MIDI riadená štruktúra LED: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Ako skutočný milovník hudby a študent elektroniky a informatiky som vždy chcel vytvoriť MIDI zariadenia, ktoré by som mohol použiť na tvorbu elektronickej hudby.

Potom, čo som sa zúčastnil mnohých predstavení a hudobných festivalov, ma počas predstavení začali zaujímať svetelné show.

Po mnohých výskumoch som väčšinou našiel iba zariadenia, ktoré používajú mikrofón a nedovolili ovládať LED diódy presne tak, ako by ste chceli.

Tým, že som sa stále viac zoznamoval so signálmi DAW a MIDI, rozhodol som sa začať s týmto projektom!

Skladá sa z 3D štruktúry s integrovanými diódami LED, ktoré sú v skutočnosti ovládané signálmi MIDI (správy NoteOn, NoteOff a CC).

Hudobník tak mohol ovládať farbu a intenzitu každej diódy LED iba pomocou MIDI signálov generovaných akýmkoľvek DAW.

S touto myšlienkou som chcel zvýšiť kreativitu prostredníctvom svetelných šou a umožniť každému postaviť si vlastnú, aby bol každý vizuálny výkon jedinečný.

Krok 1: Materiály

Tento projekt v zásade pozostáva z dvoch častí: prijímací obvod MIDI a štruktúra LED; a mikrokontrolér na prepojenie týchto častí a „prekladanie“MIDI signálov prichádzajúcich z DAW do LED pásikov. Tu je zoznam materiálov potrebných pre každú časť.

Obvod príjmu MIDI:

• 1 x optočlen 6N138
• 1 x 1N914 dióda
• 1 x 5-pin Din Jack (MIDI jack)
• Rezistory 2 x 220 ohmov
• 1 x odpor 4,7 K Ohm
• 1 konektor USB/MIDI

Štruktúra LED:

Použil som pásy RGB LED na báze LED WS2812B, ktoré je možné ovládať iba 1 digitálnym portom. Ak plánujete používať vysoký počet diód LED, možno budete musieť dbať na maximálny potrebný prúd (1 dióda LED môže spotrebovať maximálne 60 mA). Ak mikrokontrolér túto maximálnu hodnotu nezvládne, budete potrebovať ďalšie 5V napájanie, ktoré dokáže dodať dostatok prúdu. Použil som 5V - 8A AC/DC adaptér s vyhradeným výstupným adaptérom a vypínačom.

Poznámka: Zdá sa, že môžete použiť počítačovú napájaciu jednotku, pretože vedia, že sú schopné dodávať skutočne vysoký prúd, ale budete sa musieť uistiť, že dodáva stabilné napätie 5 V DC, možno pomocou 36 ohmový výkonový odpor 5 W medzi uzemnením (čierny) a 5 V výstupom (červený), aby odporom prechádzalo dostatok prúdu, a tak poskytovalo stabilných 5 V.

Nakoniec som použil jednoduché Arduino Uno so skrutkovým štítom na vytvorenie prepojenia medzi signálmi MIDI a pásmi LED.

Krok 2: Budovanie vstupného obvodu MIDI

Ak vás zaujíma, čo je to vlastne MIDI protokol a ako funguje, vrelo vám odporúčam navštíviť kanál YouTube Notes a Volts, kde je množstvo zaujímavých a inovatívnych návodov a projektov MIDI Arduino.

V tejto časti sa zameriam len na vstupný obvod MIDI. Pred spájkovaním súčiastok môže byť dobré postaviť prototyp na protoboard a skontrolovať, či mikrokontrolér dobre prijíma MIDI signály prichádzajúce z DAW.

Nasledujúce dve videá popisujú, ako vytvoriť a otestovať obvod:

• Budovanie okruhu
• Testovanie obvodu

Nakoniec môže byť tiež dobré pozrieť sa na toto video, aby ste porozumeli správam CC a tomu, ako môže váš mikrokontrolér interpretovať automatizačné klipy napríklad na ovládanie jasu LED.

Krok 3: Konfigurácia FL Studio (voliteľné)

Keďže sa mi FL Studio páči, vysvetlím vám, ako správne nakonfigurovať jeho MIDI rozhranie, ale som si celkom istý, že tento postup by sa nemal výrazne líšiť, ak používate inú digitálnu zvukovú pracovnú stanicu.

Najprv musíte k počítaču pripojiť konektor USB/MIDI. Obvykle majú tieto zariadenia vstavaný firmvér a sú rozpoznané ako MIDI zariadenia, aj keď nie sú spustené. Potom otvorte okno „Nastavenia“(stlačením klávesu F10). Ak všetko funguje správne, vo výstupnej časti si všimnete niektoré výstupné MIDI zariadenia. Vyberte zariadenie a uistite sa, že je ZAPNUTÉ.

Potom budete musieť definovať číslo portu a zapamätať si ho (napríklad 0). Stačí zavrieť toto okno (parametre sa automaticky uložia) a potom pridať nový kanál: MIDI Out.

