这，是多邻国的钢琴课
这，是我做的电子琴里的钢琴课
这这这，谁能分得清哪个才是多邻国！
说点实在的，我为啥做它？
我的初衷是——希望在没有网络的环境，也能随时练习钢琴。
并且能像多邻国那样，有可视化的辅助。
还希望成本能低一点，以防自己三分钟热度。
正好，本人有一定的物联网基础，于是，我就用尽可能简单的方式，花20元，做出了它！方案已全开源！就算是小白，也能尝试复刻！
- 通过触摸琴键弹琴：支持12键同时触摸实现和弦演奏
- OLED实时显示：按键和音符信息
- 支持手机不联网远程控制：通过Web界面控制
- 教学模式：内置小星星、两只老虎等经典曲目，通过OLED屏幕预览教学，类似多邻国的钢琴教学功能
- 混音播放：支持多音符同时发声
- 可在Web界面调节：音符持续时间、八度偏移、触摸灵敏度
- 自动播放功能：可播放预设曲目，当MP3用哈哈
演示一下！▼
原理图
PCB图
- 主控：ESP8266 NodeMCU开发板，内置WiFi功能
- 触摸芯片：SC12B，实现12路电容触摸检测
- OLED显示屏：128x32
- 无源蜂鸣器音频输出，实现多音符混音
- 支持5个八度音域，共60个音符
- 本项目的硬件成本来说应该是比较低的，主要的部分就是ESP8266和SC12B，TP4056不需要也可以删掉
钢琴使用电容触控，那如何在PCB设计中，提高其抗干扰能力呢？
将触控PAD与铺地间距控制在1.5mm，就能有效平衡系统抗干扰度和触控灵敏度。
如何提高钢琴按键的灵敏度呢？
在电容触控PAD的背面，我做了镂空处理，以减少寄生电容，改善灵敏度。还需要在触控区和主电路区域放置地过孔隔离。
走线规则
对于相邻触摸信号线距离及铺地距离设置在15mil，避免串扰
对于触控信号线走线线宽设置为5mil
所有信号线均不跨越其他信号线，走线周围0.5mm内不走其他信号线
如果想让触控延时尽量保持一致，还可为每条触控信号线设置等长处理
封装
钢琴键已设计成封装，方便引用。
丝印部分参考：https://oshwhub.com/47uF/mini_piano 工程修改
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软件环境：VSCode + PlatformIO
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开发语言：C/C++
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框架：Arduino Framework
通过以下开源库协助本项目开发
- Adafruit SSD1306：用于OLED显示屏驱动
- ESPAsyncWebServer：用于Web服务器功能
- ArduinoJson：用于JSON数据处理
- SC12B：基于liuquanli1970/SC12B开源库修改适配
本项目采用模块化设计，各功能模块独立开发，便于维护和扩展
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audio.h/.cpp：音频播放和混音处理
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display.h/.cpp：OLED显示控制
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touch.h/.cpp：触摸检测和多键处理
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network.h/.cpp：WiFi和Web服务器
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music.h/.cpp：曲谱数据和播放控制
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SC12B.h/.cpp：触摸芯片驱动
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config.h：系统配置参数
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main.cpp：主程序入口
SC12B一共支持两种控制方法，分别是I2C控制和BCD端口输出。
BCD端口输出很简单，只需要ADC检查电压就可以，但BCD的缺点也很明显，四个接口要配置四个不常见的电阻，而且只能单向输出触控信号，无法深入控制IC，并且BCD产生的模拟电压也无法检查多点触控。显然不符合本项目要求。
因此这里我们选择IIC控制。
基于liuquanli1970/SC12B提供的库移植修改。
SC12B.h
这里我们将writeRegister移动到public公开，方便外部调用。
SC12B.cpp
这里我们将begin函数中内容修改成如下，使用默认地址和默认IIC。
寄存器列表
touchPannel.writeRegister(REG_Senset0, sensitivityLevel);
写入传感器0的灵敏度寄存器
touchPannel.writeRegister(REG_SensetCOM, sensitivityLevel);
写入公共传感器的灵敏度寄存器
寄存器定义 (在 SC12B.h 中)
而在硬件中还有一个可调电容可以调节灵敏度
主机发送：
START -> 0x40(写) -> ACK -> 0x08(REG_OUTPUT1) -> ACK -> RESTART -> 0x41(读) -> ACK
从机响应：
DATA1 -> ACK -> STOP
多次采样：
连续5次轮询避免单次采样的不稳定性
1ms间隔确保采样的时间分散性
防抖处理：
20ms防抖时间避免按键抖动
只有状态真正改变才处理
这部分通过路由创建RESTful API，然后页面按钮触发发get/post，由路由监听到后执行对应任务。
魔改方向 ”
本项目提供了一个完整的简易电子琴方案，你可以基于此项目进行以下“魔改”拓展：
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增加更多内置曲目和教学内容
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支持MIDI输出，播放加钢琴教学
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支持自定义音色和乐器声音
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添加节拍器和调音器功能
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添加功放或大喇叭扩音量
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添加TF卡存储歌曲
其实我本来想做MIDI这个的，因为MIDI格式是可以映射到琴键的，可以接个max98357，然后上位机解析MIDI到json格式，再去把数据处理就能映射了，这样你就能直接导入MIDI格式的音乐去学习弹奏。
比如这组midi解析的数据，我们可以得到
- G1 (midi: 31) - 低音G
- G2 (midi: 43) - 中音G
- G3 (midi: 55) - 高音G
- D3 (midi: 50) - D音
- B3 (midi: 59) - B音
这就能映射到琴键上了，但我们这里的项目主要是入门为主，所以这里我给大家提供一个思路，大家可以自己去实现，如果后续有空的话可以出个pro版，当然如果你有更好的方法也可以自己尝试。
成本说明
电路外壳均可在嘉立创免费打样
本项目器件成本为20，20足够做一个可使用的基础版电子琴
目前，项目已全开源！
——想复刻？想给作者点赞？下面会附上开源网址↓，欢迎大家在遵循作者开源协议的情况下，友好复刻学习~~
开源网址：
