Sonifikace biologických dat: 36 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Generujte MIDI poznámky na základě změn v galvanické vodivosti u dvou sond.

Nejnovější verzi kódu a aktualizované návody najdete na adrese energyforprogress.com a vyzkoušejte si můj projekt github

Krok 1: Bezpájecí prkénko

Klíčovým nástrojem v elektronickém experimentování je Soldless Breadboard. Breadboard, který umožňuje uživatelům snadno spojovat součásti a snadno je překonfigurovat, umožňuje nováčkům v oblasti elektroniky a zkušeným technikům prototypovat návrhy a snadno propojovat elektronické systémy.

Na prkénku je řada otvorů, které jsou elektricky spojeny. Vodorovné řady procházejí po Breadboardu v Koncových proužcích po 5 spojených bodových bodech a jsou označeny písmeny abcde a fghij. Velké dělení uprostřed prkénka odděluje vodorovné řady, což usnadňuje použití mikročipů Dual Inline Package (DIP). Po stranách prkénka jsou svislé sloupy otvorů, obvykle označené červenou a modrou čarou. Tyto svislé sloupy se používají nejčastěji pro připojení napájení (kladné napětí a uzemnění) a nazývají se „sběrnice“. K těmto autobusům připojíme všechna naše kladná a zemní spojení na každé straně nepájivého pole. V pozdějším kroku spojíme Pozemky a Pozitivní autobusy na každé straně prkénka.

Abychom „spojili“dvě elektronické součástky, jednoduše umístíme vývody (nebo „nohy“) součástí do sousedních vodorovných otvorů. To umožňuje uživateli spojit více komponent dohromady pomocí každé horizontální řady 5 bodů.

Krok 2: Vložte časovač 555

Časovač 555 je 8kolíkový DIP mikročip, který nakonfigurujeme jako astabilní multivibrátor schopný měřit elektrickou vodivost. Zaměřte čip tak, aby byl pin 1 nahoře - v blízkosti kolíku 1 na čipu uvidíte malý kruh, viz také diagram, který identifikuje každý z kolíků na časovači 555.

Umístěte časovač 555 do spodní části Breadboardu. Prkénko je uspořádáno s mezerou uprostřed, mikročip by měl přes tuto mezeru zasahovat. Řádky prkénka jsou očíslovány, vložíme časovač 555 do řádků 27, 28, 29 a 30, s kolíkem 1 do řádku 27.

Krok 3: Pin 1 k zemi

Připojte 555 Pin 1 k uzemnění a přidejte propojovací vodič ze sloupce A řady 27 do pozemní sběrnice.

Krok 4: Časovací kondenzátor C1

Připojte časovací kondenzátor C1 (0,0042uF) mezi pin 1 a pin 2 časovače 555. Vložte malý modrý kondenzátor do řad 27 a 28 ve sloupci B.

Tento kondenzátor nastavuje celkový frekvenční rozsah časovače, zde používáme velmi malou hodnotu, abychom získali nejvyšší rozlišení pulzů z 555, když měříme kolísání elektrické kapacity napříč dvěma sondami.

Krok 5: Odpojení kondenzátoru C2

Připojte vysokofrekvenční oddělovací kondenzátor C2 (1uF) přes kladný a uzemňovací časovač 555, piny 1 a 8 v řádku 27, sloupci D a G.

Může být užitečné oříznout nožičky kondenzátoru, aby lépe seděly na prkénko, ale dávejte pozor, abyste nechali nohám dostatek místa na překlenutí mikročipu a úplné spojení se zásuvkami na stěnové liště.

Krok 6: Odpojení elektrolytického kondenzátoru C3

Připojte nízkofrekvenční oddělovací elektrolytický kondenzátor C3 (41uF) přes kladný a uzemňovací časovač 555, piny 1 a 8 v řádku 27, sloupec C a H.

Všimněte si, že elektrolytické kondenzátory jsou polarizované a identifikují záporný konec bílým pruhem po straně víčka; zajistěte, aby záporná strana kondenzátoru směřovala do sloupce C kolíku 1 (uzemnění) a kladná strana kondenzátoru do sloupce H (8) kladného pólu

Krok 7: LED výstup

Přidejte červenou LED na výstupní kolík 3 časovače řady 555 29 pin A a napříč do pozemní sběrnice. Umístěte delší přívod LED (anody) do sloupce A řady 29, s kratší nohou LED do jednoho z otvorů pozemní sběrnice.

