非接触式音乐洗手定时器
组件和用品
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应用和在线服务
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关于这个项目
虽然洗手一直是预防疾病和整体健康的重要武器，但它作为遏制 COVID-19 大流行蔓延的预防措施而获得了新的重视。
CDC 的良好洗手指南指出，理想情况下必须洗手 20 秒。 https://www.cdc.gov/handwashing/when-how-handwashing.html
🤓📚** 额外的东西 ** 🤓📚 如果您有兴趣，这里有一些洗手背后的科学！ - https://www.cdc.gov/handwashing/show-me-the-science-handwashing.html
在这个洗手计时器的改进中，我们的音乐洗手计时器通过在超声波传感器前挥手来激活，并在 7 段显示器上显示倒计时。为了让它更有趣，它还会从预编程的叮当声列表中轮流播放 20 秒的叮当声。您可以通过转录您拥有的任何乐谱来轻松添加自己的音乐！
下面是 Touchless Musical 洗手定时器 在行动中，显示了我在
中编写的所有 4 个叮当声- 生日快乐
- Do-Re-Mi（音乐之声）
- 我们会摇滚你（女王）
- 危险主题音乐
男孩，我的手是超级骗子 干净到最后吧！ 😊
🤓📚** 额外的东西 ** 🤓📚到现在，我们都知道，唱两遍《祝你生日快乐》大约需要20秒，而且这已经成为了事实上的洗手时间标准，甚至连加拿大总理贾斯汀·特鲁多都唱过！加拿大首席公共卫生官 Theresa Tam 博士有她自己的最爱，例如 We Will We Will Wash You ！ 😊在下面观看 CBC 儿童新闻撰稿人 Arjun Ram 的精彩采访。
我在我们的 Touchless Musical Hand Wash Timer 中收录了这两首歌 ，再加上几个！ 😊
第 1 步 - 示意图
该项目使用 Arduino Uno、7 段 LED 背包 (I2C)、HC-SR04 超声波传感器和压电蜂鸣器。请参考下面的示意图。
第 2 步 - 规划和设置
除了原理图和编程之外，我还想考虑“成品”以及如何使其可用 - 因此将其放入外壳并为此进行规划。
我使用了 ProtoStax Enclosures - 它们是可堆叠的，并且支持 Arduino、Raspberry Pi 和 Breadboard。由于我使用带有面包板电路的 Arduino，我为 Arduino 选择了 ProtoStax Enclosure，为面包板/定制板选择了 ProtoStax Enclosure。我还希望超声波传感器可以从外面接触到，因此固定在外壳上 - 我使用了用于超声波传感器 HC-SR04 的 ProtoStax 套件。
我开始使用水平堆叠连接器水平堆叠 Arduino 和 Breadboard 基础平台以促进原型设计：
一旦我有了原型平台，我就可以开始根据原理图填充组件。我将 HC-SR04 超声波传感器连接到用于超声波传感器 HC-SR04 的 ProtoStax 套件的侧壁上，以便在原型完成后将外壳组装在一起后即可使用。带有传感器的侧壁进入底座的槽中，如图所示：
第 3 步 - 编程和测试
现在我有了一个工作原型平台，我可以开始为它开发代码。我将在下面的单独部分中深入研究代码功能和布局。这是测试的视频。疯狂的是，我用来录制视频的 iPhone 11 实际上拾取了超声波传感器的明显声纳脉冲，在下面的视频中可以非常清楚地听到（尽管超声波脉冲几乎无法通过无害的点击进行注册 -点击-点击）！ 😊
确认一切正常后，我继续添加侧壁和剩余的连接器和顶部以完成我的外壳：
顶部的视频显示了正在使用的最终“产品”！ 😊
理解代码
初始化组件：
我们使用 LED Backpack 库中的 Adafruit_7segment 类来初始化我们的 7 段显示器并与之通信。
Adafruit_7segment matrix =Adafruit_7segment(); 我们还将HC-SR04上的trig和echo pin分别初始化为输出和输入
pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); matrix.begin(0x70); 在主循环中，这是在高层次上完成的：
1) 检查超声波传感器距离读数，看是否已触发洗手定时器。
2）如果是，则记下当前时间，初始化倒计时计时器（我将其设置为 20 为 20 秒），并选择下一个要播放的音乐叮当声。我首先使用 random() 来选择随机旋律，但我在旋律数组上将其更改为“循环”（循环回到第一个），并将 startMusic 设置为 1（设置倒计时和运动中的音乐播放） .
