描述

讓我們從一些動(dòng)態(tài)圖片開始：

介紹

該項(xiàng)目的目的是制作個(gè)人生日禮物。在這樣做的同時(shí)享受電子、軟件和 3D 打印的樂(lè)趣！

草莓奶油蛋糕有 4 種操作模式，通過(guò)旋轉(zhuǎn)草莓編碼器進(jìn)行設(shè)置。

默認(rèn)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(lè)，直到你再也不想慶祝生日。它還具有“隨機(jī)播放”模式。它在這里播放隨機(jī)歌曲。最后還有一個(gè)驚喜模式，在這種模式下，燈熄滅，沒有音樂(lè)播放，如果燈亮了，它會(huì)突然播放一首歌。

Part1 :木琴

多少個(gè)鍵和什么頻率？

經(jīng)過(guò)幾次迭代后，我接受了這個(gè)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(zhǎng)度公式

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

幾個(gè)學(xué)習(xí)者：

• 你真的需要更多的鍵來(lái)播放大多數(shù)音樂(lè)。我猜至少有 18 個(gè)或 24 個(gè)。使用 12 個(gè)鍵，該設(shè)備只能播放部分歌曲或帶有簡(jiǎn)單旋律的歌曲。
• 雖然木琴是和弦的（可以同時(shí)敲擊所有 12 個(gè)鍵），但實(shí)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(wú)繩電鉆中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)鑰匙并用 600 號(hào)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(yù)想的要困難得多。

我從一個(gè)電磁鐵開始，如果有電流流過(guò)它，它就會(huì)把鐵芯拉到它的中心。事實(shí)證明這不是一個(gè)好主意，因?yàn)樗枰姶盆F中的大量電流，并且您只能將某些東西拉入核心，而無(wú)法排斥它，這使得擊鍵更加困難。

然后我讀到了關(guān)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(guò)將磁鐵與電磁鐵相斥來(lái)敲擊琴鍵。

但是 - 沒有什么是免費(fèi)的 - 另一個(gè)問(wèn)題出現(xiàn)了：前鋒中的磁鐵相互影響。必須進(jìn)行大量調(diào)整（曾在線圈底部添加鐵環(huán)以引導(dǎo)磁場(chǎng)），但最終找到了一個(gè)解決方案，即每個(gè)撞針只使用一個(gè)磁鐵，并保持足夠多的撞針?lè)珠_。

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(wú)需膠水，磁鐵將其固定在一起。

我制作了電子設(shè)備，以便可以通過(guò)軟件控制電磁鐵電流。雖然改變打擊力對(duì)于播放歌曲并不是絕對(duì)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(guān)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(guò)了平滑處理。

不過(guò)，我對(duì)音質(zhì)并不是 100% 滿意，敲擊琴鍵的聲音對(duì)我來(lái)說(shuō)有點(diǎn)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(jìn)行串行通信。每個(gè) DAC 輸出后接一個(gè)功率雙極晶體管，布置為射極跟隨器。

二極管 D3..D14 保護(hù)晶體管免受感應(yīng)反沖能量的影響。

我添加了一些基本的過(guò)電壓、ESD 和錯(cuò)誤極化保護(hù)。通過(guò)添加這些，測(cè)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(shuō)的1.5層PCB。底部是完整的接地層，因此無(wú)需蝕刻。所有軌道都在頂層運(yùn)行，要訪問(wèn) GND，您只需添加一個(gè)過(guò)孔。

在我的下一個(gè)項(xiàng)目中，我將在線訂購(gòu) 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(duì)較小的組件是最容易的。

物料清單

所有組件均在mouser.com購(gòu)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(dòng)電源。

Part3 :機(jī)械零件

大約 8 個(gè)月前，我們購(gòu)買了我們的 Prusa mk3s 打印機(jī)，它確實(shí)達(dá)到了預(yù)期。它提供了漂亮的結(jié)果并且可以毫無(wú)問(wèn)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(shè)計(jì)師，他像專業(yè)人士一樣使用 fusion-360（供個(gè)人使用）。

第三部分：軟件

Excelmacro將midi轉(zhuǎn)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(gè)，下一個(gè)最好的事情是將 midi 文件轉(zhuǎn)換為更緊湊的數(shù)組格式。后者是我所做的。

step1：選擇一個(gè)midi文件并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。例如，剪掉一塊或只保留 1 個(gè)“軌道”。我使用 MuseScore3（免費(fèi)）來(lái)做到這一點(diǎn)。

step2 : 使用 midicsv 工具?將 midi 文件轉(zhuǎn)換為 csv 文件。

step3：我做了一個(gè)excel宏：

• 打開 csv 文件。
• 移調(diào)音符，使最低音符對(duì)應(yīng)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(gè) midi 文件）。
• 生成一個(gè)可以粘貼到 arduino 源代碼中的數(shù)組。

為 Atmega328PB 控制器設(shè)置 arduino。

在使用 arduino IDE 之前，必須在處理器中加載引導(dǎo)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(rèn)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(guò)很多問(wèn)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(qū)動(dòng)的應(yīng)用程序可能更簡(jiǎn)潔，但我決定采用同步解決方案。主循環(huán)以固定的 300Hz 運(yùn)行，每個(gè)對(duì)象或狀態(tài)機(jī)在每個(gè)周期都更新。

高級(jí)概覽應(yīng)用程序

DacBH2221FV.h 允許您將值寫入任何 dac 通道。

Key 類包含驅(qū)動(dòng)單個(gè)鍵所需的所有內(nèi)容。鍵由它們的 midi 編號(hào)標(biāo)識(shí)。

MusicPlayer 類擁有 12 個(gè)鍵并且知道如何播放歌曲。歌曲存儲(chǔ)為結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)組（請(qǐng)參閱 SongData.h ）

ControlLights 類提供簡(jiǎn)單的函數(shù)來(lái)控制 79 和環(huán)形 LED。

RotarySwitch 和 SwitchAndLDR 類允許訪問(wèn)旋轉(zhuǎn)開關(guān)和光傳感器。

最后，Controller 類使所有這些都可以協(xié)同工作。