基于Arduino自制儿童小电脑

如果你家有小孩，一定能懂我做这个项目的初衷。我们每天都会玩着手机，敲着键盘跟朋友聊天，小孩子看见了就想模仿，但出于保护眼睛等一系列考虑，我们又不能让他们过早的接触电子设备。所以我就想到，能不能做一个小玩意让他们也尝试着学习阅读和书写呢？不过项目刚开始时确实挺困难，所以我又不断添加新功能以保持它对孩子的吸引力。

在开始写教程之前，我想感谢http://www.rinkydinkelectronics.com，我从上面汲取了很多营养，从各种库到代码，有了它们我才能玩转这块TFT触摸屏。

所需零配件：

·Arduino Mega 2560开发板。

·一块3.2英寸的触摸屏和保护壳，别忘了触控笔。

·一张SD卡，用来保存孩子的涂鸦。

·ESP8266 WiFi模块，以便设备连接互联网。

·DS1703时钟模块。

·电池适配器（找适合你所用电池的哦）。

·一个漂亮的壳子

·设定好一个互联网接入点，这样即使你不在家也可连上热点使用设备。

·在服务器上创建一个随时能通过PHP访问的数据库。

·为不同的孩子创建不同的电邮地址。

第一步：连接硬件

由于屏幕和外壳占据了Mega 2560的所有接口，所以我不得不在Mega开发板两边又焊接了几个接口，虽然看起来丑了点，但至少管用了。这样我们准备的 DS1703和ESP8266模块，甚至电池都可以顺利连接了。

说到ESP8266 WiFi模块，这次我算是走了狗屎运，连接时我直接将ESP8266模块的RX和TX接口连上了Mega开发板上的TX和RX接口，幸运的是，它居然运行无误。其实这不是正确的连接方法，我推荐你们还是参考下下面这个网页的连接方法吧：

随后你就可以将触摸屏连上Mega开发板并套上保护壳了。对了，别忘了插入准备好的SD卡。

第二步：载入软件

想要运行该设备，你需要两个软件组件。第一个是Arduino Sketch，第二个则是运行在你服务器上的PHP脚本和来自Arduino的HTTP Get请求。ESP8266上使用的HTTP 1.0协议有些过时，用起来有些不舒服，你只能通过它发送HTTP Get请求和HTTP Post请求。所以你需要将来自Arduino的HTTP Get请求转换成STMP（简单电子邮件协议）或其他格式，而这正是PHP脚本的一部分。

Arduino

在Arduino 1.5.6 beta上，该Sketch的运行和测试都进行的很顺利，但升级到最新的1.6.0就不行了（出现了TFT校准错误）。所以在你加载这个Sketch之前，请对其进行编辑并根据你的互联网接入点设置相应参数。下面是范例：

#define DEST_HOST “www.your_own_host.de”

#define SSID_HOME “FritzBoxHOME”

#define PASS_HOME “ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ”

记住，DEST_HOST并不是你在服务器上的IP地址，所以你的PHP脚本不会在那里运行。在你的根目录里，Sketch会建立一个名为“Scripts”的文件夹，而你的PHP脚本最终会上传到这里。

SSID_HOME 和PASS_HOME则是互联网接入点的设置。想要通过路由器上网（我用的是德国的Fritz Box路由），你就要进入路由器设置中心对其进行配置。想使用移动热点的话，你就要进入设置-》更多设置-》WLAN热点-》移动热点对其进行配置（安卓系统）。

下载了Sketch之后记得先阅读详细步骤并做出正确的配置调整。如果一切运行正常，在加载了Sketch之后，你就会看到主界面，上面会显示键盘，一些图标和WiFi状态栏（绿色为已连接，红色则为断开）。

PHP

PHP脚本在这个项目中起了很重要的作用，它是Arduino开发板和SMPT服务器之间的接口，你可以通过它收发邮件。它可以将开发板上反馈来的HTTP Get请求转换成相应的动作，完成阅读邮件，发送邮件和图片等工作。

第三步：使用应用程序：用户和邮件设置

用户

该程序可供三个不同用户使用，每个用户都可设定自己的头像（.c文件，和Sketch一起上传到RAM中）。这个格式比较少见，你可以通过网站JPG_to_C converter将一张32x32的JPG图片转换成一个.c文件。

创建三个用户时可使用下列代码（三个用户分别为Samira，Kilian和Keanu）：

#define SENDER_CNT 3

//Photo .c Files：

extern unsigned int keanu［0x1024］;

extern unsigned int kilian［0x1024］;

extern unsigned int samira［0x1024］;

char *key_sendername［SENDER_CNT］ = { “Samira”， “Kilian”， “Keanu” };

unsigned int *icon_sendername［SENDER_CNT］ = {samira， kilian， keanu};

你在创建用户时只需修改用户名和图片就行了，其他代码完全相同。

更换用户时，你只需点击Logged User图标并选择要使用的用户就好。登陆的用户可以发送邮件或阅读收到的邮件，每个用户在SD卡的根目录上都会有自己专用的信箱文档，你的邮件和邮件中的附图都会保存在这里。未来，我想让该设备能定期扫描邮箱并下载邮件供用户阅读。

