让micro：bit和音乐互动起来

谢作如 张敬云

当下火遍整个创客教育圈的莫过于micro：bit了。如图1所示，micro：bit是一个很小的可编程的微型电脑，能够使用makecode、Mixly、Python等编程语言设计智能作品。一直期望能够用micro：bit来识别音乐节奏，可惜micro：bit的功能太弱没办法实现，只能转而希望借助于电脑的帮忙，即让电脑识别音乐节奏，再将识别结果告诉micro：bit。这种做法其实就是在设计一款互动媒体作品。

互动媒体方面，最有名的编程软件当属Processing，Processing的Minim库中有个范例程序——窗口的矩形会随着音乐的节拍而跳动，效果图如2所示。我们准备借助这个库来识别音乐，然后实现micro：bit和音乐进行互动。比如，按下micro：bit的B键，音乐播放，按下micro：bit的A键，暂停播放，当音乐中有节拍时，则发送信息给micro：bit让LED点阵屏快速闪烁心型图像。

互动作品的原理分析

窗口的矩形随着音乐的节拍而跳动的效果是由Processing的Minim库中的“Frequency EnergyBearDetection”范例程序实现的，此程序是用频率能量模式对音乐中的节拍进行监测，使用快速傅立叶变换（FFT）算法来获得频谱，然后将频谱划分为平均频带，并且独立地监测在频谱的不同部分发出的声音（如底鼓、军鼓和小擦）。简单来说，此范例程序是对音乐的频率进行监测，而Processing窗口中矩形的出现以及位置便是由实时监测到的频率决定的。

那么，只要在这个范例程序中增加功能，当特定频率出现的时候，向micro：bit发送信息，就可以达到音乐互动的目的。可见，完成这个互动作品的关键在于让micro：bit和Processing之间相互通信。

Processing支持网络通信，通过WIFI进行互动本来是很好的方式，只是micro：bit自身不带WIFI功能，外加无线设备又比较麻烦。幸好Processing和micro：bit都支持串口通信，二者的互动只能通过串口来实现。如果需要无线互动，则可以用一块micro：bit作为中转設备，多块micro：bit作为终端同时显示效果。

为了让互动更加有意思一些，我们在micro：bit中加上了音乐控制功能。这个互动媒体作品的运行流程如图3所示。

开发环境准备

1.安装串口驱动

micro：bit在windows中需要另外安装Mbed串口驱动。而在Linux和Mac OS上无需安装驱动。下面以Win7为例介绍Mbed串口驱动的安装。首先连接micro：bit到计算机，然后双击Mbed串口驱动进行安装，安装完成后，便可通过设备管理器查看micro：bit的端口号了，如图4所示的COM1是笔者使用的计算机中micro：bit的端口号。端口号与计算机连接过的设备有关，不同的设备端口号不同。

2.安装Minim库

本案例中，Processing要用到Minim库。3.3.6版本已内置了Minim库，我们可以从库管理器中安装它。通过“速写本”—“引用库文件”—“添加库文件”打开管理器的Libraries选项卡，在Filter框中键入Minim，从列表中选择库，然后单击Install（如图5）。

安装完成后，便可通过“文件”—“范例程序”看到添加的Minim库（如图6）。

代码编写

1.修改Processign范例程序

范例中用Minim库中的BeatDetect实时读取Buffer中的数据并采集音频频率识别Kick（底鼓）、Snare（军鼓）和Hi-Hat（小擦）三种鼓点。本案例的音乐互动作品便是在此范例程序的基础上完成的。将代码另存后开始修改范例程序，主要增加了定义串口语句、接收信息语句以及发送信息语句（加下画线部分），以下是修改过的Processing代码（限于篇幅，仅仅提供部分代码，如果有需要请发邮件索取）。

Processing代码说明：运行程序，开始播放音乐，并且Processing窗口中的矩形会随着节拍的变化而变化，窗口上的文字KICK、SNARE、HAT也会随着各自的鼓点大小发生变化。当检测到Kick时，则向micro：bit发送信息K；当接收到信息为48（即数字0）时，则停止播放音乐；当接收到信息为49（即数字1）时，则继续播放音乐（如下页表1）。

2.编写micro：bit代码

当micro：bit接收到信息K时，则LED显示图像；当按下A键时，则向Processing发送信息0；当按下B键时，则向Processing发送信息1。下页表2为micro：bit代码。

互动效果测试

运行程序，其测试效果如下页图8所示。随着音乐的律动，电脑的画面和micro：bit的LED屏幕也跟着闪烁，感觉很酷。因为手头的micro：bit不够，笔者没有测试多块micro：bit一起无线互动的效果，但理论上是没有问题的。实现无线也很简单，只要在代码中加一句发送，其他的板子接收并且判断这一信息即可。

结语

和音乐互动的方式很多，这个互动媒体作品还有很多地方可以改良：①micro：bit的A、B键控制背景切换；②micro：bit的LED阵列屏朝上控制音乐播放，LED阵列屏朝下暂停播放；③用micro：bit的A键控制下一首音乐的播放，用micro：bit的B键控制上一首音乐的播放等。Processing是一款很不错的互动编程软件，很多看起来很难的问题，如音乐识别、视频识别、语音识别等，都可以借助各种扩展库来完成。让学生们玩玩有趣的新技术从而爱上技术，这正是创客教育的核心工作之一。