基于ESP32的卡林巴琴制作教程

作為一個(gè)理工男，對(duì)音樂(lè)總有著迷之興趣。但是在這方面一直缺乏指導(dǎo)，只在小學(xué)的時(shí)候上過(guò)幾節(jié)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)選擇了電子專業(yè)，與音樂(lè)就越來(lái)越遠(yuǎn)。筆者現(xiàn)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業(yè)相關(guān)的知識(shí)，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)模仿卡林巴琴的外觀，采用圖1 所示的鼠標(biāo)按鍵代替卡林巴琴的金屬?gòu)椘?，藍(lán)牙連接手機(jī)，在手機(jī)上發(fā)出聲音。

圖1 鼠標(biāo)按鍵

2   硬件設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)采用ESP32 作為主控單元，ESP32 是一顆功能強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)芯片，可同時(shí)支持WiFi 和藍(lán)牙功能，20+ 可用GPIO，運(yùn)行頻率最高可達(dá)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(shè)計(jì)思路是先使用ESP32 的藍(lán)牙功能實(shí)現(xiàn)MIDI 協(xié)議，連接手機(jī)后，與手機(jī)上的APP 配合，手機(jī)在手機(jī)上發(fā)出聲音。編程語(yǔ)言使用的是MicroPython，上手相對(duì)比較簡(jiǎn)單，非電子專業(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(dāng)程序檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，ESP32 通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送相應(yīng)的MIDI 指令到手機(jī)，手機(jī)收到相關(guān)的指令后，在手機(jī)上播放對(duì)應(yīng)的音符。

講完了工作原理，接下來(lái)我們看下硬件設(shè)計(jì)。如果你沒(méi)有PCB 板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以嘗試制作如圖3 所示的簡(jiǎn)易版本，使用現(xiàn)成的ESP32_Dev_Kit 開(kāi)發(fā)板配合鼠標(biāo)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(biāo)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(shè)計(jì)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)外觀也更為美觀，電路原理圖見(jiàn)圖5，元器件布局見(jiàn)圖6。為了追求美觀，所有的走線都放置在了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(shè)計(jì)

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(lán)牙實(shí)現(xiàn)MIDI 服務(wù)，等待手機(jī)連接，手機(jī)連接成功后當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下，就發(fā)送相關(guān)的MIDI 指令到手機(jī)上。

核心代碼請(qǐng)參考電子產(chǎn)品世界網(wǎng)站論壇。代碼運(yùn)行后，根據(jù)手機(jī)平臺(tái)的不同，使用如下方式與設(shè)備建立連接，iOS 平臺(tái)見(jiàn)圖7，安卓平臺(tái)見(jiàn)圖8。連接成功就可以在手機(jī)上演奏了。

圖7 iOS平臺(tái)設(shè)備連接示意

圖8 安卓平臺(tái)設(shè)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）