设定邮件发送人和收件人

选择好用户后，HTTP Get请求就会记录用户的相关信息，随后便会在服务器上生成用户的邮件地址。

想要改变收件人，只需点击Mail To图标并在其中进行选择就好。与上一步相同，设备会记录收件人的相关信息，然后通过PHP转换出正确的邮件地址。

更多详细信息请参阅第六步：发送邮件。

第四步：使用应用程序：涂鸦

想要画画，点击彩虹图标就行，该图标在作画前是红色的。

所有的画作都会保存在SD卡上，用户可以找到它们并将其添加到邮件中。

由于HTTP 1.0的限制，你无法采用二进制发送图片，所以孩子的涂鸦会转换成一种特有格式并保存在一个文本文档中，发送后服务器便会将其重新转换为图片。

为了避免发送的图片体积过于庞大，在屏幕中央右侧还会显示一个彩色图标，它会根据图片的大小不断变色。如果该图标变红，就说明图片体积已达上限，自此SD卡就不会继续记录信息了。最大图片体积为3K，这对孩子的涂鸦来说绝对足够了。

彩色图标还会充当确认键，画图完成时你需要点击它进行确认。随后彩虹图标就会显现出来，这时你就可以将图片添加进邮件了。如果你暂时不想发送，该图片会被保存在SD中，随后你可以通过图片浏览器回看这些图片。

第五步：使用应用程序：发送邮件

发邮件也很简单，只要点击信封图标，就可以发出一封邮件（原始邮件是HTTP Get请求，随后会转换为可读邮件）。如果系统工作正常，发送状态栏会呈绿色，若WiFi连接出现问题，状态栏则会变成红色。

HTTP Get请求包含了许多服务器端的邮件信息，包括用户的姓名和收件人的姓名。而PHP脚本则会收到一条包含请求和配置值的信息。当然，我们必须在PHP脚本上传到服务器前搞定这些设置，这样邮件系统才能正常工作。

下面是PHP脚本中很有趣的一部分：

/*****************************************/

/* SEND MAIL */

/*****************************************/

if（ （strlen（$send_mail_from） 》 0 && strlen（$send_mail_to） 》 0）

|| strlen（$get_image） 》 0 || strlen（$_POST［“MailImage”］）》0

|| strlen（$end_image） 》 0 || strlen（$get_image_name） 》 0

|| strlen（$give_me_image） 》 0 ）

{

$handy_light = 0;

$to = ‘mama@your_domain.com’;

if（ strcmp（$send_mail_to， “Papa”） == 0 ）

$to = ‘papa@your_domain.com’;

else if（ strcmp（$send_mail_to， “Keanu”） == 0 ）

{

$to = ‘keanu@your_domain.com’;

$handy_light = 1;

}

else if（ strcmp（$send_mail_to， “Kilian”） == 0 ）

{

$to = ‘kilian@your_domain.com’;

$handy_light = 1;

}

else if（ strcmp（$send_mail_to， “Samira”） == 0 ）

{

$to = ‘samira@your_domain.com’;

$handy_light = 1;

}

else if（ strcmp（$send_mail_to， “Mami”） == 0 ）

$to = ‘[e-mail]’;

else if（ strcmp（$send_mail_to， “Juanito”） == 0 ）

$to = ‘[e-mail]’;

else if（ strcmp（$send_mail_to， “Javier”） == 0 ）

$to = ‘[e-mail]’;

$subject = ‘De： ’ 。 $send_mail_from;

$message = $mailbody;

$headers = ‘From： ’ 。 $send_mail_from 。 ‘@your_domain.com’ 。 “ ” 。

‘Reply-To： ’ 。 $send_mail_from 。 ‘@your_domain.com’ 。 “ ” 。

‘X-Mailer： PHP/’ 。 phpversion（）;

你只需要将我的发件人Mama，Papa等改成你想要的名字就好。

mama@your_domain.com

papa@your_domain.com.。 etc

此外你还可以修改邮箱地址。

PHP 脚本需要获知是否收件人已经通过PC，手机或Mailduino收到了邮件。只有这样，它才能决定是否执行对图片的转换工作，以便收件人在不同的设备上看到正常的图片（普通设备会转换为JPG，Mailduino则会直接读取.c格式的文档）。所以，请将PHP变量$handy_light设为true或 false（应对不同的收信设备）。

第六步：使用应用程序：接收邮件

想阅读邮件的话，你需要点击卡车图标，这样就能进入邮件界面了。不过屏幕上只会显示最近的四封邮件，所有收到的邮件都保存在邮箱文档里。该设备无法读取采用HTML代码的邮件，所以在正式使用前我推荐你先在PC上做下测试，将设定改为“仅文本”。

