一种乐曲可变的机械八音盒技术领域
本发明涉及机械八音盒，尤其涉及一种乐曲可变的机械八音盒。
背景技术
八音盒（Music Box，Musical box），是一种机械发音乐器，1796年由瑞士钟表匠安
托•法布尔发明，转动盒内的链环，可自动演奏音乐。八音盒主要由滚筒和簧片两部分组成，
其工作原理是由发条带动表面设置有若干小凸起的滚筒转动，当所述凸起随滚筒转动至簧
片位置时拨动簧片，随后簧片发生震动并发出声音，所述拨动簧片指的是先将其慢慢抬起
再突然放下的过程。所述八音盒的簧片是由一块大钢板被切割为长短不一的细条制成。所
述滚筒相当于乐谱，滚筒上焊接具有一定分布规律的若干凸点，在所述凸点附近设有金属
片即簧片，当滚筒匀速转动时，所述凸点从簧片的边缘扫过，通过不同位置的凸点拨动长度
不同的一排簧片，从而使簧片能够发出不同的音符。因此当滚筒旋转一周即会同步演奏出
一支固定旋律的乐曲。可见，现有的八音盒存在的技术缺陷是：由于所述凸点是固定焊接在
滚筒上的，因此其所演奏的乐曲曲目是固定不变的。
专利号为ZL201620068257.5的中国实用新型专利公开了一种可改变曲目的八音
盒，包括发条、音筒、凸起、音板，音筒被拆分为若干个小滚筒，小滚筒上带有凹槽；带有螺帽
的螺钉可固定在凹槽中，小滚筒侧面带有刻度盘。音板上每一不同长度的簧片对应一个小
滚筒,刻度盘可用于确定螺钉的相对位置；发条产生动力带动表面有凸起的音筒匀速转动，
当不同螺钉经过时会拨动音板的簧片发出不同声音即奏出乐曲，当需要更改曲目时，将音
筒拆卸下来更改小圆筒上螺钉的位置，添加或减少螺钉再组装便能够变更曲目。该实用新
型克服了以往八音盒无法改变曲目的缺点，可让人们能够通过阅读生产厂家提供的说明书
和相关音符参数对照表之后就可以很容易地更改曲目。但该实用新型实现更改曲目的技术
方案是利用螺钉10的螺杆伸出来以替换现有技术的凸起3，如此使凸起3的位置和数量得以
改变，从而实现变换曲目的目的。然而，该技术方案的总体结构复杂，且更换曲目的工作程
序繁琐，不便使用者操作，具体是：首先需要将音筒拆卸下来以便根据变更曲目调整小圆筒
上的螺钉位置；其次还需要根据变更曲目的不同适当添加或者减少小圆筒上的螺钉数量；
最后再将与新曲目相匹配的合适的螺钉数量和若干伸出小圆筒的螺钉重新进行组装后才
能实现曲目的更换。显然，该技术方案在更换曲目时极为不便，亟待改进。
专利号为ZL97192167.9的中国发明专利公开了一种八音盒，包括各种模块组件（1
至16），这些组件可以无需螺钉插入就安装在两个半箱（15）所封闭的两个半壳（1）之间；一
个音符一个音符制成的、嵌入在弹簧座（1m，1n）中的弹簧片由抬起凸轮（6a）抬起，这些凸轮
通过压整从一个或两个辊（6）内制成，该辊装有滚筒和发条（4）；上紧齿条（8）、可能的外作
用力杆（9）以及配置在前表面（AV）和后表面（AR）的轴线（Ⅱ－Ⅱ）上的飞轮（14）在旋转离心
力作用下起作用，可以产生乐曲的线性节拍和速度。但该发明结构复杂且不能实现曲目的
更换，亟待改进。
发明内容
为了解决上述现有八音盒存在的技术缺陷，本发明提供了一种使滚筒上的凸起能
够根据输入乐曲的不同而同步改变伸缩位置进而实现八音盒的乐曲可变的技术方案，具体
方案如下：
一种乐曲可变的机械八音盒，包括滚筒和控制装置，在所述滚筒外圆表面的径向上以
阵列结构形式布置有若干圆柱孔，所述圆柱孔内装有可调式凸起组件，所述可调式凸起组
件与所述控制装置相连接。
优选的是，所述可调式凸起组件包括凸起和转轴，在所述凸起与转轴之间固定安
装有回位弹簧和推动凸起装置。
在上述任一方案中优选的是，所述推动凸起装置采用往复直线运动机构。