**- LED diody jsou polarizované a musí být vloženy se správnou orientací. Katodovou nohu LED (negativní) lze identifikovat zploštělou hranou na straně LED a pozitivní anodu lze identifikovat delší nohou. Polaritu a barvu LED diod lze identifikovat pomocí jednoduché knoflíkové baterie. Posunutím baterie mezi LED diody buď uvidíte LED svítit nebo ne, zkuste baterii otočit opačným směrem. LED se rozsvítí, když je konec baterie + (široký plochý) připojen k anodě (delší noha) a baterie - (menší tlačítko) je připojena k uzemnění Cathode Ground. Popadněte 3v knoflíkovou baterii CR2032 a vyzkoušejte ji!

Poté, co v posledním kroku vše funguje, se můžete vrátit a podle potřeby oříznout nožičky LED.

UPOZORNĚNÍ: za všech normálních okolností by byl mezi výstupní kolík a LED přidán odpor. Aby se zjednodušila konstrukce této soupravy, byly vynechány současné omezující odpory. Zahrnuli jsme odpory pro každou LED v sadě. Upravené pokyny včetně odporů omezujících proud budou poskytnuty jako příloha.

Krok 8: Propojka 555 sepne na prahovou hodnotu

Připojte propojovací vodič mezi kolíky 2 a piny 6 sloupce D časovače 555 řady 28 ke řádku 29 sloupci G.

Tím se připojí práh a spouštěcí kolíky časovače 555, které tvoří vstupní připojení pro primární elektrodu.

Krok 9: Propojka 555 Reset na V+

Připojte kolík 4 časovače 555 k kladné sběrnici pomocí propojovacího vodiče řádek 30 sloupec D k kladné sběrnici

Připojte kolík 8 časovače 555 k kladné sběrnici pomocí propojovacího vodiče, řada 27, sloupec I, k kladné sběrnici

(přidejte obrázek a krok pro 555 VCC do V+)

Krok 10: Rezistor R1 100K 555 vybití na pozitivní sběrnici

Připojte odpor R1 (100k) mezi pin 7 na 555 a kladnou sběrnici. Umístěte jednu stranu rezistoru do řady 28 sloupce J a druhou stranu rezistoru na kladnou sběrnici.

Krok 11: Vstupní konektor sondy

Vstup sondy je 3,5 mm mono jack, který se připojuje k prkénku dvěma pájenými piny. Zatímco je to těsné místo, kolíky záhlaví připájené ke konektoru se vejdou do řady 28 a 29 sloupce H.

Do konektorů byly přidány kolíky záhlaví, které uživateli usnadňují sestavení sady. Vezměte prosím na vědomí, že nadměrné napětí na konektoru nebo kolících může způsobit poškození pájeného spojení. Pokud vaše sada nemá kolíkové kolíky připájené ke konektoru, podívejte se v příloze na pokyny k pájení konektoru a konektoru.

Krok 12: Pozitivní propojka sběrnice

Připojte kladnou sběrnici na obou stranách prkénka zasunutím propojovacího vodiče mezi nejvyšší nejvyšší body levé a pravé (červené) napájecí sběrnice.

Krok 13: Propojka pozemní sběrnice

Připojte zemní sběrnici na obou stranách prkénka zasunutím propojovacího vodiče mezi nejvyšší nejvyšší body na levé a pravé (modré) uzemňovací sběrnici.

Krok 14: Testování galvanometru

Nyní jsme připraveni připojit nějaké baterie a otestovat galvanometr, který jsme právě vytvořili z časovače 555.

Vložte 3 baterie AA do černého boxu na baterie, ujistěte se, že je vypínač na krabici v poloze 'OFF'. Připojte červený vodič krabice na baterii k pozitivní (červené) sběrnici Breadboard, černý vodič krabice k baterii připojte k sběrnici Breadboard Ground (modrá). Nyní posuňte vypínač na bateriovém boxu do polohy „ON“. LED by měla svítit, což ukazuje, že časovač 555 je zapnutý.