想要看看是否收到了新邮件？很简单，只需点击主界面上部的卡车图标就好。只要用户在两分钟内没有活动，系统就会自动检查并下载新邮件。在整个过程中，开发板会发送一个HTTP Get请求，随后PHP脚本便会开始检查新邮件，所有新邮件都会以较为简单的格式回传到Arduino开发板。如果收到了新邮件，界面右下方就会出现一个蓝色的M图标来提醒你。

在邮件域中，标准文本呈白色，发送人地址则为红色。为了保证发送域包含一个已知人的标识符，屏幕上会显示发送人的头像。

如果邮件内含有图片，那么收到的邮件会包含图片的名字，Arduino会通过HTTP Get再次向服务器发起请求，这时设备就会开始新的下载，你就能看到原始的全像素图片了。此外，你可以通过接收状态栏来了解下载的状态。

如果邮件内含有图片，你会在邮件域的右边看到一片彩虹，点击它就能打开图片。

PHP配置

如果你想随时查看账户，服务器端也有些设置需要改变。来自Arduino的HTTP Get请求包含了账户的名字，这些会保存在一个名为$get_mails_for的变量PHP脚本中。请参考下列代码并修改你想查看的邮件地址和密码。

/*****************************************/

/* RECEIVE MAILS */

/*****************************************/

else

{

if（ strcmp（$get_mails_for，“Keanu”） == 0 ）

{

$USER_NAME=“keanu@your_domain.com”;

$USER_PASS=“A123456b”;

}

else if（ strcmp（$get_mails_for，“Kilian”）==0 ）

{

$USER_NAME=“kilian@your_domain.com”;

$USER_PASS=“A123456b”;

}

else if（ strcmp（$get_mails_for，“Samira”） == 0 ）

{

$USER_NAME=“samira@your_domain.com”;

$USER_PASS=“A123456b”;

}

else

$USER_NAME=“default@your_domain.com”;

echo “Reading Mails for ” 。 $get_mails_for 。 “ from Server with PHP ”;

$inbox = imap_open （“{”。 $MAIL_HOST 。 “：143}INBOX”， $USER_NAME， $USER_PASS） or die（“Can‘t connect IMAP-Server！”）;

第七步：使用应用程序：图片浏览器

用户的所有画作都会存储在SD卡上，只要点击时钟图标左边的图标就可进入图片浏览模式，图片浏览器中的图片会按名字呈九宫格排列。

想要看原始大小的图片，你只需点击它就行。看完之后，随便点击以下图片就能回到刚刚的浏览界面。

如上图所示，手型图标可以让你进入下一页。

确认图标则可以让你回到主界面。

第八步：时钟界面

想要激活该设备的时钟功能，你需要先对你的DS1307时钟模块进行设置。只需加载下列Arduino Sketch并调好时间就行（记得用unix格式）：

/* T（string_utctime） */

#include

#include

#include // a basic DS1307 library that returns time as a time_t

void setup（）

{

Serial.begin（9600）;

setSyncProvider（RTC.get）; // the function to get the time from the RTC

if（timeStatus（）！= timeSet）

Serial.println（“Unable to sync with the RTC”）;

else

Serial.println（“RTC has set the system time”）;

}

void loop（）

{

if（Serial.available（））

{

time_t t = processSyncMessage（）;

if（t 》0）

{

RTC.set（t）; // set the RTC and the system time to the received value

setTime（t）;

}

}

digitalClockDisplay（）;

delay（1000）;

}

void digitalClockDisplay（）{

// digital clock display of the time

Serial.print（hour（））;

printDigits（minute（））;

printDigits（second（））;

Serial.print（“ ”）;

Serial.print（day（））;

Serial.print（“ ”）;

Serial.print（month（））;

Serial.print（“ ”）;

Serial.print（year（））;

Serial.println（）;

}

void printDigits（int digits）{

// utility function for digital clock display： prints preceding colon and leading 0

Serial.print（“：”）;

if（digits 《 10）

Serial.print（’0‘）;

Serial.print（digits）;

}

/* code to process time sync messages from the serial port */

#define TIME_MSG_LEN 11 // time sync to PC is HEADER followed by unix time_t as ten ascii digits

#define TIME_HEADER ’T‘ // Header tag for serial time sync message

time_t processSyncMessage（） {

// return the time if a valid sync message is received on the serial port.

while（Serial.available（） 》= TIME_MSG_LEN ）{ // time message consists of a header and ten ascii digits

char c = Serial.read（） ;

Serial.print（c）;

if（ c == TIME_HEADER ） {

time_t pctime = 0;

for（int i=0; i 《 TIME_MSG_LEN -1; i++）{

c = Serial.read（）;

if（ c 》= ’0‘ && c 《= ’9‘）{

pctime = （10 * pctime） + （c - ’0‘） ; // convert digits to a number

}

}

return pctime;

}

}

return 0;

}

设定好你的DS1307后，只需点击主界面上的时钟图标就可以用该设备查看当前时间了。

一个DIY的儿童电脑就完成啦，大家快试试吧！