起源
在開始的開始，我打算做一個特雷門琴 Theremin俄精。它是一種奇葩樂器询筏，1919年由俄國物理學家 Theremin 教授發(fā)明，也是世界上第一種不需要身體接觸就可以演奏的樂器（電子音樂的鼻祖）竖慧。
但是嫌套，在研究特雷門琴的原理時，被復雜的電路和聲學原理嚇得有點懵：
認慫了以后，調整原計劃為一個簡化版本：做一個迷你機器人痒谴，如果在機器人面前移動手的位置碾篡，機器人就會根據(jù)手掌距離自己的距離，發(fā)出不同聲調的音符痹筛。你可以在不碰機器人的情況下，指揮它演奏一段樂曲廓鞠。
因為既不是完整的特雷門琴帚稠，也不是機器人瓦力，只好叫做特雷·瓦力 （英文名 Mini Soundbot 又名迷你騷包）
草得不能再草的草圖：
項目計劃
期末作業(yè)的截止完成時間是 6.22床佳，時間不多滋早，必需做好時間計劃。
我把項目分成 4 個部分：設計砌们，編程杆麸，外觀和測試。從 6.8 正式開始準備浪感，當時只有一張草圖昔头，其余都是一片空白，意味著我需要用 10 天時間影兽，把這個課程學到的東西運用到項目中减细，完成期末作業(yè)。要命的是赢笨，我離實驗室有三個小時的路程 —— 我在廣州未蝌，實驗室在深圳。所有東西必須在出發(fā)前計劃和設計好茧妒，才能保證去實驗室的時間真正有所產出萧吠。
列出關鍵任務后，給它們分配具體的時間：
| 任務 | 日期 | 輸出 |
|---|---|---|
| 研究特雷門原理 | 6.9-6.11 | 原理圖桐筏，項目結構圖 |
| 編程 | 6.12-6.18 | 在 Arduino 上可以正常運行的程序 |
| 電路元器件規(guī)劃 | 6.12 | PCB 設計文件 |
| 電路板設計 | 6.13 | PCB 設計文件 |
| 購買元器件和其他材料 | 6.15 | 淘寶訂單 |
| 設計外型組裝部分 | 6.13-6.15 | Fusion 360 設計源文件 |
| 雕刻電路板 | 6.18 | 電路板 |
| 焊接元件 | 6.18 | 電路板 |
| 測試輸入和輸出組件 | 6.19 | 基本功能可運作 |
| 制作外殼 | 6.18-6.19 | 激光切割和 3D 完成的部件 |
| 組裝 | 6.19 | 把所有部分組裝成完整的作品 |
| 調試 | 6.20-6.21 | 調試和演示準備 |
過程
1. 整體設計
輸入 : 使用超聲波測距模塊 HC-SR04 檢測距離：
輸出: 最開始打算用小喇叭纸型，但是效果不好，遂放棄。
改成用軟件的方式實現(xiàn)聲音的控制狰腌，把 macbook 作為揚聲器除破，用程序將距離轉換為 C 調音符：
材料和開銷
硬件
- ATTiny 45 芯片
- 超聲波測距模塊 HC-SR04
- AVRISP SMD
- FTDI-SMD-HEADER
- 電阻 10.0K OHM 1206 SMD
- 電容 1UF 1206
- 杜邦線
軟件
- Arduino IDE
- New Ping Library for Arduino IDE
- OpenFrameworks
- Maximillian / ofxMaxim addon for OpenFrameworks
外殼
- 椴木板
- 3D 打印部件
硬件和外殼部分總共花費約 $17 。
| 物品 | 數(shù)量 | 花費 |
|---|---|---|
| Attiny 45 | 1 | $ 2 |
| HC-SR04 | 1 | $ 1 |
| AVRISPSMD | 1 | $ 1 |
| FTDI-SMD-HEADER | 1 | $ 1 |
| RES 10.0K OHM 1206 SMD | 2 | $ 0.1 |
| CAP CER 1UF 1206 | 1 | $ 0.1 |
| Dupont Line | 5 | $ 0.1 |
| basswood | 2 | $ 10 |
| 3D Printing PLA | 1 | $1 |
| glue | 1 | $ 1 |
| TOTAL | $ 17 |
2. 編程
為了實現(xiàn)用電腦作為聲音轉化器琼腔，我使用開源的 C++ 套件 openFrameworks瑰枫。這個庫簡化了很多音頻處理的工作。
OpenFrameworks 下載 以及 xcode 安裝指南丹莲。
openFrameworks 有一個叫做 micknoise/Maximilian的 C++ 插件光坝，專門用來做聲音合成以及音樂數(shù)字信號處理和轉換，這樣我就能直接將傳感器的信號轉換成為可播放的音階：
在制作電路之前甥材，我先用 Arduino 來測試基礎功能：
Hello world 視頻:
3. 電路設計
因為使用了軟件實現(xiàn)主要的模擬信號轉換盯另，所以電路方面就變得簡單很多，只需要實現(xiàn)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸就行：
4. 制作電路板
使用 RSM-20 雕刻電路板并且焊接元器件：
燒程序 sudo make -f hello.HC-SR04.make program-usbtiny
avr-objcopy -O ihex hello.HC-SR04.out hello.HC-SR04.c.hex;\
avr-size --mcu=attiny45 --format=avr hello.HC-SR04.out
AVR Memory Usage
----------------
Device: attiny45
Program: 526 bytes (12.8% Full)
(.text + .data + .bootloader)
Data: 2 bytes (0.8% Full)
(.data + .bss + .noinit)
avrdude -p t45 -P usb -c usbtiny -U flash:w:hello.HC-SR04.c.hex
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions
Reading | ################################################## | 100% 0.00s
avrdude: Device signature = 0x1e9206
avrdude: NOTE: "flash" memory has been specified, an erase cycle will be performed
To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "hello.HC-SR04.c.hex"
avrdude: input file hello.HC-SR04.c.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: writing flash (526 bytes):
Writing | ################################################## | 100% 0.92s
avrdude: 526 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against hello.HC-SR04.c.hex:
avrdude: load data flash data from input file hello.HC-SR04.c.hex:
avrdude: input file hello.HC-SR04.c.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: input file hello.HC-SR04.c.hex contains 526 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:
Reading | ################################################## | 100% 1.11s
avrdude: verifying ...