在上述任一方案中优选的是，所述凸起的顶面为圆弧面，其底面为平面。
在上述任一方案中优选的是，所述控制装置包括微处理器。
在上述任一方案中优选的是，所述微处理器采用单片机或嵌入式系统。
在上述任一方案中优选的是，所述往复直线运动机构采用曲柄连杆机构。
在上述任一方案中优选的是，所述往复直线运动机构采用齿轮齿条机构。
在上述任一方案中优选的是，所述往复直线运动机构采用凸轮机构。
在上述任一方案中优选的是，所述往复直线运动机构采用蜗轮蜗杆机构。
在上述任一方案中优选的是，所述往复直线运动机构采用滚珠丝杠机构。
在上述任一方案中优选的是，所述往复直线运动机构采用同步带机构。
在上述任一方案中优选的是，所述单片机包括I/O接口，所述I/O接口设置成能够
控制成排的可调式凸起组件。
在上述任一方案中优选的是，所述微处理器包括解析乐曲软件，所述解析乐曲软
件按照通过串口输入所述微处理器的乐曲格式文件的组成方式来解析出相应的音符，所述
微处理器将所述音符和I/O接口一一对应，从而在某一时刻推动相应的所述凸起伸出所述
滚筒表面位置或者收缩至与所述滚筒表面持平位置或者低于所述滚筒表面位置。
在上述任一方案中优选的是，所述乐曲格式文件采用Midi格式文件。
在上述任一方案中优选的是，所述串口通过USB转串口设备与外设相连接。
在上述任一方案中优选的是，所述控制装置包括电源。
在上述任一方案中优选的是，包括机械发条。
在上述任一方案中优选的是，包括簧片。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过将现有八音盒滚筒上的固定式
凸点结构进一步改进为可调式凸起组件，同时根据乐曲的不同通过控制装置实时调整所述
可调式凸起组件中的凸起相对于滚筒表面的伸缩位置，从而使得更换乐曲更加方便快捷，
更符合人们使用的初衷和习惯，还可根据个人喜好随时更换乐曲。
附图说明
图1为按照本发明的乐曲可变的机械八音盒的一优选实施例的工作流程示意图；
图2为按照本发明的乐曲可变的机械八音盒的图1所示实施例中的滚筒及其可调式凸
起组件的结构示意图；
图3为按照本发明的乐曲可变的机械八音盒的图2所示实施例中的可调式凸起组件处
于和滚筒表面持平的位置示意图；
图4为按照本发明的乐曲可变的机械八音盒的图2所示实施例中的可调式凸起组件被
推动凸起装置推起并伸出滚筒表面的位置示意图。
附图标记说明：
1滚筒；2凸起；3转轴；4回位弹簧；5推动凸起装置。
具体实施方式
本实施例仅为一优选技术方案，其中所涉及的各个组成部件以及连接关系并不限
于该实施例所描述的以下这一种实施方案，该优选方案中的各个组成部件的设置以及连接
关系可以进行任意的排列组合并形成完整的技术方案。
如图1-4所示，一种乐曲可变的机械八音盒，包括滚筒1和控制装置，在滚筒1外圆
表面的径向上以阵列结构形式布置有若干圆柱孔，所述圆柱孔内装有可调式凸起组件，所
述可调式凸起组件与所述控制装置相连接。所述可调式凸起组件包括凸起2和转轴3，在凸
起2与转轴3之间固定安装有回位弹簧4和推动凸起装置5。推动凸起装置5采用往复直线运
动机构。凸起2的顶面为圆弧面，其底面为平面。所述控制装置包括微处理器，所述微处理器
采用单片机或嵌入式系统。所述往复直线运动机构可以采用曲柄连杆机构、齿轮齿条机构、
凸轮机构、蜗轮蜗杆机构、滚珠丝杠机构、同步带机构中的任意一种或者其组合进行设置。
所述单片机包括I/O接口，所述I/O接口设置成能够控制成排的可调式凸起组件。所述微处
理器包括解析乐曲软件，所述解析乐曲软件按照通过串口输入所述微处理器的乐曲格式文
件的组成方式来解析出相应的音符，所述微处理器将所述音符和I/O接口一一对应，从而在
