當琴鍵按下,line 0、line1 或 line2 銅片膠紙與琴鍵下的銅片膠紙接觸,讓電流通過,形成閉合電路,
這是input “1”。在 line 0、line1 及 line2 銅片膠紙上指定位置貼上白色標貼,用來阻隔琴鍵下的銅 片與line 0、line1 或 line2 銅片膠紙接觸,不能讓電流通過,這是 input“0”。
琴鍵 Line 2 Line 1 Line 0
啱 Bit 智能琴 S: Science 科學
- 閉合電路 - 研究導電材質
M: Mathematics 數學 - 二進制
- 邏輯推理
A: Art 藝術 - 琴身設計 - 調教音調 - 彈奏樂曲 T: Technology 科技 -Micro:bit 編程
E: Engineering 工程 - 設計循環
- 安裝 Micro:bit 裝置於琴身
圖1:琴鍵和micro:bit 形成閉合電路 圖2:Micro:bit 編程:中音
測試器材及材料
共有三個琴鍵,一個基本琴鍵材料如下:
1 個 Micro:bit、1 個邊緣連接器擴展板、6 條杜 邦線、十數條鱷魚夾電線、3 條 1cm 闊的銅片 膠紙、1 塊大銅片膠紙、數十塊白色標貼和小 銅片膠紙、1 塊 A4 紙箱的紙皮等。
共有5 個 Micro:bit,功能如下:
由於普通白紙的比較軟,我們發現另一個問 題, 就 是 它 沒 有 回 彈 性, 有 些 琴 鍵 因 而 與 line0、line1 和 line2 接觸而出現長響的情況(見 圖5)。於是我們考慮用較硬身的材質製作琴 鍵(見圖6)。
琴身的包裝材料如下:
3 個 iPad 盒、紙皮、數條 USB 線 ( 外置電池 或家用電源 )、1 個揚聲器等
利用“Tuner T1” apps 來測試音階的準確度。
Micro:bit 功能
A 中音音階及Radio傳送
B 高音音階
C 低音音階
D 琴譜
E Radio接收 (通知父母)
測試過程及結果
參考網上coding 再用紙測試:
以STEM 為方向構思新世代玩具,另外有見電 子琴價格昂貴,我們考慮以智能琴為題,參考 Youtube 網上 Micro:bit 琴的片段及 coding,再 研究可行性。以普通白紙嘗試製作(見圖3),
發現普通白紙比較軟,在有些需要與line0、
line1 和 line2 接觸以完成閉合電路發音的音調,
如B 調,琴鍵上錫紙未能完全與三點接觸,導 致音調不準。於是我們嘗試用圖釘和紙皮做琴 鍵,令三粒圖釘分別更準確地與line0、line1 和line2 接觸。但發現效果仍是不夠理想(見 圖4)。
轉用紙皮做琴鍵:
以紙皮嘗試製作,發現紙皮有回彈性,適合成 製作材料(見圖7)。不過,在多次測試音調 後,發現錫紙有損壞、斷裂的情況,無法完整 閉合電路。有見及此,我們想到兩個解決方 法,第一,嘗試用較堅硬的銅片膠紙代替。第 二,加厚銅片膠紙與鱷魚夾電線連接的部分,
減少損壞的可能(見圖8)。
琴鍵接觸不良:
在line0、line1 和 line2 銅片膠紙上指定位置貼 上白色標貼(見圖9),有些位置要加上多一 層白色標貼,因若有一絲銅片膠紙邊緣外露也 會讓電流通過,導致音調不準1( 見圖 10 )。
當按下琴鍵時,琴鍵底的銅片膠紙未能同一 時時接觸line0、line1 和 line2 的銅片膠紙,於 是某些音調,例:B 音 ( 原先 codes 是 “111”) 會 變 成C 音 (001);A 音 ( 原先 codes 是 110) 會 變 成D 音 (010), 因 此 我 們 在 line0 和 line1 的銅片膠紙位置不斷加厚 ( 見圖10 ),直至琴 鍵接觸優良,並用“Tuner T1” apps 來調較音調 的準確性(見圖11)。
圖3 圖4
圖5
圖7
圖6
圖8
圖9 圖11
P8 digital input 不準:
需將琴鍵部分用鱷魚夾電線連接至Micro:bit,
完整閉合電路發出音調,唯鱷魚夾太大,無法 很精準地夾在Micro:bit 的 P8 digital input 上(見 圖12),引致 Micro:bit 長響。於是,我們利 用邊緣連接器擴展板、杜邦線和鱷魚夾連接琴 鍵 部 分 至Micro:bit, 穩 定 了 所 有 digital input 的準確性(見圖13)。
在編程加上低音和高音:
我們期望可以製作擁有低、中、高音階的琴 鍵,於是我們在參考原有的中音階,在編程加 上低音和高音,令智能琴的音階更完整,以彈 奏更多不同的樂曲。
在編程加上了控制彈琴時間和顯示琴譜功能:
完成低、中、高音階的琴鍵部分,我們嘗試在 編程上加上兩個附加功能 ( 見圖14 ),分別是 控制彈琴時間和顯示琴譜功能。啱Bit 智能琴 設 有 家 長 模 式, 只 須 按 下Micro:bit A、B 和 C 的「A 按鈕」,當預設彈琴時間 ( 例:30 分鐘 ) 已到,Microbit A ( 負責中音琴鍵 ) 會終止琴 鍵的輸出音階功能,並以radio 無線通訊傳輸 到父母的Micro:bit E,通知父母彈琴時間已過。
