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作为一个理工男，对音乐总有着迷之兴趣。但是在这方面一直缺乏指导，只在小学的时候上过几节音乐，记得少许简谱的概念。后来中学忙于文化课，大学选择了电子专业，与音乐就越来越远。现在已经参加工作了，小时候埋在心里的种子终究会发芽，工作闲暇利用自己专业相关的知识，设计了几款电子乐器，与诸君分享。

卡林巴琴简介

真实的卡林巴琴

卡林巴琴本是非洲的一种民族乐器，外观如上图所示，通过弹拨发出声音。

电子卡林巴琴

演示视频观看地址：https://www.bilibili.com/video/BV135411w73B/

本设计模仿卡林巴琴的外观，采用下图所示的鼠标按键代替卡林巴琴的金属弹片，蓝牙连接手机，在手机上发出声音。

鼠标按键

电子卡琳巴琴

该设计采用ESP32作为主控单元，ESP32是一颗功能强大的物联网芯片，可同时支持WiFi和蓝牙功能，20+可用GPIO，运行频率最高可达240MHz，可以采用C语言，Ardiuno，MicroPython等方式进行开发。

整体的设计思路是先使用ESP32的蓝牙功能实现MIDI协议，连接手机后，与手机上的APP配合，手机在手机上发出声音。编程语言使用的是MicroPython，上手相对比较简单，非电子专业的同学也可以尝试做一下。

电子卡琳巴琴

工作原理也非常简单，当程序检测到有按键按下时，ESP32通过蓝牙发送相应的MIDI指令到手机，手机收到相关的指令后，在手机上播放对应的音符。

关于蓝牙MIDI协议，可以参考这篇文章《【蓝牙乐器DIY】蓝牙MIDI协议》。

讲完了工作原理，接下来我们看下硬件设计。如果你没有PCB板设计经验，可以尝试制作如下图所示的简易版本，使用现成的ESP32_Dev_Kit开发板配合鼠标按键，在一款较大的洞洞板上简单焊接就完成了。

注意，使用鼠标按键的上面；上面两个引脚分别连接GND和ESP的引脚。参考下图：

如果你有一定的PCB设计能力，建议制作下图所示的版本，集成了锂电池充电电路和WS2812彩灯，同时外观也更为美观。

原理图如下图：

元器件布局参考：

为了追求美观，所有的走线都放置在了PCB板的背面。

所有的设计资料也都已开源，地址如下：https://oshwhub.com/Dr.Zhang/midi_boy

软件设计

编程语言使用的是MicroPython，开发环境使用的是uPyCraft，程序的逻辑是先通过蓝牙实现MIDI服务，等待手机连接，手机连接成功后当检测到有按键按下，就发送相关的MIDI指令到手机上。

uPyCraft下载地址：https://shyboy.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/readonly/uPyCraft_V1.1.exe

核心代码如下：

from machine import Pin, Timer
from time import sleep_ms
import ubluetooth
from esp32 import raw_temperature

class BLE():

    def __init__(self, name):

        self.name = name
        self.ble = ubluetooth.BLE()
        self.ble.active(True)

        self.led = Pin(2, Pin.OUT)
        self.timer1 = Timer(0)
        self.timer2 = Timer(1)

        self.disconnected()
        self.ble.irq(self.ble_irq)
        self.register()
        self.advertiser()
        self.isConnected = False


    def connected(self):

        self.timer1.deinit()
        self.timer2.deinit()


    def disconnected(self):

        self.timer1.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=lambda t: self.led(1))
        sleep_ms(200)
        self.timer2.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=lambda t: self.led(0))


    def ble_irq(self, event, data): # 蓝牙事件处理

        if event == 1: # Central disconnected
          self.isConnected = True
          self.connected()
          self.led(1)

        elif event == 2: # Central disconnected
          self.isConnected = False
          self.advertiser()
          self.disconnected()

    def register(self): # 注册MIDI蓝牙服务

        MIDI_SERVER_UUID = ubluetooth.UUID('03B80E5A-EDE8-4B33-A751-6CE34EC4C700')
        MIDI_CHAR_UUID   = (ubluetooth.UUID('7772E5DB-3868-4112-A1A9-F2669D106BF3'),
          ubluetooth.FLAG_READ | ubluetooth.FLAG_WRITE | ubluetooth.FLAG_NOTIFY , )

