Zo maak je een YouTube-audiospeler
Muziekstreamingdiensten hebben ten opzichte van traditionele muziekdragers zoals cassettes en cd’s natuurlijk een aantal voordelen. Daarentegen hebben de grote drukknoppen, een verlicht lcd-scherm en de fysieke handeling van het verwisselen van een cd of cassettebandje zo ook wel zijn charme. In dit artikel bouwen we een Raspberry Pi om tot een retroapparaat dat de audio van YouTube-video’s kan afspelen. In plaats van cd’s of cassettebandjes gebruiken we rfid-tags om een specifieke YouTube-playlist te kiezen.
Boodschappenlijstje
- Raspberry Pi Zero W met sd-kaart en adapter (€ 30,- bij Kiwi Electronics);
- Adafruit Speaker Bonnet (€ 15,50 bij Kiwi Electronics);
- 2 speakers, bijvoorbeeld 4 ohm 3 watt (€ 1,95 per stuk bij Kiwi Electronics);
- PN532 NFC/RFID Breakout Board (€ 17,95 bij Kiwi Electronics);
- 16x2 LCD Display met I²C-backpack (€ 7,- bij Tiny Tronics);
- 5 (arcade-)drukknoppen, één eventueel met verlichting (€ 2,50 tot € 7,- bij Kiwi Electronics);
- (Dupont-)draad in verschillende kleuren (€ 1,25 per 2 meter bij Kiwi Electronics);
- Een behuizing of kistje waar je alles kunt inbouwen. Dit heb je misschien gewoon in huis. Totale kosten: ca. € 100,-
Het hart van de muziekspeler wordt gevormd door een Raspberry Pi Zero W: een van de meest compacte en goedkope, maar minst krachtige telgen van de Raspberry-familie. Hij heeft gelukkig wel nog voldoende capaciteit om alles te doen wat we willen. We beginnen met het uitlezen van een rfid-tag en het afspelen van een YouTube-playlist die met die specifieke tag wordt geassocieerd. We sluiten ook een lcd-scherm aan. Hierop wordt de titel van de video en het volgnummer uit de playlist getoond. De knoppen dienen voor het starten en pauzeren van de muziek, het kiezen van de vorige en volgende track en het regelen van het geluidsvolume. Omdat een Pi Zero W geen ingebouwde speaker of audio-uitgang heeft, gebruiken we een Adafruit Speaker Bonnet: een 3watt-stereoversterker waar je kleine luidsprekers op kunt aansluiten.
Een Python-script stuurt de elektronica aan. Omdat zoveel verschillende onderdelen een complex geheel vormen, wordt elke functie en elk onderdeel eerst apart getest. Pas als het voor elk onderdeel duidelijk is hoe dit los van de rest functioneert, wordt alles samengevoegd.
©PXimport
Software
We gaan ervan uit dat je een geüpdatete installatie van de meest recente versie van Raspberry Pi OS hebt en dat de Raspberry Pi een werkende wifi-verbinding heeft. Let op: in dit artikel gebruiken we de Lite-versie, want een grafische interface hebben we niet nodig en vertraagt de boel in dit geval alleen maar.
Als je nog nooit eerder een sd-kaartje voor een Raspberry Pi hebt geïnstalleerd, dan verwijzen we je naar de officiële site, waar bij het helpgedeelte een duidelijke handleiding te vinden is.
Vervolgens kun je de software, inclusief kortere scriptjes om afzonderlijke onderdelen te testen, binnenhalen vanaf GitHub. Installeer eerst Git met de commandline-opdracht:
sudo apt install git
Daarna download je de benodigde bestanden met dit commando:
git clone https://github.com/ralphcrutzen/YouTube-audio-player.git
De bestanden worden nu in een map genaamd YouTube-audio-player gezet. Het is handig als ze allemaal naar de home-map worden gekopieerd, dus gebruik het volgende commando nadat de bestanden zijn gedownload:
cp YouTube-audio-player/* ~
Heb je ervaring met Git en ga je daadwerkelijk aan de slag met dit project, dan zijn pull requests natuurlijk van harte welkom!
©PXimport
Geluid via de Adafruit Speaker Bonnet
Voordat je de Adafruit Speaker Bonnet op de Raspberry Pi kunt prikken, zul je eerst zelf de pinnen erop moeten solderen. Eerst de dubbele rij aan de onderkant: dit is de verbinding tussen de Speaker Bonnet en de Raspberry Pi. Daarna een enkele rij aan de bovenkant: deze pinnen zorgen ervoor dat de gpio-aansluitingen van de Raspberry Pi beschikbaar komen zodat we alle onderdelen voor de muziekspeler kunnen aansluiten. Verbind ook de speakers met de Speaker Bonnet.
