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[项目] 小Bit与好搭家族擦出的音乐火花 | 纸板和弦吉他

本帖最后由怀若谷于 2019-11-7 12:01 编辑

半年前，和创客朋友们一起团购了一块CoCoTouch音乐主控板，官方有个纸板吉他的案例，无奈教程不太详细，感觉无从下手。直到，上周做完纸板架子鼓，我似乎感觉有了一点头绪。当然，我仍然选择了micro:bit加徽章板、HaodaMIDI的方案。和纸板架子鼓比较，虽然原理相同，但制作吉他的难度却大了很多，外观设计、程序编写以及后面的演示环节，都耗费了很多精力。

#演示视频#

#制作原理#

纸板和弦吉他，和纸板架子鼓的制作原理是相同的。不过，制作吉他要设涉及到和弦，不只是几个简单的音符；为了更完美，我还设计了更换音色的功能，所以增加了一些按键开关，相应的发送和接收的信息就更多了。考虑到以后可以和架子鼓组合（HaodaMIDI有16个通道，完全可以做到），共用一块徽章板，发送的信息也避开了1~9。原理图如下图所示：

（一）琴弦控制

当手指触碰了用铜箔包裹的木棒后，电信号会传导至Micro:bit的引脚，主控板读取到的对应的模拟值大于指定值（比如400），则通过无线通讯方式发送一个数值。6根木棒代表6根琴弦，被触碰后，发送的数值分别为：10、11、12、13、14、15。当收到信号后，徽章板会根据相应的数值结合收到的和弦值进行判断控制HaoddaMIDI发出相应的声音。

（二）音色控制

当按下接到引脚P0的按键开关后，向徽章板发出数值“50”。徽章板收到信息后，记录收到数值的次数，并根据次数为指定通道（通道1~6，一个通道负责一根琴弦的发声）选择相应的音色。

（三）和弦控制

接到引脚P1-P8的8个按键各代表一个和弦，当按下某个按键时，向徽章板发送相应的数值（51~58）。徽章板收到这些数值后，根据数值结合代表琴弦的数值控制HadaoMIDI发出相应和弦下的声音。

#制作过程#

一、准备材料及工具

Micro:bit 3块

徽章板（含底座扩展板） 1块（好好搭搭出品）

HaodaMIDI 1块（好好搭搭出品）

Micro:bit扩展板 1块（DF出品）

锂电池及底座 1套（DF出品）

按键开关 9个

杜邦线若干根

铜箔纸 1卷

小木棒 6根

M3螺丝及螺母、螺柱若干个

瓦楞纸（50*50） 2张

电脑音箱 1套

所需工具：钢尺、裁纸刀、记号笔、热熔枪、十字螺丝刀等

二、硬件连接

【01】HaodaMIDI一端通过数据线连接到徽章板D0口，一端插入音频头连接音箱。

【02】将其中一块Micro:bit插入扩展板，9个按键开关分别接到P0~P8引脚；连接锂电池。在连接了铜线和木棒之后，锂电池的电流可能不够，发声效果不好。后来选择了通过电源适配器供电。所以锂电池可以不需要准备，如果有的话，用来在编程阶段进行测试还是可以的。

【03】将4根一头为母的杜邦线剥去一头，露出2cm左右的铜丝备用。

【04】将上面准备好的4根杜邦线如上图方式连接到两块Micro:bit的正负极引脚。其中，负极引脚应选用3cm左右长度，以便后面穿过纸板进行固定。

【05】将接好杜邦线的两块Micro:bit连接到扩展上供电，这样是为了让3块板子共用一个电源。这也是锂电池后来无法满足需求的原因。当然，您也可以选择分别对三个板子进行单独供电。

【06】将6根杜邦线的两头去皮，一头露出2cm左右的铜丝，一头露出4cm左右铜丝。

【07】将铜线通过螺丝固定在Micro:bit的其他3个引脚上。注意P0引脚处使用长螺丝。

三、制作外型

【01】在瓦楞纸上，使用铅笔画出轮廓，利用裁纸刀裁开。由于工具有限，本人全部使用了直线条，大家可以充分发挥自己的设计才能进行个性化创作，但是建议多找点吉他照片进行观观察，基本的比例最好还是要遵循，以利于弹奏。