if (distance <10 &&!startMusic) { startMusic =1; // initializeTimer1();倒计时 =20;当前时间 =毫秒（）； melodyNum =(melodyNum+1)%(NUM_MELODIES(melody)); }
看马没有延迟()！
在这里，我们同时做两件事——我们要定期更新倒计时时钟，显示还剩多少秒可以洗手。我们还希望处理叮当声并及时正确播放。
我们不能 因此使用延迟（）。
播放音乐的典型示例使用 Tone 库的tone() 函数，并在继续播放下一个音符之前等待适当的延迟。这是行不通的，因为我们还想更新倒计时！
tone() 是一个非阻塞调用。它使用 Timer2 在指定的时间长度内发送信号，这意味着在此期间，我们可以自由地进行其他处理。
我们使用millis() 和局部变量来计算已经过去了多少时间，而不是使用delay()，并且可以在此期间继续进行其他检查并执行其他操作。我们将进一步查看确切的代码。
以简单的方式转录音乐 - 全音符、四分音符等
我们想要演奏给定的旋律，也想让转录更多旋律变得容易。 Arduino 音乐示例通常存储两种不同的数组，一种用于音符，另一种用于音符持续时间（以毫秒为单位）。
为了简化事情，我创建了一个结构来关联一个音符和它给定的持续时间。我没有使用绝对持续时间，而是使用了我为
创建的 #defines 的相对持续时间typedef struct Note { int frequency;浮动持续时间； } 注意;#define NOTE_WHOLE 1#define NOTE_HALF 0.5f#define NOTE_QUARTER 0.25f#define NOTE_EIGHTH 0.125f#define NOTE_SIXTEENTH 0.0625f#define DOTTED(X) (X * 1.5f) 让我们以生日快乐为例。
这可以转录如下，非常注意注意。如果您无法阅读乐谱，只需找到要使用的实际音符即可。 🤓📚但是学习阅读乐谱总是一项很好的技能，而且您不必非常擅长 - 只需知道音符是什么就可以让您将音乐移调到您的阿杜诺！ 🤓📚
// Happy BirthdayNote melody[] ={ {NOTE_G6, DOTTED(NOTE_EIGHTH)}, {NOTE_G6, NOTE_SIXTEENTH}, {NOTE_A6, NOTE_QUARTER}, {NOTE_G6, NOTE_QUARTER}, {NOTE_C7, NOTE_QUARTERB6, {NOTE_G6, NOTE_QUARTERB ，NOTE_HALF}，{NOTE_G6，DOTTED(NOTE_EIGHTH)}，{NOTE_G6，NOTE_SIXTEENTH}，{NOTE_A6，NOTE_QUARTER}，{NOTE_G6，NOTE_QUARTER}，{NOTE_D7，NOTE_QUARTER}，{NOTE_C7，{NOTE_C7，NOTE_HOTTHLF}) }，{NOTE_G6，NOTE_SIXTEENTH}，{NOTE_E7，NOTE_QUARTER}，{NOTE_D7，NOTE_QUARTER}，{NOTE_C7，NOTE_QUARTER}，{NOTE_B6，NOTE_QUARTER}，{NOTE_A6，NOTE_HALF}，{NOTE_F7，NOTE_F7，DOTTE） NOTE_SIXTEENTH}, {NOTE_E7, NOTE_QUARTER}, {NOTE_C7, NOTE_QUARTER}, {NOTE_D7, NOTE_QUARTER}, {NOTE_C7, NOTE_HALF}, }; 注意（双关语！）我在这里没有使用任何实际的持续时间，我将音符的相对持续时间指定为四分音符、八分音符、十六分音符等。我什至有一个 DOTTED() 宏来表示一个带点的音符（1.5 x 之前任何音符的持续时间）。
旋律本身包含这个数组，以及关于整个音符应该代表什么持续时间的附加信息。
