有趣的激光竖琴
在上海世博会的伊朗馆，我看到了一架没有琴弦的竖琴，那是众多参观者公认的伊朗馆里最有趣的展品！参观者只要伸手穿过那架通体黑色的竖琴，音调就会被“奏响”。没有琴弦怎么奏响？工作人员为我们揭示了秘密——他按了一下琴身上的“光”按键，14道红色的激光束就从琴的上端射出。他说，这是激光竖琴。我们用手指一“拨”激光束，竖琴就会发声，每一束光都有不同的音高。据说这个竖琴原本放在伊朗的科学馆里，主要是为了激起小朋友对音乐和科技的兴趣。 这个激光竖琴也让我回想起了许多陈年旧事，很久前我就曾经和同学说过，我也能做一个激光竖琴，还和他打了赌，只是由于时间的问题一直没有完成。看了伊朗馆的激光竖琴，我决定制作它，当然是一款很简陋的激光竖琴。不过对于喜好DIY的朋友而言，也是一个不错的创意小制作。
制作需要的材料（见附表） 附表 使用AT89C2051方案的元件清单 编号 零件名称 数量 1 12MHz晶振 1 2 10kΩ电阻 6 3 10μF电容 1 4 20针插座 1 5 AT89C2051 1 6 无源蜂鸣器 1 7 8550PNP三极管 1 8 1kΩ电阻 1 9 光敏电阻 5 10 3V激光管 5 11 电池盒 1 12 木块 3 13 插针、插座 若干 14 铜座、螺丝 若干 15 洞洞板 1
整体结构 这个激光竖琴，用3个木块构成，并用螺丝和热熔胶固定成接近竖琴的形状。 在上面的木块上安装5个3.0V激光管，并用热熔胶固定在下面的木块上。用0.8mm的钻头钻洞，并安装对应的5个光敏电阻，即组成基本的基座。然后，在合适的地方放置5号电池盒，也用热熔胶固定。最后，根据电源原理图，把对应的引线和插座连接，以方便后期的连接和升级。最后，再与电路板底座连接。底座的电路我先后做了两种，分别采用的是AT89C2051和ATMEGA8这两款单片机。当然，性能和效果也是不同的。由于材料有限，我只做了5根弦的作品。
这次制作焊接非常简单，都是DIP的元器件，根据原理图使用绝缘套线，连接对应引脚即可。 好了，你也可以享受神奇的无弦琴的乐趣了！
电路原理
光敏电阻在室内光线下的阻值约20kΩ。当受到激光管照射时，它的电阻将小于1kΩ。于是，笔者用10kΩ的电阻和光敏电阻串联，进行分压。当有激光照射时，单片机读取光敏电阻的电压（3/11，约 0.27V），此时它的逻辑电平为0。当无激光照射时，单片机读取光敏电阻的电压，约（3/30）×20=2V，这时它的逻辑电平为1。
这样，当我们遮挡激光的光线时，就能在电路中产生开关的效果。音符是如何产生的呢？人耳能听到的声音频率为20Hz~20kHz，竖琴音符频率当然也在这个范围。只是，不同的音符，有着自己固定的频率。通过51单片机自带的16位定时器就可以产生上述音频。例如竖琴的标准音la为440Hz。通过计算可知，它的半周期为1136μs。这样，只要在半周期时跳变引脚电平，就可以产生440Hz的方波了。再经过电声转换元件（蜂鸣器），就可以产生标准音la 了，其他音符也是这样产生的。
采用51单片机的电路使用了AT89C2051单片机，在P3.7引脚上连接发声元件，即无源蜂鸣器。通过三极管放大电流，使音乐更响亮。其余部分是51 单片机的最小系统。电路的电源用2节5号电池。大家可能会认为，这个音符没有音色啊。因此，我又对这个51单片机做的发声底座进行了改变，用M8单片机重新设计了发声的底座。使用新设计的M8单片机电路，我们可以将音色文件放到SD卡中，大家根据自己的喜好，放入喜欢的音符，如钢琴、二胡、吉他等。不过，音符需要自己用电脑事先录制，并保存为8位的WAV文件，文件名为D、R、M、F、S、L、X。程序会判断哪根激光被阻挡，播放相应的音符文件。声音通过 M8单片机的OC1A、OC1B产生。只要把音频输出的OCR1A、OCR1B和音响或耳机连接，就能听到响亮的音符了。 | 
发表于 2016-9-6 21:47:25
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