可編程音樂(lè)盒的構(gòu)建

描述

動(dòng)機(jī)

我一直很喜歡玩八音盒，實(shí)際上在家里也有收藏。能夠按下一個(gè)按鈕，或者轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈曲柄，然后突然在你的手中播放音樂(lè)，這真是太新奇了！這個(gè)可編程音樂(lè)盒是仿照一個(gè)更“傳統(tǒng)”的音樂(lè)盒（以這個(gè)為例）。當(dāng)您購(gòu)買(mǎi)傳統(tǒng)的可編程音樂(lè)盒時(shí)，您會(huì)得到一個(gè)基于曲柄的音樂(lè)盒、特殊紙張和用于在該紙張上打孔的特殊打孔器。你在紙上打孔的地方“抓住”每根弦，因?yàn)樗┻^(guò)音樂(lè)盒，這就是你發(fā)出聲音的方式。

但是，問(wèn)題在于這些可能有點(diǎn)貴。而且，除此之外，你還需要特殊的紙，一旦你用完了那張紙，你就得買(mǎi)更多。我想做一些你可以在家里用便宜的零件建造的東西，而且你不需要特殊的紙！

概述

如上所述，這個(gè)音樂(lè)盒的運(yùn)作機(jī)制與上面的音樂(lè)盒類(lèi)似；您可以通過(guò)在紙上打孔然后將其送入盒子來(lái)選擇播放的音符。但是，有幾個(gè)主要區(qū)別：

1.這里不是使用手動(dòng)曲柄送紙，而是通過(guò)連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服來(lái)完成，可以通過(guò)按下按鈕來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉！這種變化主要是因?yàn)槲艺娴南朐谶@個(gè)項(xiàng)目中使用伺服。

2.每個(gè)孔的檢測(cè)方式如下。首先，將 2 根電線焊接到銅板的每一端，以便將其接地。然后，將7根線放在銅板的頂部；這些線連接到 PocketBeagle 上它們自己的模擬輸入引腳（每個(gè)音符一個(gè)：A、B、C、D、E、F、G）。打孔紙穿過(guò)銅板的頂部，以及這些電線的下方；當(dāng)銅板和這些導(dǎo)線之間有紙時(shí)，模擬輸入引腳讀取的值會(huì)隨機(jī)上下浮動(dòng)。當(dāng)有孔時(shí)，電線將暫時(shí)與接地銅板接觸，因此模擬輸入引腳將讀取 0（或接近該值的某個(gè)位置）。

因此，您所要做的就是將紙放在銅板上，按下按鈕開(kāi)始，然后觀看音樂(lè)開(kāi)始播放！

初步圖表和規(guī)劃

在開(kāi)始把這個(gè)項(xiàng)目放在一起之前，我首先列出了我希望音樂(lè)盒具有哪些功能：

1.多個(gè)揚(yáng)聲器一次播放多個(gè)聲音

2.一個(gè)開(kāi)/關(guān)按鈕

3.伺服驅(qū)動(dòng)紙張

4. LCD 顯示八音盒狀態(tài)

這些都在下面的框圖中進(jìn)行了可視化：

請(qǐng)注意，只有 6 根線連接到模擬輸入引腳，而之前提到了 7 個(gè)引腳（AG 之間的每個(gè)音符一個(gè)）。不幸的是，由于 PocketBeagle 只有 6 個(gè) AIN 1.8V 引腳，因此必須省略其中一個(gè)注釋。

所有這些組件的實(shí)際接線可以在下面的 Fritzing 示意圖中看到：

構(gòu)建說(shuō)明：硬件組件

揚(yáng)聲器

音樂(lè)盒包括 3 個(gè)揚(yáng)聲器，這意味著音樂(lè)盒最多可以同時(shí)播放 3 個(gè)音符。如下圖所示：

每個(gè)揚(yáng)聲器的一端接地，而另一端連接到 PWM 輸出。特別是，我使用了 PocketBeagle 上的 PWM0-A、PWM1-A 和 PWM2-B 引腳。這很好，除了一個(gè)小問(wèn)題：由于某種原因，我的 PocketBeagle 上的 PWM0-A 引腳無(wú)法以 400 Hz 以外的頻率輸出信號(hào)。上網(wǎng)查了一下，這似乎是一個(gè)非常罕見(jiàn)的問(wèn)題，沒(méi)有明確的解決方案。鑒于此，我決定離開(kāi)第三位演講者，希望嘗試這個(gè)項(xiàng)目的任何其他人都不太可能遇到同樣的問(wèn)題。

另請(qǐng)注意，我們只有 3 個(gè)揚(yáng)聲器，這意味著一次只能播放 3 個(gè)音符。如果八音盒讀取的音符超過(guò) 3 個(gè)（即連續(xù)打孔過(guò)多），代碼設(shè)置為隨機(jī)選擇 3。

4位7段顯示器

4 位 7 段顯示器的目的是讓用戶(hù)可以知道設(shè)備是打開(kāi)還是關(guān)閉。音樂(lè)盒關(guān)閉時(shí)顯示屏將顯示“off”，如果音樂(lè)盒打開(kāi)則顯示“go”（選擇“go”而不是“on”，因?yàn)?7 段顯示屏無(wú)法顯示“n”）。在我的設(shè)置中，該顯示器連接到 PocketBeagle 上的 I2C1 引腳，并為 SDA 和 SCL 線路配備了適當(dāng)?shù)纳侠?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電阻，并根據(jù)需要連接了電源和接地：

