Vytvořte MIDI nástroj ovládaný větrem: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Tento projekt byl zaslán do „Creative Electronics“, modulu 4. ročníku BEng Electronics Engineering na univerzitě v Málaze, Telekomunikační škole.

Původní myšlenka se zrodila již dávno, protože můj kamarád Alejandro strávil více než polovinu svého života hraním na flétnu. Proto se mu líbila myšlenka elektronického dechového nástroje. Toto je tedy produkt naší spolupráce; hlavním cílem tohoto přístupu bylo získat esteticky střízlivou konstrukci, podobnou jako u basklarinetu.

Demo:)

Zásoby

• Deska Arduino (použili jsme SAV MAKER I, založený na Arduino Leonardo).
• Senzor tlaku vzduchu, MP3V5010.
• Tenzometr FSR07.
• Rezistory: 11 z 4K7, 1 z 3K9, 1 z 470K, 1 z 2M2, 1 ze 100K.
• Jeden potenciometr 200K.
• Jeden keramický kondenzátor 33 pF.
• Dva elektrolické kondenzátory 10uF a 22uF.
• Jeden LM2940.
• Jeden LP2950.
• Jeden LM324.
• Jeden MCP23016.
• Jedna děrovaná deska o rozměrech 30x20.
• 30 pinových záhlaví, ženských i mužských (jedno pohlaví pro Arduino, druhé pro pelerínu).
• Jeden pár konektorů HD15, samec i samice (s pájecími košíčky).
• Půjčte si kamarádovu tepelně smršťovací trubičku a izolační pásku. Preferována černá.
• Dvě 18650 Li-ion baterie a jejich držák na baterie.
• Vypínač.
• USB kabel Arduino.
• Minimálně 11 tlačítek, pokud chcete pocit kvality, nepoužívejte naše.
• Nějaký druh skříně nebo pouzdra. Postačilo by dřevěné prkno asi jeden metr čtvereční.
• Půl metru PVC trubek, vnější průměr 32 mm.
• Spoj 67 stupňů PVC pro předchozí trubku.
• Jedna redukce PVC ze 40 mm na 32 mm (externí).
• Jedna redukce PVC z 25 mm na 20 mm (externí).
• Prázdná láhev Betadine.
• Náustek pro alt saxofon.
• Altsaxofonový rákos.
• Obvaz alt saxofonu.
• Trochu pěny.
• Hodně drátu (doporučeno zvukový vodič, protože jde o pár červeno-černý).
• Nějaké šrouby.
• Matná černá barva ve spreji.
• Matný stříkací lak.

Krok 1: Tělo

Nejprve byla součástí těla trubka z PVC. Můžete si vybrat jiný průměr, i když doporučujeme vnější průměr 32 mm a délku 40 cm, protože nám tyto rozměry vyhovovaly.

Jakmile se vám dýmka dostane do rukou, umístěte rozložení značek pro tlačítka. To závisí na délce vašich prstů. Nyní s provedeným značením vyvrtejte odpovídající otvor pro každé tlačítko. Doporučujeme začít hubeným kouskem a zapustit otvor zvětšujícím průměr použitý pro vrták. Stabilitu může zlepšit také použití frézy před vrtákem.

Měli byste zavést čtyři nezapojené vodiče, abyste později připojili manometr a snímač tlaku vzduchu; tento kus (tělo) a krk jsou slepeny dohromady trubkou spojující 67 stupňů. Tato dýmka byla smirkovaná a natřená černě.

Abychom spojili tento kus s patkou, použili jsme PVC redukční spoj od 40 mm do 32 mm (vnější průměr). Pro zpevnění křižovatky byly přidány čtyři šrouby do dřeva. Mezi redukčním kloubem a tělem jsme provedli vrták a zavedli širší šroub, abychom získali stabilitu. Doporučujeme před zapojením vrtat trubky; v opačném případě je zajištěno zničení.

