR(0x0D)を付与します。
// AT30110F4 は、この CR の受信後にコマンドを実行します。なお、コマンドの大文字、小文字は区別されます。
uint8_t cmd[] = {0x0D};
write_data(ADDR, cmd, 1);
delay(1);
}
/////////
void write_data(uint8_t addr, uint8_t *data, size_t len) {
// wireライブラリは最大32バイトなので分割して送信する
const size_t max = 32;
size_t n = len / max;
size_t m = len % max;
size_t i = 0;
for (; i < n; i++) {
write(addr, &data[i*max], max);
}
write(addr, &data[i*max], m);
delay(1);
}
void write(uint8_t addr, uint8_t *data, size_t len) {
Wire.beginTransmission(addr);
Wire.write(data, len);
Wire.endTransmission();
delayMicroseconds(27); // 26.3us
}
完成
整理してない回路で、すいません。
- 上段 : WROOM02
磁石スイッチ を 13番ピン につなげてます - 中段 : 音声合成LSI ATP3011
- 下段 : オーディオパワーアンプIC LM380N の増幅回路
増幅回路はアンプIC使っても、けっこう面倒でした。
ラジカセ(死語?) にでも繋げたほうが、楽ですね。
おわりに
- 棒読み感は、ぬぐえません。しかたない。
- 発話ICはとても簡単に使えるので、今度、ハッカソンで使ってやろう。
- 余談ですが、たまたま秋月でみつけた オーディオパワーアンプIC LM380N は超有名なICのようです。
「革命アンプ」「非革命アンプ」という回路が考案されており、負帰還をかけることで 120円 とは思えぬ音質を引き出せるそう。
http://homepage2.nifty.com/zro/Experiment/LM380-6/index.html
この IC は、もう製造中止になるそうで、非革命を体験したい人は早めに買いだめしとくべし。
今回は、標準的な使い方でした。 - おい！読み間違っとるよ！ という部分は、すぐ教えてください! 恥ずかしいっす。。
参考資料
- イラスト
ゴゴンのイラスト素材KAN
http://gogon.net/sozaiya_gogon/