Vytvorte MIDI nástroj ovládaný vetrom: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Tento projekt bol odoslaný do „Creative Electronics“, modulu 4. ročníka BEng Electronics Engineering na Univerzite v Málage, Telekomunikačnej škole.

Pôvodný nápad sa zrodil už dávno, pretože môj kamarát Alejandro strávil viac ako polovicu svojho života hraním na flaute. Preto sa mu zdala príťažlivá myšlienka elektronického dychového nástroja. Toto je teda produkt našej spolupráce; hlavným cieľom tohto prístupu bolo získať esteticky triezvu konštrukciu, podobnú tej z basového klarinetu.

Demo:)

Zásoby

• Doska Arduino (použili sme SAV MAKER I na základe Arduino Leonardo).
• Senzor tlaku vzduchu, MP3V5010.
• Tenzomer, FSR07.
• Rezistory: 11 zo 4K7, 1 z 3K9, 1 z 470K, 1 z 2M2, 1 zo 100K.
• Jeden potenciometer 200K.
• Jeden keramický kondenzátor 33 pF.
• Dva elektrolické kondenzátory 10uF a 22uF.
• Jeden LM2940.
• Jeden LP2950.
• Jeden LM324.
• Jeden MCP23016.
• Jedna dierovaná doska s otvormi 30x20.
• 30 kolíkových hlavičiek, ženských aj mužských (jedno pohlavie pre Arduino, druhé pre mys).
• Jeden pár konektorov HD15, samec aj samica (s pájkami).
• Požičajte si priateľovu teplom zmrštiteľnú trubicu a izolačnú pásku. Preferovaná čierna.
• Dve lítium-iónové batérie 18650 a ich držiak na batérie.
• Vypínač.
• USB kábel Arduino.
• Minimálne 11 tlačidiel, ak chcete mať pocit kvality, nepoužívajte naše.
• Nejaký druh puzdra alebo puzdra. Postačila by drevená doska asi jeden meter štvorcový.
• Pol metra rúrky z PVC, vonkajšia 32 mm.
• Spoj 67 stupňov PVC pre predchádzajúcu trubicu.
• Jedna redukcia PVC zo 40 mm na 32 mm (externá).
• Jedna redukcia PVC z 25 mm na 20 mm (externá).
• Prázdna fľaša Betadinu.
• Náustok na alt saxofón.
• Altsaxofónová trstina.
• Ligácia alt saxofónu.
• Nejaká pena.
• Veľa drôtu (odporúča sa zvukový vodič, pretože ide v páre červeno-čiernej farby).
• Nejaké skrutky.
• Matná čierna farba v spreji.
• Matný sprejový lak.

Krok 1: Telo

Najprv bola ako časť tela vybraná PVC rúrka. Môžete si vybrať iný priemer, aj keď odporúčame vonkajší priemer 32 mm a dĺžku 40 cm, pretože nám tieto rozmery vyhovovali.

Akonáhle sa vám fajka dostane do rúk, umiestnite označenie rozložení pre tlačidlá. To závisí od dĺžky vašich prstov. Teraz, keď je označenie vykonané, vyvŕtajte zodpovedajúci otvor pre každé tlačidlo. Odporúčame začať chudým kúskom a zapustiť dieru zväčšujúcu priemer použitý na vŕtanie. Stabilitu môže zlepšiť aj použitie frézy pred vŕtačkou.

Mali by ste zaviesť štyri nepripojené vodiče, aby ste neskôr mohli pripojiť manometer a snímač tlaku vzduchu; tento kus (telo) a krk sú zlepené dohromady rúrkou spájajúcou 67 stupňov. Táto fajka bola prebrúsená a natretá na čierno.

Aby sme spojili tento kus s pätkou, použili sme PVC redukčný spoj od 40 mm do 32 mm (vonkajší priemer). Na spevnenie križovatky boli pridané štyri skrutky do dreva. Medzi redukčným kĺbom a telom sme urobili vŕtačku a zaviedli širšiu skrutku, aby sme získali stabilitu. Odporúčame vŕtať rúrky pred zapojením; inak je zničenie zaistené.

