Создание портативного ёмкостного сенсорного пианино на Arduino: пошаговое руководство

Компоненты и материалы

Корпус ProtoStax для Arduino	1
Adafruit 12-канальный ёмкостной сенсорный шилд MPR121	1
Пьезо-зуммер Adafruit PS1240	1
Arduino UNO	1
Медлентая фольга с проводимым клеем	1
Набор монтажных проводов 22 AWG	1

О проекте

В этом проекте описывается создание портативного сенсорного пианино с:

• Arduino
• Шилдом MPR121 (12 ёмкостных входов)
• Пьезо-зуммером
• Медной фольгой в форме клавиш (проводимый клей обязателен)
• Прозрачным акриловым корпусом ProtoStax для Arduino (модульный, стыкуемый, с резиновыми ножками)

12 полутонов в октаве (C, C#, D, D#, E, F, F#, G, G#, A, A#, B) идеально под 12 входов MPR121. Библиотека Adafruit_MPR121 упрощает опрос сенсоров. Звук генерируется через встроенную библиотеку tone(). Можно запрограммировать «секретные комбинации» клавиш для воспроизведения мелодий любой октавности.

Корпус ProtoStax — стеклянный акрил, подходит для Uno/Leonardo и Mega/Due, позволяет добавлять стенки и крышку по мере готовности. Верхняя крышка служит клавиатурой — на неё клеится медная фольга.

Шаг 1: Монтаж Arduino на базовую плату корпуса

Установите Arduino на базовую плату ProtoStax в конфигурации «Platform» (открытый доступ). Добавьте ножки и крепеж. Анимированная инструкция в проекте.

Шаг 2: Подготовка шилда MPR121

Припаяйте 12 проводов 22 AWG к входам шилда (между большими отверстиями для крокодилов — маленькие для проводов). Припаяйте пьезо-зуммер: один вывод в pin 12, второй в GND. Изолируйте свободные концы проводов. Используйте 6 цветов для 12 проводов (цветовое кодирование).

Шаг 3: Подготовка корпуса

1. Установите шилд на Arduino в корпусе.
2. Вставьте верхние распорки и боковые стенки.
3. В стандартной крышке ProtoStax прорежьте 12 отверстий (лазерная резка или дрилл 1/8" с малярным скотчем).
4. Пропустите провода в отверстия: провод 0 — в левое, далее по порядку.
5. Установите верхние распорки, закрутите винты.
6. Выдвиньте провода, оставив металлические концы наружу.
7. Вырежьте клавиши из медной фольги по шаблону и аккуратно наклейте на крышку, соединяя фольгу с соответствующим проводом.

Шаг 4: Демонстрационный код

Установите библиотеку Adafruit_MPR121. Загрузите пример-скетч — пианино готово!

Секретные комбинации:

• C E G B — «Twinkle Twinkle Little Stars»
• C D E F G — гамма вверх-вниз
• C D A B — «Oh Susanna!»
• C C# A# B — «Frere Jacques / Brother John»

Основные части кода:

1. Опрос MPR121 через Adafruit_MPR121: cap.touched() возвращает битмаску нажатых клавиш.
2. Реакция на касание: tone(TONE_PIN, scale[i]) при нажатии, noTone() при отпускании (с sustain-эффектом — удерживайте одну клавишу, играйте другой).
3. Воспроизведение мелодий по секретным битовым маскам через функцию playTune().

Пример структуры мелодии:

typedef struct Note { int frequency; float duration; } Note;

Note melody2[] = {
  {NOTE_C, NOTE_WHOLE}, {NOTE_CS, NOTE_WHOLE}, {NOTE_D, NOTE_WHOLE}, {NOTE_DS, NOTE_WHOLE},
  {NOTE_E, NOTE_WHOLE}, {NOTE_F, NOTE_WHOLE}, {NOTE_FS, NOTE_WHOLE}, {NOTE_G, NOTE_WHOLE},
  {NOTE_GS, NOTE_WHOLE}, {NOTE_A, NOTE_WHOLE}, {NOTE_AS, NOTE_WHOLE}, {NOTE_B, NOTE_WHOLE},
  {NOTE_AS, NOTE_WHOLE}, {NOTE_A, NOTE_WHOLE}, {NOTE_GS, NOTE_WHOLE}, {NOTE_G, NOTE_WHOLE},
  {NOTE_FS, NOTE_WHOLE}, {NOTE_F, NOTE_WHOLE}, {NOTE_E, NOTE_WHOLE}, {NOTE_DS, NOTE_WHOLE},
  {NOTE_D, NOTE_WHOLE}, {NOTE_CS, NOTE_WHOLE}, {NOTE_C, NOTE_WHOLE}
};

Используйте константы из pitches.h и noteDurations.h (NOTE_C, NOTE_WHOLE, DOTTED(NOTE_QUARTER) и т.д.) для переноса нот из нотных листов.

Шаг 5: Дальнейшее развитие

1. Создавайте свои мелодии и секретные комбинации.
2. Добавьте второй пьезо-зуммер для 2-голоса (библиотека NewTone использует Timer1, стандартный tone — Timer2).
3. Добавьте кнопки для смены октавы (расширение диапазона).

Идеи и вопросы — в комментариях! Приятного творчества!

Код

Демо-скетч: GitHub ProtoStax_CapacitiveTouch_Piano_Demo

Печатные детали и корпуса

Шаблон клавиш и отверстий для крышки (печать на A4/Letter):

Схемы