激光琴的研究與探索

1、激光琴的研究與探索目錄摘要3關(guān)鍵詞3Abstract4Keywords41.引言52.傳統(tǒng)豎琴53.激光豎琴54.激光琴原理54.1基本原理54.2激光琴的結(jié)構(gòu)64.3激光琴的功能64.4激光琴的系統(tǒng)組成與工作原理64.4.1整個激光豎琴系統(tǒng)分為發(fā)射、感應及響應三部分。64.4.2工作原理75.電路原理圖85.1感光部分電路95.2.發(fā)音電路95.3流程圖106.激光琴未來的發(fā)展之路10結(jié)束語10參考文獻10致謝12激光琴的研究與探索摘要：伴隨著激光技術(shù)的發(fā)展和廣泛應用，激光已不僅在農(nóng)業(yè) 工業(yè) 醫(yī)療上得到廣泛應用而且激光在與電子技術(shù)結(jié)合也得到了很好的體現(xiàn)。利用八個激光管發(fā)出的光束作為琴弦利用單

2、片機控制播動激光琴弦時發(fā)出不同音調(diào)的聲音，當在激光照射時單片機單片機讀取的光敏電阻的電壓為低電平，令此它的邏輯電平為0；當無激光照射時單片機讀取的光敏電阻的電壓為高電平令此它的邏輯電平為。因此當遮擋激光的光線時它就能在電路中產(chǎn)生開關(guān)的效。因而，當我們用手遮擋激光的時候?qū)墓饷綦娮璧碾娮桦妷簽楦唠娖剑藭r激光琴就會發(fā)出聲音，連續(xù)遮擋不同的激光管就能演奏出動聽的音樂。關(guān)鍵詞：激光管； 激光技術(shù)； 激光琴 ； 光敏電阻Research and Exploration on the laser harp Abstract: Along with the development and wide ap

3、plication of laser technology, the laser has not only been widely used in the agricultural industrial medical and laser in combination withelectronic technology has also been well represented. The eight beam emitted from the laser tubeas the strings use of single-issue different tones of voice broad

4、cast dynamic laser strings photoresistor when the laser irradiation, single-chip microcontroller read voltage is low, so it's logical level 0; the photosensitive resistor voltage read by the microcontroller when the laser irradiation is high so it logic level. Therefore, when the cover of the la

5、ser light, it can also be in the efficiency of the switch is generated in the circuit. Thus, when we block the laser by hand when the resistance of the photoresistor corresponding voltage is high, the laser piano will sound,continuous block the laser tube will be able to play the sounds of music.Key

6、words: Laser tube; Laser Technology; Laser piano; photoresistor1.引言激光琴是一種沒有琴弦的琴，逐漸代替琴弦的是一束束激光光束。當你用手去遮擋光束時，激光琴會發(fā)出相應音符的聲音，彈奏不同琴鍵而發(fā)出不同音符的聲音一樣，十分有趣，能夠吸引讀者的積極性。在把握光電效應的同時我們更要掌握激光琴的原理和使用方法。激光琴主要是利用光電效應可以把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，動作迅速靈敏。我們研究他的每一束光束由每一個激光點所發(fā)出的不同音調(diào)和音色與普通的琴類所發(fā)出的音調(diào)和音色是否完全相同，每遮擋一個光束時激光琴發(fā)出的聲音與琴類的各個琴鍵或琴弦的所發(fā)出的聲

7、音與之相對應。2.傳統(tǒng)豎琴豎琴是世界上最古老的撥弦樂器，早期的豎琴只具有按自然音階排列的弦，所奏調(diào)性有限。現(xiàn)代豎琴是由法國鋼琴制造家 S·埃拉爾于 1810年設計出來的，有四十七條不同長度的弦，七個踏板可改變弦音的高低，能奏出所有的調(diào)性。由于具有豐富的內(nèi)涵和美麗的音質(zhì)，豎琴成為交響樂隊以及歌舞劇中特殊的色彩性樂器，主要擔任和聲伴奏和滑奏式的裝飾句，每每奏出畫龍點睛之筆，令聽眾難以忘懷。在室內(nèi)樂中，豎琴也是重要的獨奏樂器。獨奏時能奏出柔和優(yōu)美的抒情段或華彩段，極具感染力。3.激光豎琴激光豎琴是指一架沒有琴弦的豎琴，取而代之的是激光光束，演奏者只需撥動光束，便如同撥動了琴弦，就可以演奏一