Ďalším krokom je spájkovanie vodičov na svorky tlačidiel, meranie dĺžky nadol a rezervácia ďalšej dĺžky, aby sa zabránilo tesnému spojeniu. Akonáhle je rúra brúsnym papierom a natretá čiernou farbou (použili sme matnú čiernu farbu v spreji; naneste toľko vrstiev, koľko chcete, kým na slnečnom svetle nevyzerá pekne), predstavte tlačidlá zhora nadol a označte každé z nich. Odporúčame použiť dve rôzne farby káblov (napr. Čiernu a červenú); pretože sú všetky spojené so zemou na jednom svojom kolíku, ponechali sme čierny kábel voľný a označili sme iba červené káble. Gombíky boli prekryté čiernou izolačnou páskou, aby zodpovedali vzhľadu a pekne sedeli bez toho, aby spadli.

Spájkujte zásuvku HD15 female (spájkovacie kelímky veľmi pomáhajú) pomocou rozloženia navrhnutého v schéme kroku 4 (alebo vášho vlastného) a spojte uzemnenie dohromady. Majte na pamäti, že teplom zmrštiteľné hadičky poskytnú vysokú spoľahlivosť voči skratom.

Krok 2: Návrh chodidla

Obvod použitý na tento návrh je vo svojom koreni veľmi jednoduchý. Dve lítiové batérie v sérii napájajú regulátor napätia LDO (s nízkym výpadkom), ktorý napája 5V zo svojho výstupu do zvyšku obvodu. Operačné zosilňovače LM324 slúžia na prispôsobenie dynamického rozsahu senzora tlaku vzduchu (MP3V5010, 0,2 až 3,3 voltov) a správania sa manometra (odporový premenlivý odporový odpor) analógovým vstupom na doske Arduino (0 až 5 voltov). Pre prvý sa teda používa nemenič s nastaviteľným ziskom (1 <G <3) a pre druhý delič napätia plus rozdeľovač. Tieto poskytujú adekvátny výkyv napätia. Ak chcete získať ďalšie informácie o týchto zariadeniach, kliknite sem a tam. LP2950 tiež poskytuje referenciu na 3,3 voltov, ktoré je potrebné získať z MP3V5010.

Postačí akýkoľvek model zo série FSR (Force Sensing Resistor), a napriek tomu, že 04 je najkrajší, použili sme 07 kvôli problémom s akciami. Tieto senzory menia svoj elektrický odpor v závislosti od použitej ohybovej sily a experimentálne sme testovali, že pri stlačení pozdĺž celého povrchu nie. Pôvodne to bola chyba kvôli miestu, kde sme kus položili, ale prijaté riešenie urobilo dobrú prácu a bude vysvetlené vo štvrtom kroku.

Jednou zo základných častí dosky je MCP23016. Toto je 16-bitový expandér I/O I2C, ktorý sme považovali za užitočný na zníženie zložitosti kódu (a možno aj zapojenia). Modul sa používa ako 2-bajtový register iba na čítanie; keď sa zmení ktorákoľvek z hodnôt jeho registra, vyvolá na svojom šiestom pine prerušenie (vynúti logickú „0“, a preto je na nastavenie logickej „1“potrebný vyťahovací odpor). Arduino je naprogramované tak, aby bolo spustené svahom tohto signálu; potom, čo sa to stane, požiada o údaje a dekóduje ich, aby vedel, či je poznámka platná alebo nie, a ak áno, uloží ich a použije ich na zostavenie ďalšieho paketu MIDI. Každé z tlačidiel má dve svorky, pripojené k zemi a k výsuvnému odporu (4,7 K) na 5 voltov. Keď je teda stlačené, zariadenie I2C odčíta logickú „0“a logická „1“znamená uvoľnenú. Dvojica RC (3,9 K a 33 p) konfiguruje svoje vnútorné hodiny; piny 14 a 15 sú signály SCL a SDA. Adresa I2C tohto zariadenia je 0x20. Bližšie informácie nájdete v technickom liste.

Rozloženie pripojenia, ktoré sme použili na zapojenie konektora HD15, nie je, samozrejme, jedinečné. Urobili sme to týmto spôsobom, pretože smerovanie na doske plošných spojov, ktorú sme vytvorili, bolo jednoduchšie a dôležitý bod spočíva v udržiavaní jasného zoznamu uzlov a príslušných tlačidiel. Zbytočne, ale poviem; tlačidlá majú dva terminály. Jeden z nich (nevýrazne) je pripojený k príslušnému uzlu konektora HD15, zatiaľ čo druhý je zapojený do uzemnenia. Všetky tlačidlá majú teda rovnakú zem a sú pripojené iba k jednému kolíku konektora HD15. Obraz, ktorý poskytujeme, je pohľad zozadu na mužský konektor, to znamená pohľad spredu na ženský pár. Vodiče opatrne spájkujte, nechcete ich nesprávne zapojiť, dôverujte nám.

