Sonifikácia biologických údajov: 36 krokov

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

Generujte MIDI poznámky na základe zmien v galvanickej vodivosti cez dve sondy.

Najnovšiu verziu kódu a aktualizované návody nájdete na adrese energyforprogress.com a vyskúšajte si môj projekt github

Krok 1: Bezpájková doska

Kľúčovým nástrojom pri experimentovaní s elektronikou je Soldless Breadboard. Breadboard, ktorý umožňuje používateľom ľahko spájať komponenty a ľahko prekonfigurovať, umožňuje nováčikom v oblasti elektroniky a skúseným inžinierom prototypovať návrhy a ľahko spájať elektronické systémy.

Breadboardy majú sériu otvorov, ktoré sú elektricky spojené. Horizontálne rady prechádzajú po Breadboarde v koncových pruhoch 5 spojených bodových bodov a sú označené písmenami abcde a fghij. Horizontálnym radom oddeľuje stred prepážky v strede pole, čo uľahčuje používanie mikročipov Dual Inline Package (DIP). Po stranách nepájivej dosky sú zvislé stĺpce otvorov, zvyčajne označené červenou a modrou čiarou. Tieto zvislé stĺpce sa najčastejšie používajú na napájanie (kladné napätie a uzemnenie) a nazývajú sa „zbernica“. K týmto autobusom pripájame všetky naše kladné a uzemňovacie spojenia na každej strane nepájivej dosky. V neskoršom kroku spojíme uzemnenie a pozitívne autobusy na každej strane dosky.

Aby sme „spojili“dve elektronické súčiastky, jednoducho umiestnime vývody (alebo „nohy“) dielov do susedných horizontálnych otvorov. To umožňuje užívateľovi spojiť viac komponentov dohromady pomocou každého horizontálneho radu 5 bodov.

Krok 2: Vložte časovač 555

Časovač 555 je 8 -kolíkový DIP mikročip, ktorý nakonfigurujeme ako astabilný multivibrátor schopný merať elektrickú vodivosť. Zamerajte čip tak, aby bol kolík 1 hore - v blízkosti kolíka 1 na čipe uvidíte malý kruh, pozrite si tiež diagram, ktorý identifikuje každý z pinov na časovači 555.

Umiestnite časovač 555 do spodnej časti Breadboardu. Doska na chlieb je usporiadaná s medzerou v strede, cez ktorú by mal mikročip zasahovať. Riadky doštičky sú očíslované, časovač 555 vložíme do riadkov 27, 28, 29 a 30, s kolíkom 1 do radu 27.

Krok 3: Kolík 1 k zemi

Pripojením kolíka 1 555 k zemi pripojte k uzemňovacej zbernici prepojovací kábel zo stĺpca A radu 27.

Krok 4: Načasovací kondenzátor C1

Pripojte časovací kondenzátor C1 (0,0042uF) medzi piny 1 a piny 2 časovača 555. Vložte malý modrý kondenzátor do riadkov 27 a 28 v stĺpci B.

Tento kondenzátor nastavuje celkový frekvenčný rozsah časovača, tu používame veľmi malú hodnotu, aby sme dosiahli najvyššie rozlíšenie impulzov z 555, pretože merame kolísanie elektrickej kapacity v oboch sondách.

Krok 5: Odpojenie kondenzátora C2

Pripojte vysokofrekvenčný oddeľovací kondenzátor C2 (1uF) cez kladný a uzemňovací obvod časovača 555, piny 1 a 8 v rade 27, stĺpci D a G.

Môže byť užitočné orezať nohy kondenzátora, aby lepšie sedeli na doske, ale dávajte pozor, aby ste nohám ponechali dostatok priestoru na prekrytie mikročipu a úplné prepojenie s objímkami na breadboarde.

Krok 6: Odpojenie elektrolytického kondenzátora C3

Pripojte nízkofrekvenčný oddeľovací elektrolytický kondenzátor C3 (41uF) na kladný a uzemňovací obvod časovača 555, piny 1 a 8 v rade 27, stĺpci C a H.

Všimnite si toho, že elektrolytické kondenzátory sú polarizované, pričom negatívny koniec je identifikovaný bielym prúžkom po boku vrchnáka; zaistite, aby záporná strana kondenzátora smerovala do stĺpca C kolíka 1 (uzemnenie) a pozitívna strana kondenzátora do stĺpca H.

Krok 7: Výstup LED

Pridajte červenú diódu LED na výstupný kolík 3 kolíka A časovača 555, 29 pin A, a na uzemňovaciu zbernicu. Umiestnite dlhší vodič LED (anódy) do radu 29 stĺpca A, s kratšou nohou LED do jedného z otvorov pozemnej zbernice.