( 見表1 和表 2 ) 圖12
圖14
表1:啱 Bit 智能琴功能 (1):控制彈琴時間功能 Micro:bit A ( 中音 ) 的基本模式及家長模式 coding 圖13
圖10 加厚白色膠紙致完全覆蓋銅片膠紙
加厚line0的銅片膠紙 家長模式
(按鈕A) 基本模式
家長模式
(按鈕A) 基本模式
Micro:bit E:Radio 接收(父母)
(續上表)
家長模式
(按鈕A) 基本模式
家長模式(按鈕A)或基本模式
(續上表)
表2:啱 Bit 智能琴功能 (1):控制彈琴時間功能 Micro:bit B( 高音 ) 和 Micro:bit C ( 低音 ) 的基本模式
及家長模式coding
圖15:啱 Bit 智能琴功能 (2):顯示琴譜功能 Micro:bit D ( 琴譜 ) 的 coding
另 外 琴 也 有 顯 示 琴 譜 功 能, 在 琴 譜 位 置 的 Micro:bit D 屏幕按節拍顯示音名,使用者只須 跟從顯示按下琴鍵,便能彈出美妙的樂曲 ( 見 圖15)。
用紙箱包裝琴身:
利用3 個 iPad 盒、紙皮來包裝琴鍵和琴 身,並用數條USB 線接駁外置電池或家用 電源及接駁揚聲器。( 圖16- 圖 22)
圖16
圖18
圖20
圖17
圖19
圖21
圖22
總結
我們透過研發啱Bit 智能琴,結合智能(Micro:bit 編程)及環保(以紙皮為製作物料)兩大元素,
體驗STEM 過程,作為新世代玩具。
啱Bit 智能琴的特色:
・琴鍵和琴身均使用環保物料 ( 紙皮 ) 製作。
・價錢比普通電子玩具琴便宜 ( 當中的Micro:bit 和揚聲器可自備或另配 )。
・有低、中及高音階的琴鍵,多元化組合。
・製作材料簡單,只包含紙皮、銅片膠紙、
Microbit 及配件,使用者能按提供的材料包及 說明書,在家自製產品。
・添加了控制彈琴時間的功能,設有家長模式,
讓家長方便控制子女彈琴時間。
・添加了樂曲音名顯示琴譜功能,適合初學者跟 着這功能彈奏美妙樂曲。
限制:
・因每音階是由二進制的codes 來設定,未能 彈出和弦及半音階。
・紙皮的耐用程度會因潮濕天氣或過度使用而 降低。
延展:
・加強琴鍵接觸位的穩定性,發出準確的音調。
・現在分別利用三個micro:bit 來彈出低、中、
高三個音階,希望將來能測試到哪些PIN 與 P1、P2 和 P8 輸入模式相同,可節省 micro:bit 數目。
・我們原想把三個Micro:bit A、B 和 C ( 分別是 中、高、低三個音階 ) 以radio 無線聯繫起 來,利用Micro:bit A( 中音 ) 來作中央處理 ( 一起同步計時 ) 及接上揚聲器,可惜失敗 了,希望將來能編寫這程式,優化計時器及 通知父母功能,並簡化接駁揚聲器的程序。
邱博恩同學:
我因為參加這次展覽而感到幸 運和高興。首先,我喜愛編寫程式,因此我幫 助老師編寫了部分的Code,而且這次的活動增 加了我與其他組員的友情及訓練大家各方面的 技能,使我們獲益良多。蘇俊彥同學:
參與「常識百搭」活動後,我 們獲益良多。我們學到分工合作的重要性,因 為如果我們沒有分工合作,就沒可能無法在限 期內完成作品。其次,我也增加了對「STEM」的認識,以便我更加順利參與其他活動。
黎競謙同學:
我十分榮幸參加「常識百搭」製作「啱Bit 智能琴」。在製作過程中,我們遇 到不少困難,但在老師的教導下,順順利利地 完成這個偉大的「傑作」。我不但更深入地了 解「STEM」,以及知道團隊合作的重要性,學 習到如何使用科技產物。我感到很高興以及榮 幸。
周正熙同學:
在製作這個琴的過程中,我獲 益良多,我們透過跟同學合作,學會了表達自 己的意見,以及接受他人的意見。我們在當中 也遇到重重困難,例如編寫程式時出錯,製作 的材料不穩定等。所以我十分享受這個活動。羅 晶 晶 同 學:
透 過 常 識 百 搭 展 覽, 我 對「STEM」增加了認識和興趣,我們在製作過程 中遇到了很多困難,但是在老師們耐心的教導 和幫助下,我們都一一跨過了。最終,在我們 互相幫助和合作下,成功地製作了「啱Bit 智能 琴」。我覺得很有成功感,因為這是我們靠自 己的雙手與智慧去製作的。
吳銘升同學:
透過常識百搭展覽,我變得更 加堅強和有耐性,即使在製作過程中遇到了重 重困難,我們也堅持不懈。此外我也對「STEM」有更深的認識。最後,我明白到要學習聆聽別 人的意見,並勇於發表意見,才會有進步。
感想
小 貼 士
同學有適當運用編程,並以商品作目 的,顧客可購買智能琴後,自行組裝 智能琴,意念甚佳。另外,能夠運用 簡單及環保材料自製玩具,更設計了
材料包,讓其他人也能分享當中樂趣。 Micro:bit Paper Piano,擷取自:https://www.you-tube.com/watch?v=6a_rykLlN3k