【02】裁出一个后，用其做模板，在另一块纸板上再描出一个相同的形状。最好根据纸板两面的特点，以镜像的方式裁出。

【03】将两个造型纸板使用热熔胶粘合在一起，以增加吉他主体的强度。较尖的地方，可以在外沿多打一些热熔胶，以增加硬度。

【04】剪出6条15cm左右长的铜箔片，与木棒长度大致相同即可。

【05】将接在Micro:bit引脚上的杜邦线的一头，缠绕在木棒上；再用铜箔条进行包裹固定。

【06】用剩余的纸板裁出4条长10cm、宽1.5cm的长方形纸板。将其中两条粘贴在吉他主体上，中间相距12cm。（保证木棒不会超出两端）

【07】将6根木棒粘贴于长方形纸板上，木棒间保持1cm 左右间距。

【08】将剩余两条长方形纸板粘贴上去。

四、组装固定

【01】寻找一个合适的位置（宽度不小于两块Micro:bit的宽度之和，导线长度足够），根据长螺丝的数量和位置穿4个圆孔（固定4个螺丝用），在靠近正负极引脚的位置再穿4个圆孔(穿正负极导线用)。

【02】将两块Micro:bit通过螺丝固定在纸板上，并将正负极导线通过圆孔穿出。在这个步骤中，可能需要对引脚和木棒间的导线进行调整（松掉螺丝），以保证长度相同并保持一定的平行程度。

【03】接有按键开关的Micro:bit，先通过螺丝固定在一条长方形纸板上；再用热熔胶固定在靠近4个螺柱的位置。重新连接好另两块Micro:bit的电源线。

【04】裁出两条长方形纸板和一个倒角长方形纸板，用来固定9个按键开关。

【05】将锂电池及底座通过螺丝固定在一片纸板上，再粘贴于吉他主体背面靠近Micro:bit处。

【06】如果你习惯使用拨片弹奏，您还需要用铜箔将拨片进行包裹。

五、装饰美化

【01】使用记号笔勾画轮廓及LOGO，以增加美观度。

【02】在按键旁边合适位置贴上一片铜箔，利用白板笔（方便擦除更改）写上相应的和弦名称。

六、编写程序

【01】琴弦端Micro:bit程序
a.吉他的弦序

当吉他面对我们竖直放置时，6根弦从左往右依次为：6弦、5弦、4弦、3弦、2弦、1弦。

b.Micro:bit引脚与琴弦的对应关系

第1块Micro:bit：P0—6弦，P1—5弦，P2—4弦

第2块Micro:bit：P0—3弦，P1—2弦，P2—1弦

c.编写程序

Micro:bit端使用MakeCode（好搭版）在线编程平台，

网址：http://haohaodada.com/haodabit/#editor

*不要直接使用官方的MakeCode for Micro:bit编程平台

第1块Micro:bit上的程序

当第1块Micro:bit的三个引脚被触碰时（模拟值大于400），分别通过无线发送数字10、11、12。10，代表6弦被触碰；11，代表5弦被触碰；12，代表4弦被触碰。模拟值参数可根据测试结果进行调整，数值越小，越灵敏，但是手没有进行触碰时一般也会有一定的数值，不一定为0。我们可以使用下面的程序测试不触碰和触碰时的数值变化，以作为编程的依据。

测试引脚模拟值的程序

第2块Micro:bit上的程序

当第2块Micro:bit的三个引脚被触碰时（模拟值大于400），分别通过无线发送数字13、14、15。13，代表3弦被触碰；14，代表2弦被触碰；15，代表1弦被触碰。