**- LED diódy sú polarizované a musia byť vložené so správnou orientáciou. Katódová noha LED (negatívna) sa dá identifikovať podľa splošteného okraja na boku LED a pozitívnu anódu je možné identifikovať podľa dlhšej nohy. Polaritu a farbu diód LED je možné identifikovať pomocou jednoduchej gombíkovej batérie. Keď batériu zasuniete medzi LED diódy, LED sa buď rozsvieti alebo nie, skúste batériu otočiť opačným smerom. LED dióda sa rozsvieti, keď je koniec batérie + (široký plochý) pripojený k anóde (dlhšia noha) a batéria - (menšie tlačidlo) je pripojená k nohe Cathode Ground. Vezmite 3 -gombíkovú batériu CR2032 a vyskúšajte to!

Potom, čo v poslednom kroku všetko funguje, sa môžete vrátiť a podľa potreby orezať nožičky LED.

UPOZORNENIE: za všetkých bežných okolností by bol medzi výstupný kolík a diódu LED pridaný odpor. Aby sa zjednodušila konštrukcia tejto súpravy, súčasné obmedzujúce odpory boli vynechané. Zahrnuli sme odpory pre každú LED v súprave. Upravené pokyny vrátane odporov obmedzujúcich prúd budú poskytnuté ako príloha.

Krok 8: Jumper 555 spustí na prah

Pripojte prepojovací vodič medzi kolíky 2 a 6 v stĺpci D časovača 555, riadok 28, k riadku 29, stĺpček G.

Tým sa pripevní prah a spúšťacie kolíky časovača 555, ktoré tvoria vstupné pripojenie pre primárnu elektródu.

Krok 9: Jumper 555 sa resetuje na V+

Pripojte kolík 4 časovača 555 k pozitívnej zbernici pomocou prepojovacieho vodiča, riadok 30, stĺpček D, k pozitívnej zbernici

Pripojte kolík 8 časovača 555 k pozitívnej zbernici pomocou prepojovacieho vodiča, riadok 27, stĺpec I, k pozitívnej zbernici

(pridajte obrázok a krok pre 555 VCC do V+)

Krok 10: Rezistor R1 100K 555 vybitý do kladnej zbernice

Pripojte odpor R1 (100k) medzi pin 7 na 555 a kladnú zbernicu. Jednu stranu rezistora umiestnite do riadka 28 stĺpca J a druhú stranu rezistora na kladnú zbernicu.

Krok 11: Vstupný konektor sondy

Vstup sondy je 3,5 mm mono konektor, ktorý sa pripája k doske pomocou dvoch spájkovaných kolíkov. Aj keď je to tesné miesto, kolíkové kolíky spájkované ku konektoru sa zmestia do radu 28 a 29 stĺpca H.

Do konektorov boli pridané kolíky záhlavia, ktoré používateľovi uľahčujú zostavenie súpravy. Upozorňujeme, že nadmerné napätie na zdviháku alebo kolíkoch môže spôsobiť poškodenie spájkovacieho spoja. Ak vaša súprava nemá kolíkové kolíky spájkované s konektorom, pozrite si v prílohe pokyny k spájkovaniu konektora a konektora.

Krok 12: Pozitívny prepojok zbernice

Pripojte kladnú zbernicu na obidve strany dosky plošného spoja zasunutím prepojovacieho vodiča medzi najvyššie najvyššie body vľavo a vpravo (červená) napájacia zbernica.

Krok 13: Prepojka pozemnej zbernice

Pripojte uzemňovaciu zbernicu na obidve strany dosky plošného spoja zasunutím prepojovacieho vodiča medzi najvyššie najvyššie body vľavo a vpravo (modrá) uzemňovacia zbernica.

Krok 14: Testovanie galvanometra

Teraz sme pripravení pripojiť niekoľko batérií a otestovať galvanometer, ktorý sme práve vytvorili z časovača 555.

Vložte 3 batérie AA do čierneho boxu na batérie, uistite sa, že je vypínač na krabici v polohe „VYPNUTÉ“. Pripojte červený vodič boxu na batériu k pozitívnej (červenej) zbernici Breadboard, čierny vodič boxu na batériu pripojte k uzemňovacej zbernici (modrej) zbernice. Teraz posuňte vypínač napájania na skrinke na batérie do polohy „ON“. LED dióda by mala svietiť a ukazovať, že časovač 555 je zapnutý.

