基于ESP32的卡林巴琴制作教程

作為一個(gè)理工男，對音樂(lè )總有著(zhù)迷之興趣。但是在這方面一直缺乏指導，只在小學(xué)的時(shí)候上過(guò)幾節音樂(lè )，記得少許簡(jiǎn)譜的概念。后來(lái)中學(xué)忙于文化課，大學(xué)選擇了電子專(zhuān)業(yè)，與音樂(lè )就越來(lái)越遠。筆者現在已經(jīng)參加工作了，小時(shí)候埋在心里的種子終究會(huì )發(fā)芽，工作閑暇利用自己專(zhuān)業(yè)相關(guān)的知識，設計了一款電子樂(lè )器，與諸君分享。

1   卡林巴琴簡(jiǎn)介

卡林巴琴本是非洲的一種民族樂(lè )器，通過(guò)彈撥發(fā)出聲音。本設計模仿卡林巴琴的外觀(guān)，采用圖1 所示的鼠標按鍵代替卡林巴琴的金屬彈片，藍牙連接手機，在手機上發(fā)出聲音。

圖1 鼠標按鍵

2   硬件設計

該設計采用ESP32 作為主控單元，ESP32 是一顆功能強大的物聯(lián)網(wǎng)芯片，可同時(shí)支持WiFi 和藍牙功能，20+ 可用GPIO，運行頻率最高可達240 MHz，可以采用C 語(yǔ)言、Ardiuno、MicroPython 等方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

整體的設計思路是先使用ESP32 的藍牙功能實(shí)現MIDI 協(xié)議，連接手機后，與手機上的APP 配合，手機在手機上發(fā)出聲音。編程語(yǔ)言使用的是MicroPython，上手相對比較簡(jiǎn)單，非電子專(zhuān)業(yè)的同學(xué)也可以嘗試做一下。

圖2 電子卡琳巴琴

工作原理也非常簡(jiǎn)單，當程序檢測到有按鍵按下時(shí)，ESP32 通過(guò)藍牙發(fā)送相應的MIDI 指令到手機，手機收到相關(guān)的指令后，在手機上播放對應的音符。

講完了工作原理，接下來(lái)我們看下硬件設計。如果你沒(méi)有PCB 板設計經(jīng)驗，可以嘗試制作如圖3 所示的簡(jiǎn)易版本，使用現成的ESP32_Dev_Kit 開(kāi)發(fā)板配合鼠標按鍵，在一款較大的洞洞板上簡(jiǎn)單焊接就完成了。

注意，使用鼠標按鍵的上面；上面兩個(gè)引腳分別連接GND 和ESP 的引腳。

（a）正面

（b）背面

圖3 簡(jiǎn)易版卡林巴琴

如果你有一定的PCB 設計能力，建議制作圖4 所示的版本，集成了鋰電池充電電路和WS2812 彩燈，同時(shí)外觀(guān)也更為美觀(guān)，電路原理圖見(jiàn)圖5，元器件布局見(jiàn)圖6。為了追求美觀(guān)，所有的走線(xiàn)都放置在了PCB 板的背面。

圖4 彩燈版卡林巴琴

圖5 彩燈版卡林巴琴的原理圖

圖6 彩燈版卡林巴琴的元器件布局

3   軟件設計

編程語(yǔ)言使用的是MicroPython，開(kāi)發(fā)環(huán)境使用的是uPyCraft，程序的邏輯是先通過(guò)藍牙實(shí)現MIDI 服務(wù)，等待手機連接，手機連接成功后當檢測到有按鍵按下，就發(fā)送相關(guān)的MIDI 指令到手機上。

核心代碼請參考電子產(chǎn)品世界網(wǎng)站論壇。代碼運行后，根據手機平臺的不同，使用如下方式與設備建立連接，iOS 平臺見(jiàn)圖7，安卓平臺見(jiàn)圖8。連接成功就可以在手機上演奏了。

圖7 iOS平臺設備連接示意

圖8 安卓平臺設備連接示意

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年4月期）