按鈕

如上所述，使用了一個(gè)按鈕來(lái)允許用戶(hù)打開(kāi)和關(guān)閉音樂(lè)盒：

按鈕的一個(gè)端子連接到上拉電阻以及 PocketBeagle 上的 GPIO 59，在下面的代碼中已將其配置為 GPIO_IN 引腳。另一端接地。因此，未按下按鈕時(shí)，GPIO 引腳將讀取“1”，按下按鈕時(shí)將讀取“0”。因此，代碼可以簡(jiǎn)單地檢測(cè)“0”以查看按鈕是否被按下。

連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服

如上所述，連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服用作移動(dòng)紙張通過(guò)頁(yè)面的“曲柄”。這是典型的接線方式，伺服系統(tǒng)的“信號(hào)”引腳連接到 PocketBeagle 上的 PWM0-B 引腳。旋轉(zhuǎn)速率固定為 400Hz，占空比為 25。

除了硬件組件之外，伺服系統(tǒng)還用橡皮筋包裹著，以確保它可以在旋轉(zhuǎn)時(shí)真正“抓住”并移動(dòng)紙張。這顯示在下面：

標(biāo)頭引腳

整個(gè)設(shè)置中最重要的部分是檢測(cè)音符的實(shí)際電線！這些線中的每一條都連接到不同的模擬輸入引腳；特別是，使用的引腳為 P1_19、P1_21、P1_23、P1_25、P1_27、P2_36。這些電線連接到插頭引腳，以便它們可以輕松固定到位。如下圖所示：

（請(qǐng)注意，圖片中有 7 根電線，而實(shí)際上只有 6 根連接到 PocketBeagle —— 第 7 根額外的電線主要是為了保持間距而留下的）。

如前所述，由于這些電線大部分時(shí)間都沒(méi)有連接到任何東西，所以只是浮動(dòng)。但是，當(dāng)它們與接地銅板接觸時(shí)，它們所連接的 Analog-in 將顯示為 0！

銅版

最后的組件只是一個(gè)接地的銅板。使用的銅板與您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)用于 PCB 軋機(jī)的銅板相同。我將一根電線焊接到銅板的每一側(cè)，然后將每根電線插入 PocketBeagle 上的接地：

八音盒的物理組裝

連接所有電氣元件后，就可以將所有東西組裝到實(shí)際的音樂(lè)盒中了！

首先，取銅板，用強(qiáng)力膠粘兩塊硬紙板，形成音樂(lè)盒的側(cè)面，足夠近，以便插頭銷(xiāo)可以牢固地楔入：

然后，將連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)強(qiáng)力膠粘到音樂(lè)盒的一側(cè)，高度準(zhǔn)確，使伺服“臂”幾乎不接觸銅板：

就是這樣，我們完成了！

代碼設(shè)置

1. 使用來(lái)自 BeagleBoard.org 的最新 PocketBeagle 映像

2. 從這個(gè) repo下載這個(gè) project_01 文件夾，解壓，然后移動(dòng)到你自己的 PocketBeagle 上的 Cloud9 IDE

3. 確保您在本地安裝了 Python 以及 Python AdaFruit_BBIO 包。如果沒(méi)有，執(zhí)行的步驟是：

sudo apt-get install build-essential python-dev python-setuptools python-pip python-smbus-y
sudo apt-get install python-pip
sudo apt-get install python3-pip
sudo pip install Adafruit_BBIO

4.導(dǎo)航到project_01文件夾，并更改運(yùn)行腳本的權(quán)限

chmod 755 run

5. 使用 Chron 以便程序在以下步驟中自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行

• 導(dǎo)航到您的本地 cloud9 文件夾
• 鍵入“mkdir 日志”
• 輸入“sudo crontab -e”
• 添加到文件末尾：

@reboot sleep 30 && sh 'run' script> > /var/lib/cloud9/logs/cronlog2>&1

6.重啟PocketBeagle，等待30秒后代碼會(huì)自動(dòng)運(yùn)行！

操作說(shuō)明

1.打孔紙獲得想要的歌曲

2. 將紙張送入八音盒，足夠遠(yuǎn)，使其部分位于連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服下方

3.打開(kāi)PocketBeagle，等待30秒讓程序自動(dòng)啟動(dòng)

4.按下按鈕開(kāi)機(jī)，享受音樂(lè)！

。

。

?

• 有時(shí)，大頭針在孔上停留的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，這會(huì)記錄為多個(gè)音符
• 當(dāng)多個(gè)音符注冊(cè)在一起太快時(shí)，這會(huì)在積壓中為揚(yáng)聲器創(chuàng)建一個(gè)緩沖區(qū)，這會(huì)在音樂(lè)盒和正在播放的實(shí)際聲音之間產(chǎn)生延遲

這些將是該項(xiàng)目需要的兩個(gè)主要修復(fù)。我想為這個(gè)項(xiàng)目做的其他改變，繼續(xù)前進(jìn)，是：

• 為設(shè)備創(chuàng)建更堅(jiān)固的外殼（使用激光切割機(jī)或 3D 打印機(jī)）
• 減少音樂(lè)盒檢測(cè)到孔的時(shí)間和揚(yáng)聲器播放時(shí)間之間的延遲
• 找到一種合并更多音符的方法（即包括帶有臨時(shí)記號(hào)的音符）
• 添加音量控制
• 添加一種控制連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服速度的方法

致謝

最后，特別感謝 Erik Welsh 教授 ( https://www.hackster.io/welsh ) 為使這個(gè)項(xiàng)目成為可能提供的所有幫助！