某一时刻推动相应的凸起2伸出滚筒1表面位置或者收缩至与滚筒1表面持平位置或者低于
滚筒1表面位置。所述乐曲格式文件采用Midi格式文件。所述串口通过USB转串口设备与外
设相连接。所述控制装置包括电源。包括机械发条和簧片。
本发明的工作原理：本发明所涉及的滚筒1上凸起2的位置可调，即凸起2的位置根
据输入乐曲的音符不同并通过控制装置可以分别被调整至高于滚筒1表面的位置或者与滚
筒表面持平的位置或者低于滚筒1表面的位置，而凸起2伸出滚筒1表面或者收缩至滚筒1表
面或者改表面以下位置均可由一个微处理器根据所输入的乐谱来控制。整个滚筒1的外圆
表面上按播放乐曲的需要以阵列方式整齐排列有若干凸起2，所述凸起2实际设置的数量多
少取决于所演奏乐曲的复杂程度和精确程度，每个凸起2均由微处理器控制其伸出或者收
缩动作。本发明的工作过程是：首先将任意一首乐曲输入到所述微处理器；其次所述微处理
器根据所输入的乐曲通过控制装置发出控制指令使各个凸起2在相应的时间进行伸出或缩
回动作，其中伸出的凸起2将拨动相对应的所述簧片发出声音，从而弹奏出该首乐曲。当使
用者需要改变八音盒所弹奏的乐曲时，只需要更换输入微处理器的乐曲即可完成。
本发明的滚筒1和凸起2的设计要点如下：通过机械制造方法加工组装出设置有阵
列排列结构的可调式凸起组件的滚筒1，其中，所述可调式凸起组件中的每个凸起2的底部
均固定连接有回位弹簧4，回位弹簧4的另一端固定连接在滚筒1的转轴3上，回位弹簧4的初
始位置设置为凸起2的表面与滚筒1的表面保持在同一平面的位置，当需要某一凸起2伸出
滚筒1的表面时，所述微处理器控制推动凸起装置5推动该凸起2伸出滚筒1的表面，随后伸
出的凸起2在滚筒1的转动过程中拨动相对应的所述簧片发出声音，当该音符演奏完成后，
所述微处理器发出指令释放该凸起2，随后该凸起2在回位弹簧4的作用下回到初始位置。滚
筒1在所述机械发条的带动下以一定的速度旋转，凸起2既可伸出滚筒1表面，也可缩回至滚
筒1表面或低于滚筒1表面。
本发明对于微处理器的设计要点是：可以采用单片机或嵌入式系统，使用单片机
的某些I/O接口控制某一排推动凸起装置5，每个推动凸起装置5和滚筒1上的一排凸起2中
的某个凸起2相对应，分别控制各个推动凸起装置5。单片机或嵌入式系统解析出当前时刻
需要演奏的音符并控制相应的推动凸起装置5去适时推动凸起2，使对应的凸起2伸出滚筒1
表面，该伸出位置需要保持并延时一段时间后再释放该凸起2回缩至初始位置，从而实现拨
动对应的簧片发出该音符声音的技术效果。由单片机控制的推动凸起装置5既可以采用I/O
接口控制连杆去推动凸起2，也可以采用I/O接口控制电磁阀吸合或打开触点使凸起2伸出
或回缩。
本发明的微处理器解析乐曲可采取如下技术方案进行：由于Midi格式文件的乐曲
可以在网上下载，因此所输入的乐曲可以采用Midi格式文件，Midi格式文件属于二进制文
件，传输的信号不是声音信号，而是音符、控制参数等指令，此时通过微处理器读取输入的
Midi格式文件，按照Midi格式文件的组成方式解析出相应的音符，该解析乐曲的工作流程
需要编写相应软件来实现。在解析乐曲完成后，微处理器将音符和I/O接口一一对应，最终
实现在某一时刻推动相应的凸起2进行伸缩动作，从而实现拨动对应的簧片发出该音符声
音的技术效果。
本发明对于乐曲输入和更换的工作原理是：通过微处器的串口将所要演奏乐曲的
Midi格式文件输入微处理器，串口可以通过USB转串口设备和外设相连接，如此即可通过即
插即用的USB设备（如优盘）将音乐输入微处理器的存储空间。更换乐曲时只需要输入新的