Připojte bílé elektrodové vodiče (zatím se neobtěžujte pomocí lepivých podložek) ke konektoru 3,5 mm připojenému ke galvanometru. Dotykem prstů na kovových tlačítkových koncích elektrod uvidíte LED blesk na základě změn vodivosti. Velmi lehký dotyk elektrod může vést k pomalému zapínání a vypínání LED diod, velmi silným stlačením elektrod LED bliká velmi rychle a vypadá to, že LED zůstane rozsvícená nebo mírně ztmavne.

Krok 15: Vložte ATMEGA328 28pin DIP

Vaše sada MIDIsprout je dodávána s předprogramovaným mikrořadičem ATMEGA328 s pojistkami nastavenými na 8Mhz na interním oscilátoru (pojistky: Low-E2 High-D9 Ext-FF) a předinstalovaným firmwarem MIDIsprout. Tento 28pinový DIP má dvě paralelní řady po 14 pinech.

Vložte čip 328p v horní části prkénka, identifikujte Pin 1 podle malého kruhu na čipu, do řádků 1 - 14 překlenujících DIP přes mezeru ve sloupcích E a F.

** Pro snadné přeprogramování a experimentování je možné přidat 16MHz oscilátor na piny 9 a 10 prkénka a programovat pomocí desky arduino Uno s úpravami kódu MIDIsprout. ATMEGA328 lze také přeprogramovat přes ICSP pomocí externího programátoru (jiné arduino) a bludiště propojovacích vodičů;)

** Jako doplněk lze také sestavit sadu MIDIsprout pomocí předchozích kroků k sestavení galvanometru s prkénkem připevněným přímo na Arduino Uno! Zůstaňte naladěni…

Pro informaci, kód předem načten do aktuální verze MIDIsprout:

Arduino kód:

Krok 16: Zapněte ATMEGA328

Připojte kolík VCC na 328 k kladné sběrnici pomocí propojky mezi sloupcem A řádku 7 a kladnou sběrnicí.

Krok 17: Uzemněte ATMEGA328

Připojte zemnicí kolík na 328 k pozemní sběrnici pomocí propojky mezi sloupcem B řady 8 a pozemní sběrnicí.

Krok 18: Napájení ATMEGA328 (analogový)

Připojte analogový kolík napětí na 328 k kladné sběrnici pomocí propojky mezi řádkem 9 sloupcem J a kladnou sběrnicí.

Krok 19: Uzemněte ATMEGA328 (analogový)

Připojte zemnicí kolík na 328 k pozemní sběrnici pomocí propojky mezi sloupcem J řady 7 a pozemní sběrnicí.

Krok 20: Výstup časovače 555 na vstup ATMEGA328

Připojte výstupní kolík časovače 555 ke vstupnímu kolíku 4 na 328 propojovacím vodičem mezi kolíkem časovače 555 3 řádek 29 sloupec D a řádek 4 sloupec D.

Zde digitální výstup 555 spouští přerušovací kolík na 328, INT0, který měří a porovnává trvání impulzů.

Krok 21: Knoflík

Přiložený knoflík by měl být připraven mírným ohnutím jeho tří nohou (ohněte všechny tři současně), aby knoflík mohl stát svisle. Vložte knoflík na levou stranu prkénka ve sloupcích A řádků 19, 20 a 21.`

Krok 22: Stěrač knoflíku na analogový vstup ATMEGA328

Pomocí propojky propojte středový kolík knoflíku s analogovým vstupem (A0) na 328. Připojte propojku mezi knoflík, řada 20, sloupec E, a 328 (kolík A0), řada 6, sloupec G.

Krok 23: MIDI jack

Vložte MIDI konektor do prkénka. Připravte zvedák identifikací dvou špičatých montážních kolíků umístěných v přední části MIDI konektoru a jejich ohnutím směrem nahoru upozorněte na přední část MIDI konektoru. Umístěte konektor MIDI na pravou stranu prkénka tak, aby konektor směřoval k pravé straně. Zasuňte konektor MIDI do sloupců I a J, řady 18, 19, 21, 23 a 24. Pět pinů konektoru MIDI se vejde (pohodlně) do prkénka, dávejte pozor, abyste netlačili příliš silně.

Krok 24: Datový pin MIDI na ATMEGA328 Tx

Připojte výstupní datový pin MIDI ke kolíku sériového přenosu ATMEGA328 (Tx) připojením propojky mezi sloupec F řádek 23 (MIDI datový kolík 5) a sloupec B řádek 3 (328 Tx).