Als dat klusje is geklaard, is het tijd om software-ondersteuning voor I²S te installeren. De volgende commandline-opdracht downloadt daar een script voor en voert het automatisch uit:
curl -sS https://raw.githubusercontent.com/adafruit/Raspberry-Pi-Installer-Scripts/master/i2samp.sh | bash
Op de vraag Activate ‘/dev/zero’ playback in background? antwoord je met N. Daarna moet je de Raspberry Pi opnieuw opstarten en het script voor een tweede keer uitvoeren met behulp van de bovengenoemde commandline-opdracht. Je krijgt nu ook de vraag of je de speakers wilt testen, waarop je uiteraard het antwoord Y geeft.
Als je bij deze test geen geluid hoort, verwijzen we je naar de uitgebreide en duidelijke handleiding op de site van Adafruit. Daar kun je ook terecht als je het hele installatieproces nog eens in wat meer detail wilt teruglezen.
©PXimport
Over I²S en I²C
I²S staat voor inter-IC sound en wordt gebruikt om audiosignalen tussen apparaten te versturen. I²S maakt gebruik van drie verbindingen: word select (WS), clock (SCL) en data (SDA). In het geval van de Adafruit Speaker Bonnet is het alleen van belang dat je weet dat hiervoor de pinnen met de nummers 18, 19 en 21 van de Raspberry Pi worden gebruikt. Die zijn dus niet meer voor andere aansluitingen beschikbaar. I²C is de afkorting van inter-IC bus. Het is een veelgebruikt protocol om elektronica met elkaar te laten communiceren. Zowel het lcd-scherm als de rfid-lezer die we gebruiken zijn I²C-componenten. Een voordeel is dat het slechts twee lijntjes (SDA en SCL) nodig heeft om signalen te versturen. Zonder I²C zouden we 16 verbindingen nodig hebben om het lcd-scherm op de Raspberry Pi aan te sluiten! Een ander voordeel is dat er meerdere I²C-componenten op dezelfde twee SDA- en SCL-pinnen van de Raspberry Pi kunnen worden aangesloten. Elke component heeft zijn eigen unieke I²C-adres.
Zonder I²C zouden we voor het lcd-scherm 16 verbindingen nodig hebben
-
Audio van YouTube afspelen
Nu de Raspberry Pi Zero via de Speaker Bonnet geluid kan afspelen, is het tijd om een Python-script te maken waarmee we naar een YouTube-playlist kunnen luisteren. Daarvoor moet eerst een aantal Python-library’s worden geïnstalleerd: pafy, vlc en youtube-dl.
Met pafy is het mogelijk om een directe link naar de audiostream van een YouTube-video op te halen. Met vlc (dat behalve als python-library vooral bekend is als mediaspeler-software) is het mogelijk om de door pafy verkregen audiostream af te spelen, te pauzeren en het volume aan te passen. Youtube-dl stelt pafy in staat om de audio van YouTube-video’s te streamen.
Om bovenstaande software te installeren, gebruik je de volgende vijf opdrachten op de commandline:
sudo apt install python3-pip
sudo pip3 install pafy
sudo pip3 install python-vlc
sudo apt install vlc
sudo pip3 install youtube_dl
Je kunt testen of het werkt door het script met de bestandsnaam testpafyvlc.py uit te voeren:
python3 testpafyvlc.py
Het script is te stoppen via Ctrl+C. Eventueel kun je in de programmacode de url vervangen door die van een andere playlist.
©PXimport
Python-scripts uitvoeren
We geven kort uitleg over het bewerken en uitvoeren van een Python-script via de commandline. Python-scripts zijn tekstbestanden met daarin commando’s in de programmeertaal Python. Met het volgende commando start je de teksteditor nano waarbij een leeg bestand met de naam test.py gemaakt en geopend wordt: nano test.py In dit bestand voeg je de volgende twee coderegels toe: *for i in range(10):*print("Hello world!") Daarbij is het belangrijk dat je de tweede regel laat inspringen met vier spaties. Sla het bestand vervolgens op met Ctrl+W en sluit nano af met Ctrl+Q. Om het script uit te voeren gebruik je: python3 test.py Als het goed is, wordt er tien keer de tekst ‘Hello world!’ getoond. Om het script te bewerken, gebruik je weer nano test.py. Extra functies die niet standaard in Python aanwezig zijn, kun je toevoegen met behulp van library’s. Daarvoor wordt het programma pip gebruikt. In dit artikel gebeurt dat bijvoorbeeld bij het installeren van de vlc- en pafy-library’s.