乐曲即可完成，方便快捷。
实现本发明还需要解决滚筒1的旋转速度与微处理器推动凸起2所需时间之间相
互匹配这一技术问题。显然，解决这一技术问题对于本领域技术人员来说并不困难，因此不
再赘述。
本发明在实际设计过程中完全可以保留现有八音盒的结构形式，仅将现有带有固
定式凸起的滚筒1设计成带有阵列排列结构的可调式凸起组件。本发明主要包括两部分，一
是滚筒1、凸起2、转轴3、回位弹簧4、推动凸起装置5和簧片等结构部件，二是设置有带有微
处理器的控制装置，所述结构部件与控制装置之间通过所述接口以及数据线相连接。因此，
本发明在播放固定曲目时，滚筒1依然可以通过所述机械发条带动其旋转，保持滚筒1上的
凸起2相对于滚筒1表面位置固定不变，即始终对应同一首乐曲并无需使用电源供电；而在
需要更换歌曲时，可以开通带有电源的控制装置与八音盒结构部件之间的数据连接通道，
以输入新的乐曲，当滚筒1上各个凸起2的位置被调节成与新乐曲相对应的排列顺序后，即
可关闭控制装置，此时各个凸起2的位置就被排列固定为新乐曲的位置序列，随后再通过所
述机械发条带动滚筒1旋转即可实现演奏新乐曲的技术效果。
所述微处理器是由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器，这些电路
执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储
器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分，它还可与存储器和外围电
路芯片组成微型计算机。微处理器与传统的中央处理器相比，具有体积小、重量轻和容易模
块化等优点。微处理器由算术逻辑单元（ALU，Arithmetic Logical Unit）、累加器和通用寄
存器组、程序计数器（也叫指令指标器）、时序和控制逻辑部件、数据与地址锁存器/缓冲器、
内部总线组成，其中运算器和控制器是其主要组成部分。根据微处理器的应用领域，微处理
器大致可以分为三类：通用高性能微处理器、嵌入式微处理器和数字信号处理器。一般而
言，通用处理器追求高性能，它们用于运行通用软件，配备完备、复杂的操作系统；嵌入式微
处理器强调处理特定应用问题的高性能，主要用于运行面向特定领域的专用程序，配备轻
量级操作系统，主要用于蜂窝电话、CD播放机等消费类家电；微控制器价位相对较低，在微
处理器市场上需求量最大，主要用于汽车、空调、自动机械等领域的自控设备。
所述I/O接口是一电子电路（以IC芯片或接口板形式出现），其内有若干专用寄存
器和相应的控制逻辑电路构成。它是CPU和I/O设备之间交换信息的媒介和桥梁。CPU与外部
设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者
则被称为存储器接口。存储器通常在CPU的同步控制下工作，接口电路比较简单；而I/O设备
品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是指I/O接口。其基本功
能是：进行端口地址译码设备选择；向CPU提供I/O设备的状态信息和进行命令译码；进行定
时和相应时序控制；对传送数据提供缓冲，以消除计算机与外设在“定时”或数据处理速度
上的差异；提供计算机与外设间有关信息格式的相容性变换，提供有关电气的适配；可以中
断方式实现CPU与外设之间信息的交换。接口组成包括硬件电路和软件编程两部分 硬件电
路包括基本逻辑电路，端口译码电路和供选电路等。软件编程包括初始化程序段，传送方式
处理程序段，主控程序段程序终止与退出程序段及辅助程序段等。