Pripojte biele elektródové vodiče (zatiaľ sa neobťažujte pomocou lepivých podložiek) do 3,5 mm konektora pripojeného ku galvanometru. Dotykom prstov na kovové konce gombíkov elektród uvidíte LED blesk na základe zmien vodivosti. Veľmi ľahký dotyk s elektródami môže znamenať pomalé zapínanie a vypínanie LED blesku, veľmi silným stlačením elektród LED bliká veľmi rýchlo a vyzerá to, že LED dióda zostáva rozsvietená alebo mierne stlmená.

Krok 15: Vložte ATMEGA328 28pin DIP

Vaša súprava MIDIsprout je dodávaná s predprogramovaným mikrokontrolérom ATMEGA328 s poistkami nastavenými na 8 Mhz na vnútornom oscilátore (poistky: Low-E2 High-D9 Ext-FF) a s predinštalovaným firmvérom MIDIsprout. Tento 28 -kolíkový DIP má dva paralelné rady so 14 kolíkmi.

Vložte čip 328p do hornej časti dosky, pričom kolík 1 identifikujte podľa malého kruhu na čipe, do riadkov 1 - 14 prekračujúcich DIP cez medzeru v stĺpcoch E a F.

** Na ľahké preprogramovanie a experimentovanie je možné pridať 16MHz oscilátor na piny 9 a 10 breadboardu a programovať pomocou dosky arduino Uno s úpravami kódu MIDIsprout. ATMEGA328 je možné preprogramovať aj pomocou ICSP s externým programátorom (iné arduino) a bludiskom prepojovacích káblov;)

** Tiež ako dodatok je možné zostavu MIDIsprout zostaviť pomocou predchádzajúcich krokov na zostavenie galvanometra, pričom doska je pripevnená priamo k Arduino Uno! Zostaňte naladení…

Pre porovnanie, kód vopred načítaný do aktuálnej verzie MIDIsprout:

Arduino kód:

Krok 16: Napájajte ATMEGA328

Pripojte kolík VCC na 328 k pozitívnej zbernici pomocou prepojky medzi riadkom 7 stĺpcom A a pozitívnou zbernicou.

Krok 17: Uzemnite ATMEGA328

Pripojte uzemňovací kolík na 328 k pozemnej zbernici pomocou prepojky medzi stĺpcom B riadka 8 a pozemnou zbernicou.

Krok 18: Napájajte ATMEGA328 (analógový)

Pripojte analógový kolík napätia na 328 k kladnej zbernici pomocou prepojky medzi riadkom 9 stĺpcom J a kladnou zbernicou.

Krok 19: Uzemnite ATMEGA328 (analógový)

Pripojte uzemňovací kolík na 328 k pozemnej zbernici pomocou prepojky medzi stĺpcom J radu 7 a pozemnou zbernicou.

Krok 20: Výstup časovača 555 na vstup ATMEGA328

Pripojte výstupný kolík časovača 555 k vstupnému kolíku 4 na 328 prepojovacím káblom medzi kolíkom časovača 555 3 riadok 29 stĺpec D a riadok 4 stĺpec D.

Tu digitálny výstup 555 spustí prerušovací kolík na 328, INT0, ktorý meria a porovnáva trvanie impulzov.

Krok 21: Gombík

Priložený gombík by mal byť pripravený jemným ohnutím troch nôh (ohnutím všetkých troch súčasne), aby mohol gombík stáť zvisle. Vložte gombík na ľavú stranu dosky v stĺpci A, riadky 19, 20 a 21.`

Krok 22: Stierač gombíka na analógový vstup ATMEGA328

Pripojte stredový kolík gombíka k analógovému vstupu (A0) na 328 pomocou prepojovacieho vodiča. Pripojte prepojku medzi gombík, rad 20, stĺpec E, a 328 (kolík A0), rad 6, stĺpček G.

Krok 23: MIDI konektor

Vložte MIDI konektor do nepájivej dosky. Pripravte zdvihák tak, že identifikujete dva špicaté montážne kolíky umiestnené v prednej časti konektora MIDI a ohnete ich nahor, aby ste poukázali na prednú časť konektora MIDI. Umiestnite konektor MIDI na pravú stranu nepájivej dosky tak, aby konektor smeroval k pravej strane. Zasuňte konektor MIDI do stĺpcov I a J, riadky 18, 19, 21, 23 a 24. Päť kolíkov konektora MIDI zapadne (pohodlne) do dosky, dávajte pozor, aby ste príliš netlačili.

Krok 24: Dátový pin MIDI na ATMEGA328 Tx

Pripojte výstupný pin údajov MIDI k pinu sériového prenosu ATMEGA328 (Tx) pripojením prepojky medzi stĺpec F riadok 23 (kolík 5 údajov MIDI) a stĺpec B riadok 3 (328 Tx).