Lcd-scherm aansluiten
Het lcd-scherm is niet alleen handig om het volgnummer in de afspeellijst weer te geven, maar ook om de naam van de video en andere statusinformatie zoals het volume te tonen. Het lcd-scherm dat we gebruiken, maakt gebruik van een I²C-backpack.
Zoals je in het schema kunt zien, heb je vier kabeltjes nodig. De manier waarop je het scherm op de Pi aansluit ligt voor de hand: SDA naar SDA, SCL naar SCL, VCC naar 5V en natuurlijk ook GND naar GND. Op zowel het schermpje als de Speaker Bonnet staan deze aansluitingen duidelijk aangegeven. Het is wel aan te raden om eerst de Pi uit te schakelen met het commando sudo shutdown now en vervolgens de stroom eraf te halen wanneer je dingen gaat aansluiten.
©PXimport
I²C installeren
Om I²C op een Raspberry Pi te kunnen gebruiken en het lcd-scherm aan de praat te krijgen, is aanvullende software nodig. Deze download en installeer je als volgt:
git clone https://github.com/the-raspberry-pi-guy/lcd.git
cd lcd
sudo sh install.sh
Aan het einde van het installatiescript wordt de Raspberry Pi vanzelf opnieuw opgestart. Daarna installeren we met de volgende commando’s eerst ondersteuning voor I²C voor versie 3 van Python en een hulpprogramma om te testen of het scherm door de Raspberry Pi wordt herkend.
sudo apt install python3-smbus
sudo apt install i2c-tools
Voer nu het commando sudo raspi-config uit. Ga naar Interfacing Options / I2C en kies vervolgens Yes om I²C in te schakelen. Keer via Finish terug naar de commandline.
Lcd-scherm testen
Je kunt nu testen of het lcd-scherm wordt herkend met het commando:
sudo i2cdetect -y 1
In de tabel die getoond wordt, kun je het I²C-adres van het lcd-scherm aflezen, in ons geval is dat 27. Dit adres kun je ook terug vinden op regel 25 in het Python-script met de naam lcddriver.py.
Om ons testscript uit te voeren, moet je eerst twee bestanden van de lcd-directory naar de home-directory kopiëren:
cp lcd/lcddriver.py lcd/i2c_lib.py ~
Het lcd-scherm test je met het commando python3 testlcd.py, dat je in het begin van dit artikel bij GitHub hebt gedownload. Stop het script met Ctrl+C.
Als er bij het uitvoeren van het testscript geen tekst op het lcd-scherm komt te staan, kijk dan of het juiste I²C-adres in lcddriver.py staat. Ook moet je ervoor zorgen dat de bestanden lcddriver.py en i2c_lib.py in dezelfde directory als het testscript staan.
©PXimport
Bedieningsknoppen gebruiken
We kijken nu naar hoe je met een Python-script kunt reageren op een druk op een knop. Het voorbeeldscript heet testbutton.py en is een onderdeel van de bestanden die je eerder van GitHub hebt gedownload. Om de gpio-pinnen in een Python-script te kunnen gebruiken, moet er eerst weer een library worden geïnstalleerd:
sudo apt install python3-rpi.gpio
In het testscript gebruiken we de knop met het ingebouwde ledje als schakelaar om het lampje aan en uit te doen. De knop heeft vier aansluitingen: de + en de – voor het lampje en nog twee aansluitingen voor de knop zelf. Sluit de + van het lampje aan op GPIO4 en de – op een GND-pin. De aansluitingen van de knop komen op GPIO27 en een andere GND-pin. Bij knoppen zonder lampje werkt het script trouwens ook, want de status van de lamp wordt tevens op je monitor weergegeven.
©PXimport
Knoppen-jargon: debouncing en interrupts
Door de knop in te drukken wordt er een verbinding tussen de twee pinnen gemaakt, waardoor de spanning tussen de pinnen van 0 naar 3,3 V gaat. Dat gebeurt echter niet netjes en geleidelijk. Integendeel, de spanning springt een zeer korte tijd een aantal keer op en neer. Dat kan tot gevolg hebben dat de knop te gevoelig reageert. Om dit probleem op te lossen, maken we gebruik van een programmeertechniek die ‘debouncing’ heet: als binnen een aantal milliseconden na het moment dat de knop werd gebruikt opnieuw een spanningswisseling wordt waargenomen, dan wordt deze door het programma genegeerd. Op het moment dat je de knop indrukt, wordt in het voorbeeldscript een zogenoemde interrupt geactiveerd. Dat wil zeggen dat er direct op een gebeurtenis (het indrukken) wordt gereageerd, zelfs als het programma nog met andere taken bezig is. Op dat moment wordt er een callback-functie uitgevoerd. Dat is een stukje programmacode dat ervoor zorgt dat er een bepaalde actie wordt uitgevoerd: het lampje gaat aan. In button.py wordt dit alles nog eens toegelicht in de vorm van commentaarregels, beginnend met een #, tussen de programmacode.