【02】第3块Micro:bit程序

a.换音色按键开关

接在第3块Micro:bit P0引脚的按键开关为换音色按键，当该按键开关被按下时，无线发送数字“50”，作为换音色的信号。为了防止按下动作不利落，程序中设置了循环等待的指令，只有当按键开关在释放后才看成是一次触发。
b.和弦按键开关

继续在上面的程序中增加按下其他按键开关后的相应指令。

接在第3块Micro:bit P1~P8 八个引脚的按键开关为切换和弦按键，当这些按键开关被按下时，无线发送数字“51”~“58”。由于一个按键对应一个和弦，而且弹奏时必须用手按住某个按键不放才能触弦，所以不需要和控制音色的程序一样使用循环等待的指令。上图为接在引脚P1上的按键开关的程序，其他按键的都是同样的结构，所以只要进行重复复制、修改参数即可。需要注意的是，有些按键开关是低电平触发的，也就是不按时值为“1”，按下时值为“0”，那就需要将程序中的“1”改为“0”，以实际测试为准。

第3块Micro:bit完整程序如下图所示：

第3块Micro:bit完程序

如果不需要这么多和弦或者需要更多的和弦，可以进行按键开关的增减及相应程序的修改。

【03】徽章板程序

徽章板端使用好好搭搭徽章板在线编程平台，网址：http://haohaodada.com/hz/

a.初始化部分

b.音色切换

当收到无线数据后，先判断其数值是否为“50”。如果为“50”，说明需要更换音色。每收到一次“50”，则将变量“YINSE”的值增加1，再根据这个数值匹配相应的吉他音色，将通道1-6的音色都设置为该音色。由于程序较长，不便于截图，上图仅展示按下一次按键后切换为“尼龙弦吉他”的部分程序。我在这个项目中，共设有4种音色，分别是：YINSE=1（或5）-->钢弦吉他；YINSE=2-->尼龙弦吉他；YINSE=3-->电吉他；YINSE=4-->失真效果电吉他。当“YINSE”的值为“5”时，需要将值重置为“1”，因为音色要回到“钢弦吉他”。程序如下图所示：

c. 和弦变换

当收到无线数据后，判断数值是否大于或等于“51”（因为跟和弦对应的8个无线数值是51~58，还可以排除控制琴弦和控制音色的10~15、50），将变量“HEXIAN”的值设为收到无线数值。每个数值对应了一个和弦类型。本项目中，我设置的八个和弦和对应的无线数值为：C-->51、F-->52、G-->53、Am-->54、Dm-->55、Em-->56、E-->57、D7-->58。

d.琴弦发声

编写控制琴弦的程序，需要对吉他的和弦有一些来了解。以上面提到的8个和弦为例，我们需要知道每根弦在不同的和弦下所发的音符。

下面以第6弦为例，首先我们需要将第6弦在各个和弦下的音符整理出来。

将第6弦在不同和弦下的音符圈起来，如上图所示。

为了方便查看，将圈起来的音符按顺序填入表中。再根据音符的表示法将数字转换为对应的字母，标记在单元格的右下方。在徽章板的编程软件中，音阶3对应的是中音组，那么低音1组应为音阶2，所以上表中的音符字母前都加了一个2。这都是为了编程时更加方便。上面曾提到过，六根弦分别对应一个通道，可以同时发声。第6弦对应的是第6通道，下面的程序中都要进行相应设置。

当收到无线信号后，判断数值是否为“10”；如果为“10”，说明第6弦被触碰，那么将根据当前的和弦类型发出相应的声音。以变量“HEXIAN=51”那一条为例(见上图)，D0表示HaodaMIDI 与徽章板连接的接口，通道号为6，音阶和音符号参见上面整理的表格，音量设置为100。
其他5根弦的程序只要照此方法编写即可。

吉他制作好后，在测试的过程中，发现只能进行分解和弦演奏，扫弦效果很不理想。我想，可能与制作弦的材料有关，木棒硬度较大，使用软质材料或者使用真的吉他弦是否会更好？也可能经过程序的优化后就能改进。这都需要时间继续摸索。也欢迎朋友们和我探讨！

完整程序见附件。