Krok 25: Výkonový odpor MIDI na V+

Pripojte odpor medzi MIDI napájací kolík (4) a V+ pomocou odporu 220 Ohm zapojeného do stĺpca H riadka 19 (MIDI napájanie) a kladnej zbernice na pravej strane dosky.

Krok 26: MIDI Ground Jumper

Pripojte MIDI uzemňovací kolík k pozemnej zbernici pomocou prepojovacieho vodiča medzi stĺpcom F riadok 21 (MIDI uzemnenie) a pozemnou zbernicou.

Krok 27: Kladné napätie gombíka

Pripojte kolík kladného napätia gombíka k kladnej zbernici pomocou prepojky medzi stĺpcom D riadkom 19 a kladnou zbernicou.

Krok 28: Uzemnenie gombíka

Pripojte uzemňovací kolík gombíka k pozemnej zbernici pomocou prepojky medzi stĺpcom D riadkom 21 a pozemnou zbernicou.

Krok 29: LED diódy (červené)

V MIDIsprout je 5 farebných LED diód, ktoré poskytujú svetelnú show a indikujú stav prehrávaných MIDI nôt.

Pripojte LED (červenú) anódu - dlhú nohu k stĺpcu A, rad 5 a LED katódu k uzemňovacej zbernici.

**- Z dôvodu jednoduchosti v tejto zostave vynechávame odpory obmedzujúce prúd. Kroky na zahrnutie odporov s diódami LED nájdete v prílohe.

Krok 30: LED diódy (žlté)

Pripojte anódu LED (žltá) anóda - dlhá noha k stĺpcu A radu 11 Pripojte anódu LED (červená) anóda - dlhá noha k stĺpcu A radu 5 a katódu LED k pozemnej zbernici. A katódu LED k pozemnej zbernici.

Krok 31: LED diódy (zelené)

Pripojte LED (zelenú) anódu - dlhú nohu k stĺpcu A, rad 12 a LED katódu k uzemňovacej zbernici.

Krok 32: LED diódy (modré)

Pripojte LED (modrú) anódu - dlhú nohu k stĺpcu J, rad 14 a LED katódu k uzemňovacej zbernici.

Krok 33: LED diódy (biele)

Pripojte anódu LED (biela) s dlhou nohou k stĺpcu J riadku 13 a katódu LED k pozemnej zbernici.

Krok 34: 16 MHz kryštálový oscilátor PlaceHolder

16MHz kryštálový oscilátor by mal byť pridaný na piny 9 a 10 ATMEGA328 radu 9 a 10 stĺpca C. Časť nie je polarizovaná a kryštál je možné vložiť do kolíkov 9 a 10 v akejkoľvek orientácii.

Krok 35: Batéria

Pripojte batériový modul k nepájivej doske umiestnením červeného vodiča batériového modulu do zbernice pozitívneho napätia a zadného vodiča do uzemňovacej zbernice. Vložte 3 batérie AA a zapnite priečinok na batérie. Pri zapnutí by sa mala rozsvietiť dióda LED galvanometra 555.

Pripojte elektródy k zásuvke v spodnej časti dosky a dotknite sa dvoch koncov elektród na tlačidlách. V závislosti od vodivosti prstov by mala dióda LED galvanometra blikať.

Krok 36: Sonifikácia údajov

Keď sa elektród dotknete alebo ich pripevníte pomocou gélových podložiek, program MIDIspout zistí malé zmeny vo vodivosti a tieto zmeny bude reprezentovať ako poznámky MIDI a farebné svetlá!

Súpravu MIDIsprout Kit je možné pripojiť k MIDI káblu z konektora MIDI na doske, k syntetizátorom, klávesniciam, zvukovým generátorom a počítačom podporujúcim MIDI a vytvárať zvuky v reakcii na MIDI tóny.

Otáčaním gombíka je možné nastaviť prah/citlivosť MIDI klíčkov. Znížením prahu je možné zistiť menšie výkyvy vodivosti z galvanometra; zvýšením prahu sú potrebné väčšie zmeny na vytváranie poznámok. Pri dlhodobých inštaláciách používam nastavenie nízkeho prahu, ktoré vytvára príjemný bláznivý prúd MIDI údajov. Pri verejných interaktívnych podujatiach s viacerými rastlinami zvyšujem prahovú hodnotu pomerne vysoko, čo má za následok, že MIDI tóny sa produkujú iba vtedy, keď sa človek veľmi priblíži alebo sa rastliny fyzicky dotkne.