Krok 25: MIDI napájecí odpor na V+

Připojte odpor mezi MIDI napájecí pin (4) a V+ pomocí 220 ohmového rezistoru připojeného ke sloupci H řádek 19 (MIDI napájení) a kladné sběrnici na pravé straně desky.

Krok 26: MIDI Ground Jumper

Připojte zemnicí kolík MIDI k zemnící sběrnici propojovacím vodičem mezi sloupcem F řádek 21 (MIDI uzemnění) a pozemní sběrnicí.

Krok 27: Kladné napětí knoflíku

Připojte kolík kladného napětí knoflíku k kladné sběrnici pomocí propojky mezi sloupcem D řádek 19 a kladnou sběrnicí.

Krok 28: Knob Ground

Připojte uzemňovací kolík knoflíku k pozemní sběrnici pomocí propojky mezi sloupkem D řádek 21 a pozemní sběrnicí.

Krok 29: LED diody (červené)

V MIDIsprout je 5 barevných LED diod, které poskytují světelnou show a indikaci stavu přehrávaných MIDI not.

Připojte LED (červenou) anodu - dlouhou nohu ke sloupci A řada 5 a LED katodu k pozemní sběrnici.

**- Pro jednoduchost v této sestavě vynecháváme odpory omezující proud, kroky k zahrnutí odporů s LED diodami najdete v příloze.

Krok 30: LED diody (žluté)

Připojte LED (žlutá) anoda - dlouhá noha ke sloupci A řada 11 Připojte LED (červená) anoda - dlouhá noha ke sloupci A řady 5 a LED katodě k pozemní sběrnici. A LED katodě k pozemní sběrnici.

Krok 31: LED diody (zelené)

Připojte LED (zelenou) anodu - dlouhou nohu ke sloupci A řádek 12 a LED katodu k pozemní sběrnici.

Krok 32: LED diody (modré)

Připojte LED (modrou) anodu - dlouhou nohu ke sloupci J řádek 14 a LED katodu k pozemní sběrnici.

Krok 33: LED diody (bílé)

Připojte LED (bílou) anodu - dlouhou nohu ke sloupci J řádek 13 a LED katodu k pozemní sběrnici.

Krok 34: 16MHz krystalový oscilátor PlaceHolder

16MHz krystalový oscilátor by měl být přidán na piny 9 a 10 ATMEGA328 řady 9 a 10 sloupce C. Část není polarizovaná a krystal může být vložen do kolíků 9 a 10 v libovolné orientaci.

Krok 35: Sada baterií

Připojte bateriový modul k prkénku umístěním červeného vodiče bateriového modulu do sběrnice pozitivního napětí na prkénko a zadní vodič do uzemňovací sběrnice nepájivého pole. Vložte 3 baterie AA a zapněte bateriový box. Při zapnutí by měla svítit LED dioda galvanometru 555.

Připojte vývody elektrod ke konektoru ve spodní části prkénka a dotkněte se obou koncovek vodičů. LED dioda galvanometru by měla reagovat na vodivost mezi vašimi prsty.

Krok 36: Sonifikace biologických dat

Když se dotknete elektrod elektrod nebo je připojíte pomocí gelových podložek, program MIDIspout detekuje malé změny vodivosti a tyto změny bude reprezentovat jako MIDI noty a barevná světla!

Po připojení MIDI kabelu z MIDI konektoru na chlebové desce lze sadu MIDIsprout připojit k syntezátorům, klávesnicím, zvukovým generátorům a počítačům podporujícím MIDI a vytvářet zvuky v reakci na MIDI noty.

Otáčením knoflíku lze nastavit práh/citlivost MIDIsprout. Snížením prahu lze detekovat menší kolísání vodivosti z galvanometru; zvýšením prahu jsou k vytváření poznámek zapotřebí větší změny. Během dlouhodobých instalací používám nastavení nízkého prahu, které vytváří příjemný bláznivý proud MIDI dat. U veřejných interaktivních akcí s více rostlinami zvyšuji práh nahoru poměrně vysoko, což má za následek, že MIDI noty se vytvářejí pouze tehdy, když se člověk velmi přiblíží nebo se rostliny fyzicky dotkne.