8、段旋律。能給觀眾得到光合聲相結(jié)合的美感。與傳統(tǒng)豎琴相比激光豎琴更能體現(xiàn)他的自能化和全能化。4.激光琴原理4.1基本原理 在自然界，有些物質(zhì)一經(jīng)光照射，其內(nèi)部的原子就會釋放出電子，使物體的導電性增加。原來電阻很大的材料，在光照下，電阻就會演奏。演奏者用手遮住一束光， 無弦琴就會發(fā) 出聲音，相當于撥動一根琴弦。經(jīng)過不停地對光控制，可以“演奏”出不同的音 階和樂曲。 在日常生活中，激光琴可以作為游樂景點的休閑設施供游人彈奏，而不用擔心破壞琴鍵，不擔心染上細菌，較傳統(tǒng)的笨重變得很小，這種現(xiàn)象叫做光電效應。用這種材料可以制成光敏元件，對電路進行光控。利用光學控制原理制作的激光琴，使得演奏者無需用手接觸琴

9、身就可演奏。激光琴是一種沒有琴弦的琴，代替琴弦的是一束束激光光束。當你用手去遮擋光束時，激光琴會發(fā)出相應音符的聲音，如彈奏不同琴鍵而發(fā)出不同音符的聲音一樣，十分有趣，引人入勝。 激光琴是一種以激光束作為琴弦的樂器。其結(jié)構(gòu)依光束前進方向依次 有激光器輸出總光束，經(jīng)分光元件分出作為琴弦的分光束，光電接收器將光信號 轉(zhuǎn)換成電訊號輸至與琴鍵相連的電子控制器。激光束琴弦人眼看得著而摸不著， “撥動”它可以發(fā)出美妙的琴聲。利用激光技術(shù)及光學控制原理制作的激光琴，使得演奏者無需用手接觸琴身就可而“嬌貴”的傳統(tǒng)鋼琴，激光琴真 是一種理想的集觀賞與娛樂為一體的樂器。4.2激光琴的結(jié)構(gòu) (1) 該系統(tǒng)由八個激光管

10、構(gòu)成的發(fā)射部分、八個光敏電阻與51單片機構(gòu)成的感應部分和一個喇叭構(gòu)成的響應部分三部分組成； (2) 通過單片機串行口進行數(shù)據(jù)傳輸。4.3激光琴的功能(1) 用手擋住八根激光中的一根時，喇叭響起與之對應的八個音節(jié)中的一個。 (2)連續(xù)擋住不同的激光管時能演奏簡單的音樂。4.4激光琴的系統(tǒng)組成與工作原理4.4.1整個激光豎琴系統(tǒng)分為發(fā)射、感應及響應三部分。(1) 發(fā)射部分：由八個激光管模仿豎琴琴弦構(gòu)成。激光管發(fā)射的集中且亮度較高的紅外線有利于感應部分的光敏電阻較敏感的感應光亮變化從而產(chǎn)生較明顯的阻值變化。(2) 感應部分：主要由光敏電阻和AT89C52單片機兩部分部分組成。激光管發(fā)射的光束被擋住時

11、，對應的光敏電阻感應并產(chǎn)生阻值變化，八個光敏電阻組成的系統(tǒng)產(chǎn)生高低電位的變化，并由單片機讀取光敏電阻高低電位變化，完成操作指令的輸入，單片機根據(jù)指令信息來控制數(shù)據(jù)通過串行口傳輸數(shù)據(jù)，對其輸入信號進行判斷，然后既對接揚聲器的p3.7口進行高低電平的賦值，使其產(chǎn)生相應的反應。(3) 響應部分：主要是一個喇叭（實驗室里的激光琴是一個音響）喇叭負責發(fā)出聲響，可以對應不同豎琴琴弦發(fā)出不同頻率的聲音。4.4.2工作原理當有激光照射時，單片機讀取光敏電阻的電壓，令此時它的邏輯電平為0。當無激光照射時，單片機讀取光敏電阻的電壓，則這時它的邏輯電平為1。這樣，當遮擋激光的光線時，就能在電路中產(chǎn)生開關(guān)的效果。人耳

12、能聽到的聲音頻率為20Hz-20kHz，通過51單片機自帶的16位定時器就可以產(chǎn)生上述音頻。一般音樂電路是以正弦波信號驅(qū)動喇叭以產(chǎn)生音樂，而在數(shù)位電路里則是以脈動信號驅(qū)動。至于音調(diào)，如圖為C調(diào)音階表，包括高、中、低三個音階，每個音階為八音度，每個音階之間的頻率相差一倍。通過查閱資料可知，兩個半音之間的頻率比為，大約是1.059，如圖為示例。4.4.3單片機原理說明管腳功能說明：1、VCC：電源電壓。 2、GND：地。 3、P1口：P1口是一個8位雙向I/O口?？谝_P1.2-P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(