avrdude: 526 bytes of flash verified
avrdude: safemode: Fuses OK (H:FF, E:DF, L:62)
avrdude done. Thank you.
5. 制作外殼
超聲波測距模塊長得很像機器人的眼睛洲赵，所以干脆給它整了一個機器人 Wall-E 的造型鸳惯。 在 Fusion 360 里做好部件的設計：
然后導出成 dxf 文件到 Coraldraw 里，發(fā)送到 GCC 激光切割機叠萍。使用的參數(shù)是： speed 2.7 芝发， power 100：
切割完成：
開始組裝：
還補充了一些 3D 打印的小部件：
測試
看起來萬事俱備，測試走起俭令！
Test video for UI when playing
在移動過程中，音符的識別容易抖動部宿，需要做進一步的濾波處理抄腔。
演示
期末項目的演示材料
Slide:
Video:
復盤經驗
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項目管理
項目管理很重要，即便只是個人項目理张。如果沒有確切的時間表和關鍵任務列表赫蛇，整個過程會變得地獄般忙亂。一旦把看似復雜的整個項目拆解成任務列表雾叭，并且明確每個任務的期限悟耘，每一步行動就有了目標，也就沒有太多的時間去焦慮织狐。更重要的是暂幼，把每個任務需要產出的結果和標準給出來，會更明確下一步要做什么移迫，以及做到什么程度就應該繼續(xù)下一個任務旺嬉，而不是無休止的糾纏于細節(jié)。
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學習了音頻和音樂制作的一些原理
如何通過程序將傳感器信號轉換成為有規(guī)律的音符厨埋。音階和頻率都很有意思（有時候也讓人摸不著頭腦）邪媳，當然，還有不少音樂制作的基礎概念，比如 propagation 傳播雨效， amplitude 振幅迅涮，frequency 頻率和timbre 音色。
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使用第三方框架和插件來提高效率
在開源的世界和神奇的 github徽龟，不用再重復造輪子叮姑，有大量的優(yōu)秀的項目和組件庫等著被挖寶，雖然仔細地讀文檔和看例子挺費時間顿肺，但相比自己去實現(xiàn)復雜的功能戏溺，這個投入的性價比實在太高了。
待完善部分
- 程序的穩(wěn)定性依然有待改善
- 目前只做到了音階的轉換屠尊，但是沒有實現(xiàn)特雷門琴的另一個主要特性：用手掌距離的遠近控制音量大小
- 更有趣的做法是旷祸，做一個可以自動播放旋律的裝置，而不是手工去演奏讼昆。
參考
特雷門原理圖：
[圖片上傳失敗...(image-b7703b-1514346070595)]
- Theremin - Wikipedia, the free encyclopedia
- Build your own real theremin
- Theremin
- How to Build & Play a Theremin
- How to Make a Theremin
- Multimedia applications of the system Theremino
- FINALLY, A MODERN THEREMIN
- Open.Theremin.UNO Housing
- Ultrasonic Theremin - All
- openFrameworks
- micknoise/Maximilian: C++ Audio and Music DSP Library
課程資源
致謝
這半年托享，要感謝很多人：實驗室的小伙伴，guru 們浸赫，工作上的小伙伴闰围，被我拒絕周末約飯的小伙伴們，謝謝大家對我的理解和支持既峡。
特別感謝在我發(fā)出攢學費帖之后羡榴，慷慨贊助的各位 ，以及給每一篇筆記打賞和留言的朋友們运敢。過程很難熬校仑，好在有你們的鼓勵。
鞠躬传惠，謝謝Ｆ！