Rfid-kaartlezer aansluiten
De rfid-lezer communiceert, net als het lcd-scherm, ook via I²C met de Raspberry Pi. Het handige van I²C is dat je meerdere apparaten op dezelfde pinnen van de Raspberry Pi kunt aansluiten. De aansluitingen die gelijk zijn, worden eerst naar één punt op een breadboard of printplaatje geleid en van daaruit gaan ze naar de Raspberry Pi toe.
Wanneer je beide onderdelen hebt aangesloten, kun je weer met de opdracht sudo i2cdetect -y 1 controleren welk I²C-adres elk apparaat heeft. Bij ons krijgt de rfid-lezer het adres 24 toegewezen. Dit adres hebben we deze keer niet nodig, omdat de software die we in de volgende stap gaan installeren dit automatisch detecteert.
©PXimport
Met I²C kun je meerdere apparaatjes op dezelfde pinnen aansluiten
-
Rfid-tags lezen
Om daadwerkelijk tags te kunnen lezen, hebben we natuurlijk weer een extra library nodig. Installeer deze met:
sudo pip3 install pn532pi
Met het script testrfid.py kun je voor elke tag die je tegen de lezer houdt het unieke ID zien. Noteer deze ID’s, want je hebt ze nodig in de definitieve versie van het script voor de muziekspeler.
©PXimport
Alle hardware samenvoegen
Wanneer je alles in een mooie behuizing (een houten schatkistje bijvoorbeeld) gaat inbouwen, wil je dat alle kabels stevig vast blijven zitten. Het is dan verstandig om geen breadboard te gebruiken, maar alles op een printplaatje te solderen. Deze kun je ook gebruiken voor de GND-aansluitingen van de vijf knoppen en het ledje. Op de foto zie je dat we eerst diverse pinnetjes op een pcb hebben gesoldeerd; hierop worden dan de kabeltjes met Dupont-stekkers aangesloten. Wanneer alles is aangesloten, is het verstandig om de testscrips voor het geluid (testpafyvlc.py), het scherm (testlcd.py), de knop (testbutton.py) en de tag-lezer (testrfid.py) nog eens uit te voeren, zodat je zeker weet dat alles ook nu nog steeds werkt. Want het belangrijkste gaat nu komen: het script dat alles bij elkaar brengt.
©PXimport
Het alles-in-1 Python-script
Het uiteindelijke script dat ervoor zorgt dat alle onderdelen samenwerken heet ytplayer.py. Het gaat te ver om in dit artikel alle programmode in dit bestand toe te lichten. Daarom staan er commentaarregels in de code, beginnend met een hekje #. Daarmee wordt hopelijk duidelijk genoeg uitgelegd hoe het script werkt. Ook vind je rond regel 80 de plek waar je zelf de ID’s van de rfid-tags en de links naar de bijbehorende YouTube-playlists moet invullen.
©PXimport
Automatisch opstarten
Om ervoor te zorgen dat het script automatisch wordt uitgevoerd zodra de Raspberry Pi is opgestart, moet je het bestand /etc/rc.local bewerken. Gebruik een teksteditor (nano bijvoorbeeld) om dit bestand te doen:
sudo nano /etc/rc.local
Voeg daarna de volgende regel toe aan het einde, maar let er op dat je exit 0 op de allerlaatste regel laat staan.
python3 /home/pi/ytplayer.py &
De ampersand (&) op het einde is belangrijk, want deze zorgt ervoor dat het programma gelijktijdig met de overige opstartprocessen wordt uitgevoerd. Wanneer je dit teken weg laat, zal de Pi niet volledig opstarten.
Gebruik Ctrl+X, dan Y en dan Enter om het bestand op te slaan, en vervolgens sudo reboot om de Pi opnieuw op te starten om te testen of het werkt.
©PXimport
Tot slot
Het is niet lastig om elk onderdeel los van de rest werkend te krijgen, want er zijn veel duidelijke handleidingen op internet te vinden. Maar op het moment dat je meerdere onderdelen wil laten samenwerken, ben je vaak op je eigen creativiteit en vindingrijkheid aangewezen om oplossingen voor problemen te vinden. Vaak lukt dat, maar helaas niet altijd. Het is bijvoorbeeld niet gelukt om te achterhalen waarom het lcd-scherm soms vreemde tekens vertoont. En bij het afspelen van een track zijn de eerste paar seconden nog wat haperingen in het geluid te horen. Maar omdat alle programmacode op GitHub beschikbaar is, zouden die problemen op het moment dat je dit leest misschien al lang door iemand opgelost kunnen zijn.