Dalším krokem je pájení vodičů na svorky tlačítek, měření délky dolů a rezervace další délky, aby se zabránilo těsnému spojení. Jakmile bude dýmka vybroušena a natřena černou barvou (použili jsme matnou černou barvu ve spreji; naneste tolik vrstev, kolik chcete, dokud nebude na slunci vypadat hezky), představte tlačítka shora dolů a označte každé z nich. Pro kabely doporučujeme použít dvě různé barvy (např. Černou a červenou); protože jsou všichni připojeni k zemi na jednom svém pinu, nechali jsme černý kabel volný a označili pouze červené kabely. Knoflíky byly překryty černou izolační páskou, aby odpovídaly vzhledu a pěkně padly, aniž by spadly.

Zapojte zásuvku HD15 female (pájecí kelímky hodně pomáhají) pomocí rozvržení navrženého ve schématu kroku 4 (nebo vašeho vlastního) a spojte pozemky dohromady. Mějte na paměti, že smršťovací bužírky poskytnou vysokou spolehlivost proti zkratům.

Krok 2: Design nohy

Obvod použitý pro tento návrh je ve svém základu velmi jednoduchý. Dvě lithiové baterie v sérii napájejí regulátor napětí LDO (low-dropout), který dodává 5V ze svého výstupu do zbytku obvodu. Operační zesilovače LM324 slouží jak k přizpůsobení dynamického rozsahu snímače tlaku vzduchu (MP3V5010, 0,2 až 3,3 voltů), tak chování manometru (odporový proměnný odporový odpor) analogovým vstupům desky Arduino (0 až 5 voltů). Pro první je tedy použit neinvertor s nastavitelným zesílením (1 <G <3) a pro druhý dělič napětí plus následovník. Ty zajišťují adekvátní kolísání napětí. Chcete -li získat další podrobnosti o těchto zařízeních, klikněte sem a tam. LP2950 také poskytuje referenci pro 3,3 voltů, které je třeba získat z MP3V5010.

Postačí jakýkoli model řady FSR (Force Sensing Resistor), a přestože je 04 nejhezčí, použili jsme 07 kvůli problémům s akciemi. Tyto senzory mění svůj elektrický odpor v závislosti na použité ohybové síle a my jsme experimentálně testovali, že ne, když jsou přitlačeny podél celého povrchu. To byla původně chyba kvůli místu, kam jsme skladbu položili, ale přijaté řešení odvedlo dobrou práci a bude vysvětleno ve čtvrtém kroku.

Jedním ze základních kusů desky je MCP23016. Toto je 16bitový I2C I/O Expander, který jsme považovali za užitečný pro snížení složitosti kódu (a možná i kabeláže). Modul se používá jako dvoubajtový registr jen pro čtení; když se změní některá z jeho hodnot registru, vytvoří na svém šestém pinu přerušení (vynutí logickou „0“, a proto je k nastavení logické „1“nutný vytahovací odpor). Arduino je naprogramováno tak, aby bylo spouštěno sklonem tohoto signálu; poté, co se to stane, požádá o data a dekóduje je, aby věděl, zda je poznámka platná nebo ne, a pokud ano, uloží ji a použije ji k sestavení dalšího MIDI paketu. Každé z tlačítek má dva vývody, připojené k zemi a k výsuvnému odporu (4,7 K) na 5 voltů. Když je tedy stisknuto, I2C zařízení načte logickou „0“a logická „1“znamená uvolněná. Pár RC (3,9K a 33p) konfiguruje své vnitřní hodiny; piny 14 a 15 jsou signály SCL a SDA. Adresa I2C pro toto zařízení je 0x20. Další podrobnosti najdete v datovém listu.