typedef struct Melody { Note *notes; int numNotes; int wholeNoteDurationMs; } 旋律; 由于无法使用指向数组的指针来调整 C 数组的大小，因此我添加了 numNotes 作为 Note 数组的大小。这可以使用 MELODY_LENGTH 宏轻松初始化 - 这样您就不必担心在转录自己喜欢的歌曲时在 Note 数组中创建了多少个音符！
然后我定义了一个这样的 Melody 数组以在我的程序中使用。
Melody melodies[] ={ {melody, MELODY_LENGTH(melody), 1250}, {melody3, MELODY_LENGTH(melody3), 1000}, {melody4, MELODY_LENGTH(melody4), 1000}}; 在循环中，当启动倒数计时器和音乐时，我使用上面的音符信息、相对持续时间和整个音符的实际持续时间来计算如何播放音乐。在播放音乐的间隙，我还检查并更新倒数计时器并在 7 段显示器上显示数字。
因为我想象人们想听完整个叮当声，所以我继续播放叮当声直到结束，即使 20 秒到了（倒计时将变成负数，直到歌曲结束）。叮当声结束后，它会停止，直到再次在超声波传感器前挥动您的手来进一步触发。如果叮当声太短，它将再次播放，直到 20 秒过去并且音乐播放完毕！简单的。
if (startMusic) { // 选择旋律播放 Melody mel =melodies[melodyNum];注意 *m =mel.notes; int mSize =mel.numNotes; // speedUp 是一种加快音符播放速度的简单方法。最好的方法是 // 适当地设置 WholeNoteDurationMs。 int speedUp =1; noTone(TONE_PIN); // 从一个干净的石板开始 for (int thisNote =0; thisNote 整个代码可以在 GitHub 上找到，并且包含到存储库的链接。我建议从那里获取代码，而不是从这里复制和粘贴代码。
进一步推进项目
一旦您熟悉了代码示例并理解了代码，尝试通过做更多事情来扩展您的学习总是很好的。
以下是有关如何推进该项目的一些建议：
1) 您可以找到自己喜欢的曲调，然后使用 NOTE 转录它 和注意 持续时间 我上面描述的宏。只需记住注释掉一个或多个已定义的其他叮当声，以降低内存使用量（除非您继续将 Note 和 Melody 数组成功移动到 PROGMEM，如下所述！😊）
2) 旋律会占用 SRAM 中的空间，并且会很快耗尽可用内存。例如，我转录了 4 首旋律（生日快乐、Do-Re-Mi、We Will Rock You 和 Jeopardy！）。然而，这些将 SRAM 使用率推到了 96%，不足以用于 7 段显示库的运行，并且它没有正确更新！我不得不从 Melody 数组中排除其中一首旋律，以便一切正常。
Arduino Uno 带有 2k SRAM，但带有 32k 闪存（程序所在的位置）。如果您可以将一些全局变量移动到闪存中，您不仅可以为程序的其余部分释放 SRAM，而且您还有更多空间来存储更多歌曲！尝试通过将 Note 和 Melody 数组定义为 PROGMEM 将它们移动到 Flash 中。 [注意：这是一项先进的工作，并非微不足道。你 将 成为 降级 数组 的 结构 到 PROGMEM 和 然后 有 到 阅读 程序 到 访问 数据。]
为了让您了解这些差异，这个程序（带有 3 个旋律）在 Uno 上占用了 31% 的程序存储和 76% 的动态内存。使用 PROGMEM 中定义的上述变量，它占用了 32% 的程序空间（这只是 Flash 内存使用量略有增加，还有更多可用空间）和仅 22%（低于 76%）的动态内存！这意味着您可以轻松添加大量 这个非接触式音乐洗手计时器的歌曲 一旦你把东西移到 PROGMEM! 😊
你能想出其他方式来扩展这个项目吗？在下面与我们分享！ 😊
快乐制作！ 😊
代码
ProtoStax 非接触式音乐洗手定时器演示
ProtoStax Touchless Musical Handwash Timer Demo https://github.com/protostax/ProtoStax_Touchless_Musical_Handwash_Timer示意图
这显示了用于非接触式音乐洗手倒数计时器的电路原理图
制造工艺