Aby to bolo zrejmé, navrhli sme obvod, ku ktorému sa má pripojiť Arduino. Mal by byť dostatok priestoru na to, aby sa obvod zmestil pod neho, a tak môže byť škatuľka menšia ako tá naša. Navrhované usporiadanie budovy je ponúkané na obrázku nižšie. Silikónom sme prilepili držiak batérií na vnútornú stranu škatule, vŕtali sme na jeho okraje plášť a pomocou skrutiek ho takto upevnili.

Aby sme spojili tento kus s telom, použili sme PVC redukčný spoj od 40 mm do 32 mm (vonkajší priemer). Na spevnenie križovatky boli pridané štyri skrutky do dreva. Medzi redukčným kĺbom a telom sme urobili vŕtačku a zaviedli širšiu skrutku, aby sme získali stabilitu. Dávajte pozor, aby ste nepoškodili drôty.

Krok 3: Zostava náustka

Toto je pravdepodobne najdôležitejšia časť zostavy. Je založený výlučne na diagrame uvedenom na prvom obrázku. Nadrozmerná časť je dostatočne veľká, aby sa zmestila do 32 mm (vonkajšej) PVC trubice.

Pri navrhovaní tohto kusu (krk) sme sa rozhodli použiť dosku na montáž MP3V5010 na PCB, aj keď ju môžete ignorovať. Podľa PDF sú použité svorky 2 (napájanie 3,3 voltu), 3 (uzemnenie) a 4 (elektrický signál tlaku vzduchu). Aby ste sa vyhli objednaniu DPS v tejto záležitosti, navrhujeme, aby ste nepoužité kolíky odstrihli a po dokončení zapojenia prilepte komponent k rúrke z PVC. Toto je najľahší spôsob, akým by sme mohli premýšľať. Tento snímač tlaku má tiež dva snímacie gombíky; chcete pokryť jedného z nich. To zlepšuje jeho odozvu. Urobili sme to tak, že sme do teplom zmrštiteľnej trubice vložili malý kovový kus, ktorý zakryl gombík a trubicu zahrial.

Prvá vec, ktorú musíte urobiť, je nájsť kus kužeľovitého tvaru, ktorý by sa zmestil do trubice snímača tlaku vzduchu, ako je znázornené na druhom obrázku. Toto je žltý kúsok v predchádzajúcom diagrame. Pomocou malej vŕtačky alebo tenkej špičky spájkovačky vyrežte úzky otvor na vrchole kužeľa. Vyskúšajte, či tesne sedí; ak nie, pokračujte v raste priemeru otvoru, kým sa tak nestane. Keď je to hotové, chcete nájsť kus, ktorý sa hodí k predchádzajúcemu a zakrýva ho tak, aby bránil prúdeniu vzduchu von. V skutočnosti chcete na každom kroku, ktorý urobíte, otestovať, či vzduch neuniká z krytu; ak áno, skúste do spojov pridať silikón. Výsledkom by mal byť nasledujúci obrázok. Len aby to pomohlo, použili sme na tento účel fľašu Betadine: žltý kus je vnútorný dávkovač, zatiaľ čo kus, ktorý ho kryje, je uzáver s výrezom na hlave, aby sa zmenil na tvar trubice. Rez bol vykonaný horúcim nožom.

Ďalším kusom bola redukcia PVC z 25 (externých) na 20 (interných). Tento kus krásne zapadol do už usporiadanej trubice, aj keď sme ho potrebovali brúsiť a lepiť steny, aby sme zabránili uvedenému prúdeniu vzduchu. Zatiaľ chceme, aby to bola uzavretá dutina. V diagrame je tento kus, o ktorom hovoríme, tmavosivý, ktorý priamo nadväzuje na žltý. Akonáhle je tento kus pridaný, krk nástroja je takmer hotový. Ďalším krokom je vyrezanie kusu z PVC rúrky s priemerom 32 mm (vonkajší) a vyvŕtanie otvoru v jeho strede, pričom nechajte vodiče tlakomeru vypadnúť. Spájkujte štyri drôty, ktoré sme spomenuli vyššie v kroku 1, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku, a prilepte krk k šikmému spojeniu (po zafarbení na čierno, na estetické účely).

