生日蛋糕自動木琴（鐘琴）開源分享

描述

讓我們從一些動態(tài)圖片開始：

介紹

該項目的目的是制作個人生日禮物。在這樣做的同時享受電子、軟件和 3D 打印的樂趣！

草莓奶油蛋糕有 4 種操作模式，通過旋轉草莓編碼器進行設置。

默認模式只有led效果，沒有聲音。然后你有生日模式，蛋糕播放生日快樂，直到你再也不想慶祝生日。它還具有“隨機播放”模式。它在這里播放隨機歌曲。最后還有一個驚喜模式，在這種模式下，燈熄滅，沒有音樂播放，如果燈亮了，它會突然播放一首歌。

Part1 :木琴

多少個鍵和什么頻率？

經(jīng)過幾次迭代后，我接受了這個折衷方案：

• 12鍵，銅制，外徑10mm，內(nèi)徑8mm。
• 支持音符 C6、D6、D#6、E6、F6、F#6、G6、A6、A#6、B6、C7、D7。

我從 http://users.df.uba.ar/sgil/physics_paper_doc/papers_phys/lapp.pdf獲得的密鑰長度公式

我切了一塊比計算值大幾毫米的銅片，然后輕輕地銼掉邊緣。我定期使用應用程序（檢查頻率 。注意：在管子上鉆孔或打磨管子會稍微改變頻率。

幾個學習者：

• 你真的需要更多的鍵來播放大多數(shù)音樂。我猜至少有 18 個或 24 個。使用 12 個鍵，該設備只能播放部分歌曲或帶有簡單旋律的歌曲。
• 雖然木琴是和弦的（可以同時敲擊所有 12 個鍵），但實際上大多數(shù)可播放的歌曲并不使用它。
• 管子用砂紙拋光，然后涂上清漆。如果您將鑰匙放入無繩電鉆中，通過旋轉鑰匙并用 600 號砂紙固定它很容易使其變得非常光滑。

第 2部分：電磁鐵和撞針

這比我預想的要困難得多。

我從一個電磁鐵開始，如果有電流流過它，它就會把鐵芯拉到它的中心。事實證明這不是一個好主意，因為它需要電磁鐵中的大量電流，并且您只能將某些東西拉入核心，而無法排斥它，這使得擊鍵更加困難。

然后我讀到了關于使用釹磁鐵作為磁芯的信息。這顯著降低了所需的電流，現(xiàn)在可以通過將磁鐵與電磁鐵相斥來敲擊琴鍵。

但是 - 沒有什么是免費的 - 另一個問題出現(xiàn)了：前鋒中的磁鐵相互影響。必須進行大量調(diào)整（曾在線圈底部添加鐵環(huán)以引導磁場），但最終找到了一個解決方案，即每個撞針只使用一個磁鐵，并保持足夠多的撞針分開。

最終撞針由三部分組成：鐵制家具螺絲的空心部分、塑料支架和釹磁鐵。無需膠水，磁鐵將其固定在一起。

我制作了電子設備，以便可以通過軟件控制電磁鐵電流。雖然改變打擊力對于播放歌曲并不是絕對必要的，但它使調(diào)試和調(diào)音變得容易。

最終的電磁鐵有 570 匝 0.2mm 直徑的漆包線。電阻約為5.5Ohm。

為了減少撞針回落到核心中產(chǎn)生的聲音，在關鍵部位使用了氈織物，并且電磁鐵的內(nèi)部和撞針的外部都經(jīng)過了平滑處理。

不過，我對音質并不是 100% 滿意，敲擊琴鍵的聲音對我來說有點突出......

Part3 :電子產(chǎn)品

原理圖

原理圖沒什么特別的。Atmega328PB 微控制器與 12 通道 DAC 進行串行通信。每個 DAC 輸出后接一個功率雙極晶體管，布置為射極跟隨器。

二極管 D3..D14 保護晶體管免受感應反沖能量的影響。

我添加了一些基本的過電壓、ESD 和錯誤極化保護。通過添加這些，測試期間破壞組件的變化大大減少。

印刷電路板

PCB就是我所說的1.5層PCB。底部是完整的接地層，因此無需蝕刻。所有軌道都在頂層運行，要訪問 GND，您只需添加一個過孔。

在我的下一個項目中，我將在線訂購 pcb，但現(xiàn)在我自己蝕刻它，如果原型制作要快得多。

如果您使用鑷子和雙目顯微鏡，安裝相對較小的組件是最容易的。

物料清單

所有組件均在mouser.com購買

LED環(huán)和79

使用好舊的WS2812智能LED。18 為“79”，35 為環(huán)，全部串聯(lián)。

電源

任何 5V/2A 穩(wěn)壓電源都可以工作。我拿了一根 USB A 到 USB B 電纜并切斷了 USB B 連接器。我將紅/黑線焊接到 PCB 上的 5V/GND。USB A 連接器可插入 USB 充電器或移動電源。

Part3 :機械零件

大約 8 個月前，我們購買了我們的 Prusa mk3s 打印機，它確實達到了預期。它提供了漂亮的結果并且可以毫無問題地工作。帶紋理的鋼板提供了非常好的表面。

我兒子是 3D 設計師，他像專業(yè)人士一樣使用 fusion-360（供個人使用）。

第三部分：軟件

Excelmacro將midi轉換為“arduino”數(shù)組

使用 SD 卡可以直接在 arduino 軟件中讀取 MIDI 文件。沒有一個，下一個最好的事情是將 midi 文件轉換為更緊湊的數(shù)組格式。后者是我所做的。

step1：選擇一個midi文件并對其進行預處理。例如，剪掉一塊或只保留 1 個“軌道”。我使用 MuseScore3（免費）來做到這一點。

step2 : 使用 midicsv 工具?將 midi 文件轉換為 csv 文件。

step3：我做了一個excel宏：

• 打開 csv 文件。
• 移調(diào)音符，使最低音符對應于蛋糕上可用的最低音符 (C6)。
• 允許您檢查是否可以在蛋糕上播放歌曲中的所有音符。如果沒有回到繪圖板（Musescore 或只是找到另一個 midi 文件）。
• 生成一個可以粘貼到 arduino 源代碼中的數(shù)組。

為 Atmega328PB 控制器設置 arduino。

在使用 arduino IDE 之前，必須在處理器中加載引導加載程序。由于我忘記在 MISO/MOSI/SCK 引腳上添加排針，我必須先將小電線焊接到這些引腳上。

Atmega328PB 的額外功能默認情況下不可用，因此我必須在 IDE 中安裝 Watterott 軟件包 ( https://github.com/watterott/Arduino-Boards)才能正常工作。

經(jīng)過很多問題我發(fā)現(xiàn)boards.txt中的波特率需要從57600更改為115200。

c++軟件

事件驅動的應用程序可能更簡潔，但我決定采用同步解決方案。主循環(huán)以固定的 300Hz 運行，每個對象或狀態(tài)機在每個周期都更新。

高級概覽應用程序

DacBH2221FV.h 允許您將值寫入任何 dac 通道。

Key 類包含驅動單個鍵所需的所有內(nèi)容。鍵由它們的 midi 編號標識。

MusicPlayer 類擁有 12 個鍵并且知道如何播放歌曲。歌曲存儲為結構緊湊的數(shù)組（請參閱 SongData.h ）

ControlLights 類提供簡單的函數(shù)來控制 79 和環(huán)形 LED。

RotarySwitch 和 SwitchAndLDR 類允許訪問旋轉開關和光傳感器。

最后，Controller 類使所有這些都可以協(xié)同工作。