13、ANI0)和反相輸入(AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動LED顯示。當P!口引腳寫入“1”時，其可用作輸入端，當引腳P1.2-P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的寫入“1”時，其可用作輸入端。當引腳P1.2-P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流。 4、P3口：P3口的P3.0-P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個雙向I/O口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3品緩沖器可吸收20mA電流。當P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時，被外部時拉低的P

14、3口腳將用上拉電阻而流出電流。 P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的各種第二功能，如下表所列：引腳口功 能P3.0RXD串行輸入端口P3.1TXD串行輸入端口P3.2INT0外中斷0P3.3INT1外中斷1P3.4T0定時器0外部輸入P3.5T1定時器1外部輸入P3口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 5、RST：復位輸入。RST一旦變成高電平所有的I/O引腳就復位到 “1”。當振蕩器正在運行時，持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平便可完成復位。每一個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。 6、XTAL1：作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 7、XTAL2：作為振蕩器

15、反相放大器的輸出。本制作并未涉及單片機較復雜的串口通信功能，只是把其接口單純的用作I/O口5.電路原理圖 XTAL1 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 XTAL2 P0.4 P0.5RST P0.6PSEN P0.7 ALE P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7P1.0 P3.0RXDP1.1 P3.1TXDP1.2 P3.2P1.3 P3.3P1.4 P3.4TOP1.5 P3.5T1P1.6 P3.6/P1.7 P3.7/ 1.0 1.1 1.0 1.2 1.2 1.3 1.3 1.5 1.4 1.6 1.7 1.5 1.6 1.7 sp 當

16、激光管發(fā)射的光束被遮擋是，對應的光敏電阻感應并產(chǎn)生阻值變化，由于分壓的原理光敏電阻兩端產(chǎn)生高低電位的變化，并由單片機檢測讀取p1口高低電位變化，完成輸入指令，單片機根據(jù)指令信息來控制數(shù)據(jù)，通過串行傳輸數(shù)據(jù)對其輸入信號進行判斷，然后既對揚聲器的p3.7口進行高低電平的賦值，使其揚聲器發(fā)出不同頻率的聲音。5.1感光部分電路 感光部分的電路主要由2部分組成，分別為單片機電路、光敏電阻控制電路等。光敏電阻控制電路：由八個光敏電阻共陽極組成，低電平有效，光被擋住時，向單片機輸入指令數(shù)據(jù)。光敏電阻控制電路在仿真里面用滑動變阻代替光敏電阻：5.2.發(fā)音電路發(fā)音電路主要由揚聲器組成的電路開始讀取電位第一束光被

17、遮住響第二束光被遮住響第三束光被遮住響第四束光被遮住響第五束光被遮住響第六束光被遮住響第七束光被遮住響第八束光被遮住響5.3流程圖6.激光琴未來的發(fā)展之路(1)體積更小:現(xiàn)階段激光琴體積比 較大，不易移動未來的激光琴可能會越來越小便于攜帶.(2)音符更準：激光琴是電子技術(shù)與激光技術(shù)的合成體，有一定的失真度，隨著科技的不斷發(fā)展激光琴的音頻也會得到大大的提升。(3)激光琴的普及化：現(xiàn)階段激光琴還在屬于科技產(chǎn)品，掌握它的使用方法的人還在很少，伴隨著研究技術(shù)的成熟，激光琴使用會普及化。結(jié)束語結(jié)果不斷的努力激光琴的研究與探索終于完成，在整個研究過程中，出現(xiàn)過地學習中我體會到寫論文是一個不斷學習的過程，從

18、最初對激光琴的一無所知到最后能夠?qū)λ幸粋€較好的認識，我很多難題，但都通過不斷的查閱資料和在老師與同學的幫助下順利解決，在不斷體會到只有不斷的學習才能夠很好地幫助研究新事物。參考文獻1孫濤 周劍 李振. 激光豎琴設計. D 山東大學畢業(yè)論文設計 2009.5.2龔楚云 秦晨 孫璐 .激光豎琴設計.Z 百度文庫 2009.09.02.3肖瀛 許如婷 .激光豎的報道 .Z 湖北輕工職業(yè)技術(shù)學院2011.5.10.4姚啟鈞.光學教程（第四版）.M 高等教育出版社 2008.65司民真 光學實驗講義6吳思宇，郎周皓. 基于PIC16F877的激光無弦琴，科技與生活.M20117孫影麗.淺談豎琴.D 哈爾濱歌劇院 2009.3致謝為期一個學期的畢業(yè)論文已讓接近尾聲了，光陰似