        BLE_MIDI_SERVER = (MIDI_SERVER_UUID, (MIDI_CHAR_UUID , ) , )
        SERVICES = (BLE_MIDI_SERVER, )

        ((self.midi,), ) = self.ble.gatts_register_services(SERVICES)


    def send(self, data):
      if self.isConnected :
        self.ble.gatts_notify(0, self.midi, data)


    def advertiser(self): # 设置广播及扫描响应数据
        name = bytes(self.name, 'UTF-8')
        self.ble.gap_advertise(100, adv_data = b'\x02\x01\x05' + bytearray((len(name) + 1, 0x09)) + name ,
          resp_data = b'\x11\x07\x00\xC7\xC4\x4E\xE3\x6C\x51\xA7\x33\x4B\xE8\xEd\x5A\x0E\xB8\x03')

ble = BLE("ESP32")

k_d6 = Pin(32, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_b5 = Pin(33, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_g5 = Pin(25, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_e5 = Pin(26, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_c5 = Pin(27, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_a4 = Pin(12, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_f4 = Pin(13, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_d4 = Pin(15, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

k_c4 = Pin(4,  Pin.IN, Pin.PULL_UP)

k_e4 = Pin(16, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_g4 = Pin(17, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_b4 = Pin(5,  Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_d5 = Pin(18, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_f5 = Pin(19, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_a5 = Pin(21, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_c6 = Pin(22, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
k_e6 = Pin(23, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

key_pin_list   = [k_c4,k_d4,k_e4,k_f4,k_g4,k_a4,k_b4,k_c5,k_d5,k_e5,k_f5,k_g5,k_a5,k_b5,k_c6,k_d6,k_e6]
key_name_list  = ['k_c4','k_d4','k_e4','k_f4','k_g4','k_a4','k_b4','k_c5','k_d5','k_e5','k_f5','k_g5','k_a5','k_b5','k_c6','k_d6','k_e6']
key_value_last = [1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]
key_value_now  = [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]

midi_start = 0x48 #C4键的音高

# 与C4相比的音程查
midi_inve  = [0,2,4,5,7,9,11,12,14,16,17,19,21,23,24,26,28]

while True :

  for i in range(17):
    key_value_now[i] = key_pin_list[i].value()

    if not key_value_last[i] == key_value_now[i] :
      if key_value_now[i] == 0:
        print("on_" + key_name_list[i])
        ble.send(bytearray([0x80, 0x80, 0x90, midi_start + midi_inve[i] , 0x63]))
      else :
        print("off_" + key_name_list[i])
        ble.send(bytearray([0x80, 0x80, 0x80, midi_start + midi_inve[i] , 0x00]))

      key_value_last[i] = key_value_now[i]
      sleep_ms(10)

如果你不知道如何在ESP32上运行MicroPython程序代码，可参考这个视频：https://www.bilibili.com/video/BV18r4y1Q7uP/

代码运行后，根据手机平台的不同，使用如下方式与设备建立连接：

iOS平台

Android平台

连接成功就可以在手机上演奏了。

如果您觉得该制作有趣，也可以自己制作一个哦~

如果您有别的创意，欢迎在回帖留言~

附录1：元器件列表

附录2：相关资料链接汇总

1、卡林巴琴(ESP32版)电路原理图文件：https://oshwhub.com/Dr.Zhang/midi_boy

2、开发环境-uPyCraft下载地址：https://shyboy.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/readonly/uPyCraft_V1.1.exe

3、卡林巴琴制作教程与成品演示视频：https://www.bilibili.com/video/BV135411w73B/

4、在ESP32上运行MicroPython的教程：https://www.bilibili.com/video/BV18r4y1Q7uP/

5、蓝牙MIDI协议讲解：http://forum.eepw.com.cn/thread/360113/1