Rozložení připojení, které jsme použili pro zapojení konektoru HD15, samozřejmě není jedinečné. Udělali jsme to tímto způsobem, protože bylo jednodušší směrovat na desku plošných spojů, kterou jsme vytvořili, a důležitý bod spočívá ve vedení jasného seznamu uzlů a příslušných tlačítek. Není třeba říkat, ale budu; tlačítka mají dva terminály. Jeden z nich (nerozlišitelně) je připojen k příslušnému uzlu na konektoru HD15, zatímco druhý je připojen k zemi. Všechna tlačítka tedy sdílejí stejnou zem a jsou připojena pouze k jednomu kolíku konektoru HD15. Obraz, který poskytujeme, je pohled zezadu na zástrčku, tj. Pohled zepředu na dvojici žen. Dráty pečlivě připájejte, nechcete je špatně zapojit, věřte nám.

Aby to bylo jasné, navrhli jsme obvod, na který se k němu připojí Arduino. Měl by tu být dostatek prostoru, aby se obvod vešel pod něj, a tak může být krabice menší než ta naše. Navrhované uspořádání budovy je nabízeno na obrázku níže. Pomocí silikonu jsme přilepili držák baterií k vnitřku krabice, vyvrtali jsme na jeho okraje plášť a pomocí šroubů jej upevnili tímto způsobem.

Abychom spojili tento kus s tělem, použili jsme PVC redukční spoj od 40 mm do 32 mm (vnější průměr). Pro zpevnění křižovatky byly přidány čtyři šrouby do dřeva. Mezi redukčním kloubem a tělem jsme provedli vrták a zavedli širší šroub, abychom získali stabilitu. Dávejte pozor, abyste nepoškodili dráty.

Krok 3: Sestavení náustku

Toto je pravděpodobně nejdůležitější část sestavy. Vychází čistě ze schématu zobrazeného na prvním obrázku. Nadměrná část je dostatečně velká, aby se vešla do 32 mm (vnější) PVC trubky.

Při navrhování tohoto kusu (krku) jsme se rozhodli použít PCB pro montáž MP3V5010, i když to můžete ignorovat. Podle PDF jsou použité svorky 2 (napájení 3,3 V), 3 (uzemnění) a 4 (elektrický signál tlaku vzduchu). Abyste se vyhnuli objednání desky plošných spojů pro tuto záležitost, doporučujeme vám odříznout nepoužité kolíky a po dokončení zapojení přilepit součást k PVC trubce. Toto je nejjednodušší způsob, o kterém bychom mohli přemýšlet. Tento snímač tlaku má také dva snímací knoflíky; chcete pokrýt jednoho z nich. To zlepšuje jeho odezvu. Udělali jsme to tak, že jsme do teplom smršťovací trubice vložili malý kovový kousek, který zakryl knoflík a trubku zahřál.

První věc, kterou chcete udělat, je najít kus kuželovitého tvaru, který by se vešel do trubice snímače tlaku vzduchu, jak ukazuje druhý obrázek. Toto je žlutý díl v předchozím diagramu. Pomocí malé vrtačky nebo tenké špičky páječky vyřízněte úzký otvor na vrcholu kužele. Vyzkoušejte, zda těsně přiléhá; pokud ne, pokračujte v růstu průměru díry, dokud se to nestane. Když je toto hotové, chcete najít kus, který se vejde kolem předchozího a zakrýt jej tak, aby bránil proudění vzduchu ven. Ve skutečnosti chcete na každém kroku vyzkoušet, zda vzduch neuniká z krytu; pokud ano, zkuste do spojů přidat silikon. Výsledkem by měl být další obrázek. Jen aby to pomohlo, použili jsme pro tento účel láhev Betadine: žlutý kus je vnitřní dávkovač, zatímco kus, který jej zakrývá, je víčko s řezem na hlavě, aby se přeměnilo na tvar trubice. Řez byl proveden horkým nožem.

Dalším kusem byla redukce PVC z 25 (externí) na 20 (interní). Tento kus krásně zapadl do již uspořádané hadičky, i když jsme ji museli brousit a lepit její stěny, abychom zabránili zmíněnému proudění vzduchu. Prozatím chceme, aby to byla uzavřená dutina. V diagramu je tento kus, o kterém mluvíme, tmavě šedý, který přímo navazuje na žlutý. Jakmile je tento kus přidán, krk nástroje je téměř hotový. Dalším krokem je vyřezat kus z PVC trubky o průměru 32 mm (vnější) a do jeho středu vyvrtat otvor, přičemž dráty manometru musí zhasnout. Pájejte čtyři dráty, které jsme zmínili dříve v kroku 1, jak je znázorněno v dalším diagramu, a přilepte krk k úhlovému spojení (po jeho natření na černo, pro estetické účely).

