可編程音樂盒的構建

描述

動機

我一直很喜歡玩八音盒，實際上在家里也有收藏。能夠按下一個按鈕，或者轉動幾圈曲柄，然后突然在你的手中播放音樂，這真是太新奇了！這個可編程音樂盒是仿照一個更“傳統”的音樂盒（以這個為例）。當您購買傳統的可編程音樂盒時，您會得到一個基于曲柄的音樂盒、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，因為它穿過音樂盒，這就是你發出聲音的方式。

但是，問題在于這些可能有點貴。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，這個音樂盒的運作機制與上面的音樂盒類似；您可以通過在紙上打孔然后將其送入盒子來選擇播放的音符。但是，有幾個主要區別：

1.這里不是使用手動曲柄送紙，而是通過連續旋轉伺服來完成，可以通過按下按鈕來打開和關閉！這種變化主要是因為我真的想在這個項目中使用伺服。

2.每個孔的檢測方式如下。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（每個音符一個：A、B、C、D、E、F、G）。打孔紙穿過銅板的頂部，以及這些電線的下方；當銅板和這些導線之間有紙時，模擬輸入引腳讀取的值會隨機上下浮動。當有孔時，電線將暫時與接地銅板接觸，因此模擬輸入引腳將讀取 0（或接近該值的某個位置）。

因此，您所要做的就是將紙放在銅板上，按下按鈕開始，然后觀看音樂開始播放！

初步圖表和規劃

在開始把這個項目放在一起之前，我首先列出了我希望音樂盒具有哪些功能：

1.多個揚聲器一次播放多個聲音

2.一個開/關按鈕

3.伺服驅動紙張

4. LCD 顯示八音盒狀態

這些都在下面的框圖中進行了可視化：

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

所有這些組件的實際接線可以在下面的 Fritzing 示意圖中看到：

構建說明：硬件組件

揚聲器

音樂盒包括 3 個揚聲器，這意味著音樂盒最多可以同時播放 3 個音符。如下圖所示：

每個揚聲器的一端接地，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，除了一個小問題：由于某種原因，我的 PocketBeagle 上的 PWM0-A 引腳無法以 400 Hz 以外的頻率輸出信號。上網查了一下，這似乎是一個非常罕見的問題，沒有明確的解決方案。鑒于此，我決定離開第三位演講者，希望嘗試這個項目的任何其他人都不太可能遇到同樣的問題。

另請注意，我們只有 3 個揚聲器，這意味著一次只能播放 3 個音符。如果八音盒讀取的音符超過 3 個（即連續打孔過多），代碼設置為隨機選擇 3。

4位7段顯示器

4 位 7 段顯示器的目的是讓用戶可以知道設備是打開還是關閉。音樂盒關閉時顯示屏將顯示“off”，如果音樂盒打開則顯示“go”（選擇“go”而不是“on”，因為 7 段顯示屏無法顯示“n”）。在我的設置中，該顯示器連接到 PocketBeagle 上的 I2C1 引腳，并為 SDA 和 SCL 線路配備了適當的上拉電阻，并根據需要連接了電源和接地：

按鈕

如上所述，使用了一個按鈕來允許用戶打開和關閉音樂盒：

按鈕的一個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，GPIO 引腳將讀取“1”，按下按鈕時將讀取“0”。因此，代碼可以簡單地檢測“0”以查看按鈕是否被按下。

連續旋轉伺服

如上所述，連續旋轉伺服用作移動紙張通過頁面的“曲柄”。這是典型的接線方式，伺服系統的“信號”引腳連接到 PocketBeagle 上的 PWM0-B 引腳。旋轉速率固定為 400Hz，占空比為 25。

除了硬件組件之外，伺服系統還用橡皮筋包裹著，以確保它可以在旋轉時真正“抓住”并移動紙張。這顯示在下面：

標頭引腳

整個設置中最重要的部分是檢測音符的實際電線！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：

（請注意，圖片中有 7 根電線，而實際上只有 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間都沒有連接到任何東西，所以只是浮動。但是，當它們與接地銅板接觸時，它們所連接的 Analog-in 將顯示為 0！

銅版

最后的組件只是一個接地的銅板。使用的銅板與您可能會發現用于 PCB 軋機的銅板相同。我將一根電線焊接到銅板的每一側，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際的音樂盒中了！

首先，取銅板，用強力膠粘兩塊硬紙板，形成音樂盒的側面，足夠近，以便插頭銷可以牢固地楔入：

然后，將連續旋轉伺服系統強力膠粘到音樂盒的一側，高度準確，使伺服“臂”幾乎不接觸銅板：

就是這樣，我們完成了！

代碼設置

1. 使用來自 BeagleBoard.org 的最新 PocketBeagle 映像

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

3. 確保您在本地安裝了 Python 以及 Python AdaFruit_BBIO 包。如果沒有，執行的步驟是：

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.導航到project_01文件夾，并更改運行腳本的權限

chmod 755 run

5. 使用 Chron 以便程序在以下步驟中自動啟動時運行

• 導航到您的本地 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秒后代碼會自動運行！

操作說明

1.打孔紙獲得想要的歌曲

2. 將紙張送入八音盒，足夠遠，使其部分位于連續旋轉伺服下方

3.打開PocketBeagle，等待30秒讓程序自動啟動

4.按下按鈕開機，享受音樂！

。

。

?

• 有時，大頭針在孔上停留的時間過長，這會記錄為多個音符
• 當多個音符注冊在一起太快時，這會在積壓中為揚聲器創建一個緩沖區，這會在音樂盒和正在播放的實際聲音之間產生延遲

這些將是該項目需要的兩個主要修復。我想為這個項目做的其他改變，繼續前進，是：

• 為設備創建更堅固的外殼（使用激光切割機或 3D 打印機）
• 減少音樂盒檢測到孔的時間和揚聲器播放時間之間的延遲
• 找到一種合并更多音符的方法（即包括帶有臨時記號的音符）
• 添加音量控制
• 添加一種控制連續旋轉伺服速度的方法

致謝

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