Potom posledná vec, ktorú musíte urobiť, je definovať port tohto nového kanála: uistite sa, že ste vybrali rovnaké číslo portu, aké ste definovali v sekcii „Nastavenia“: týmto spôsobom sú správy MIDI prichádzajúce z vášho kanála teraz k dispozícii prepojený s MIDI výstupom.

Teraz, keď kanál MIDI Out prehrá notu, prostredníctvom rozhrania MIDI sa odošle správa „NoteOn“. Rovnakým spôsobom sa pri uvoľnení poznámky odošle správa „Poznámka vypnutá“.

Ďalšou zaujímavou vlastnosťou, ktorá je súčasťou kanála MIDI Out, je možnosť ovládať rôzne parametre pomocou potenciometrov. Kliknutím pravým tlačidlom myši na jednu z nich a výberom položky „Konfigurovať …“ich môžete nechať posielať CCMessages (hodnota od 0 do 127), ktoré sa budú používať na ovládanie jasu diód LED: zvoľte CC a potom Prijať.

FL Studio je za normálnych okolností pripravené odosielať údaje do vášho MIDI rozhrania! Ďalej je napísanie kódu, ktorý bude blikať v Arduine, a prispôsobte ho svojej štruktúre LED.

Krok 4: Pripojenie diód LED

Pripojenie LED pásikov je veľmi jednoduché, pretože vyžadujú iba +5 V, GND a dáta. Keďže som však plánoval pripojiť viac ako 20 z nich, rozhodol som sa použiť niekoľko pinov Arduino PWM a deklarovať niekoľko inštancií Adafruit_NeoPixel (v koši), aby som sa vyhnul akémukoľvek nechcenému oneskoreniu.

Priložený obrázok má tiež vysvetliť, ako funguje elektronika:

• Pásy LED sú napájané priamo z napájacieho zdroja.
• Na napájanie Arduina sa používa vypínač
• vstupný obvod MIDI je napájaný Arduinom pri zapnutí vypínača

Krok 5: Odstránenie 3D štruktúry

Táto časť bola zatiaľ najdlhšia, pretože som bol úplne nový v 3D tlači (a modelovaní). Chcel som navrhnúť štruktúru, ktorá by vyzerala ako napoly vybuchnutý zrezaný ikosahedrón (áno, trvalo mi nejaký čas nájsť presný názov tvaru).

Samozrejme si môžete slobodne navrhnúť svoj vlastný model v požadovanom tvare! Nebudem podrobne popisovať proces modelovania, ale ak chcete navrhnúť túto štruktúru, nájdete súbory STL.

Zostavenie rôznych častí trvalo nejaký čas, pretože som musel do každej tváre vložiť jednu diódu LED a všetky ich spájať spájkovaním veľkého počtu drôtov dovnútra jadra, ktoré je v súčasnosti dosť chaotický!

Poznámka: ak chcete navrhnúť takúto štruktúru, budete potrebovať 10 šesťhranných kusov (každý asi 3 hodiny pomocou minitlačiarne PP3DP UP) a 6 päťuholníkových kusov (2 hodiny).

Akonáhle je v každej časti jedna LED, budete musieť spojiť každých 5V a GND svorky dohromady a prepojiť niekoľko vstupných a výstupných svoriek každej LED tak, ako ich chcete pripojiť.

Nakoniec som použil LED difúzny akryl na zakrytie každej tváre a na ich konzistentné osvetlenie.

Všetko, čo potom zostane, je kód, ktorý ukazuje, že nie je tak zložité!

Krok 6: Kód

Ako som už spomenul v predchádzajúcej časti, kód sa ukazuje byť celkom jednoduchý!

V skutočnosti pozostáva iba z jednej inštancie MIDI a niekoľkých inštancií Adafruit_NeoPixel (rovnako ako existujú rôzne pruhy).

V zásade platí, že keď je MIDI trieda deklarovaná, pracuje s určitým „prerušením“: NoteOn, NoteOff a CCMessage. Keď MIDI vstupný cicruit vyšle jeden z týchto špecifických signálov do Arduina, zavolá sa pridružený podprogram. Potom všetko, čo kód robí, je zapnutie konkrétnej diódy LED na signáli NoteOn, jeho zhasnutie na pridruženom signáli NoteOff a aktualizácia jasu pásu na CCMessage.

Tiež som definoval jednoduchú funkciu, ktorá dáva možnosť zvoliť farbu LED diód čítaním rýchlosti prichádzajúcej so signálom NoteOn a každá LED potom môže byť červená, fialová, modrá, tyrkysová, zelená, žltá, oranžová alebo biela, v závislosti od hodnoty rýchlosti od 0 do 127.

Dôležitá vec, ktorú si treba všimnúť, je, že pri odosielaní náčrtu budete musieť odpojiť pin RX (prichádzajúci zo vstupného obvodu MIDI), pretože k tomuto pinu je pripojený sériový port (použitý počas tohto procesu)!

Krok 7: Čo teraz?

V súčasnej dobe pracujem na kryte na mieru pre vloženie všetkej elektroniky a tiež uvažujem o názve štruktúry! Dajte nám vedieť, či sa vám tento projekt páčil, a pracujem na rôznych predstaveniach, pretože plánujem aktualizovať tento návod ďalšími videami!