Posledním krokem je pohodlné utěsnění náustku. Aby byl tento úkol splněn, použili jsme alt alt sax, černou izolační pásku a obvaz. Tlakoměr se nacházel pod rákosím, než nalepil pásku; elektrická připojení k měřidlu byla vyztužena černými teplem smršťovacími trubkami. Tento kus je navržen tak, aby byl extrahován, takže dutinu lze po nějaké době hraní vyčistit. To vše je vidět na posledních dvou obrázcích.

Krok 4: Software

Stáhněte si a nainstalujte virtuální MIDI klavírní klávesnici, zde je odkaz.

Logický způsob provedení tohoto kroku je následující: nejprve si stáhněte skicu Arduina uvedenou v tomto Instructables a nahrajte ji na desku Arduino. Nyní spusťte VMPK a laskavě zkontrolujte svá nastavení. Jak ukazuje první obrázek, „Vstupní MIDI připojení“by měla být vaše deska Arduino (v našem případě Arduino Leonardo). Pokud používáte Linux, není třeba nic instalovat, jen se ujistěte, že váš soubor VPMK má vlastnosti uvedené na druhém obrázku.

Krok 5: Odstraňování problémů

Případ 1. Zdá se, že systém nefunguje. Pokud kontrolka Arduino nesvítí nebo je o něco tmavší než obvykle, zkontrolujte, zda je systém správně napájen (viz případ 6).

Případ 2. Zdá se, že je kouř, protože něco voní jako spálené. Pravděpodobně je někde zkrat (zkontrolujte napájení a kabelové svazky). Možná byste se měli (opatrně) dotknout každé součásti a zkontrolovat její teplotu; pokud je teplejší než obvykle, nepropadejte panice, stačí ji vyměnit.

Případ 3. Arduino není rozpoznáno (v Arduino IDE). Nahrajte znovu poskytnuté náčrty, pokud problém přetrvává, ujistěte se, že je Arduino správně připojeno k počítači a nastavení Arduino IDE je nastaveno jako výchozí. Pokud nic nefunguje, zvažte výměnu Arduina. V některých případech může při nahrání náčrtu pomoci stisknutí tlačítka reset při „kompilaci“a jeho následné uvolnění během „nahrávání“.

Případ 4. Zdá se, že některé klávesy nefungují správně. Izolujte prosím, který klíč nefunguje. Může být užitečný test kontinuity, nebo můžete použít dodaný náčrt pro testování tlačítek; vytahovací odpor nemusí být správně připájen nebo je tlačítko vadné. Pokud jsou klíče v pořádku, kontaktujte nás a odhalte své potíže.

Případ 5. Nemohu obdržet žádnou poznámku k VMPK. Zkontrolujte, zda je Arduino správně připojeno k počítači. Poté na VMPK postupujte podle kroků uvedených v kroku 3. Pokud problém přetrvává, proveďte reset tlačítka nebo nás kontaktujte.

Případ 6. Test elektrického zapnutí. Proveďte další měření: po vyjmutí Arduina z pláště zapněte vypínač. Umístěte černou sondu na zemnící kolík (každý bude stačit) a pomocí červené sondy zkontrolujte napájecí uzly. Na kladné desce baterie by měl být alespoň pokles napětí 7,4 voltů, v opačném případě baterie nabijte. Na vstupu LM2940 by měl existovat stejný pokles napětí, jak je vidět na schématu. Na jeho výstupu musí být pokles 5 voltů; stejná hodnota se očekává od LM324 (pin 4), MCP23016 (pin 20) a LP2950 (pin 3). Výstup posledního by měl ukazovat hodnotu 3,3 voltů.