Posledným krokom je pohodlné uzatvorenie náustku. Aby bola táto úloha splnená, použili sme alt alt sax, čiernu izolačnú pásku a ligatúru. Pred priložením pásky bol tlakomer umiestnený pod trstinou. elektrické prípojky k meradlu boli zosilnené čiernymi teplom zmršťovacími rúrkami. Tento kúsok je navrhnutý tak, aby bol extrahovaný, aby bolo možné dutinu po dlhšom hraní vyčistiť. To všetko je možné vidieť na posledných dvoch obrázkoch.

Krok 4: Softvér

Stiahnite si a nainštalujte virtuálnu MIDI klavírnu klávesnicu, tu je odkaz.

Logický spôsob vykonania tohto kroku je nasledujúci: najskôr si stiahnite skicu Arduina uvedenú v tomto návode a načítajte ju na dosku Arduino. Teraz spustite VMPK a láskavo skontrolujte svoje nastavenia. Ako je znázornené na prvom obrázku, „Vstupné MIDI pripojenie“by mala byť vaša doska Arduino (v našom prípade Arduino Leonardo). Ak používate Linux, nie je potrebné nič inštalovať, stačí sa uistiť, že váš súbor VPMK má vlastnosti uvedené na druhom obrázku.

Krok 5: Riešenie problémov

Prípad 1. Zdá sa, že systém nefunguje. Ak LED dióda Arduino nesvieti alebo je o niečo tmavšia ako obvykle, skontrolujte, či je systém správne napájaný (pozri prípad 6).

Prípad 2. Zdá sa, že je to dym, pretože niečo vonia ako spálené. Pravdepodobne je niekde skrat (skontrolujte napájanie a káblové zväzky). Možno by ste sa mali (opatrne) dotknúť každého komponentu, aby ste skontrolovali jeho teplotu; ak je horúcejšie ako obvykle, neprepadajte panike, stačí ju vymeniť.

Prípad 3. Arduino nebolo rozpoznané (v Arduino IDE). Nahrajte znova poskytnuté náčrty, ak problém pretrváva, uistite sa, že Arduino je správne pripojený k počítaču a nastavenia Arduino IDE sú predvolené. Ak nič nefunguje, zvážte výmenu Arduina. V niektorých prípadoch môže pri nahraní náčrtu pomôcť stlačenie a resetovanie tlačidla počas „kompilácie“a jeho následné uvoľnenie počas „nahrávania“.

Prípad 4. Zdá sa, že niektoré klávesy nefungujú správne. Izolujte, ktorý kľúč nefunguje. Užitočný môže byť test kontinuity alebo na testovanie tlačidiel môžete použiť poskytnutý náčrt; vyťahovací odpor nemusí byť správne spájkovaný alebo je tlačidlo chybné. Ak sú kľúče v poriadku, kontaktujte nás a odhalte svoje problémy.

Prípad 5. Nemôžem dostať žiadnu správu o VMPK. Skontrolujte, či je Arduino správne pripojený k počítaču. Potom na VMPK postupujte podľa krokov uvedených v kroku 3. Ak problém pretrváva, vykonajte reset tlačidla alebo nás kontaktujte.

Prípad 6. Test elektrického zapnutia. Vykonajte ďalšie merania: po vybratí Arduina z mysu zapnite vypínač. Umiestnite čiernu sondu na uzemňovací kolík (každý bude stačiť) a pomocou červenej sondy skontrolujte výkonové uzly. Na kladnom póle batérie by mal dôjsť aspoň k poklesu napätia 7,4 voltov, v opačnom prípade batérie nabite. Na vstupe LM2940 by mal existovať rovnaký pokles napätia, ako je vidieť na schéme. Na jeho výstupe musí dôjsť k poklesu 5 voltov; rovnaká hodnota sa očakáva od LM324 (pin 4), MCP23016 (pin 20) a LP2950 (pin 3). Výstup posledného by mal vykazovať hodnotu 3,3 voltov.