Ultrazvukový inteligentný prístroj: 4 kroky (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:06

Účel

Jedná sa o nástroj, ktorý používa ultrazvukový senzor na meranie vzdialenosti objektu (môže to byť vaša ruka). S týmto je vybraná nota na hranie, v rôznych režimoch nástroj hrá na rôzne veci. Môže to byť jedna nota (na použitie nástroja ako basy) alebo viacero tónov v poradí (na použitie ako syntetizátor).

Odporúčam vám to urobiť iba vtedy, ak máte základné znalosti o elektronike a spájkovaní.

Náradie:

- 3D tlačiareň s minimálnou tlačovou plochou 12 x 8 cm- Laserová rezačka alebo CNC stroj s minimálnou pracovnou plochou 300 x 200 mm- Brúsne zariadenie- Horúca lepiaca pištoľ- Spájkovačka- Odstraňovač drôtu

Materiály:

- Drevo (MDF) hrúbky 3 mm Celková potrebná veľkosť je 600 x 400 mm, ale každú časť môžete vystrihnúť z menších dosiek, minimálna potrebná strana je potom 300 x 200 mm (toto je vonkajší rozmer potrebnej časti, takže majte na pamäti, že vonkajšia strana nie je ak použijete túto metódu, musíte byť odrezaní)

- Reproduktor (vonkajší priemer 5W 8Ohms 93 mm) budete pravdepodobne potrebovať upraviť rozmery otvoru pre reproduktor, pretože nie všetky reproduktory sú rovnaké - Arduino (UNO) - káble Dupont 20 a 10 cm, 22 x 10 cm, samec, 10 x 20 cm, samice, 4 x 20 cm samica - samica (10 cm káble) (20 cm káble)

- Drôt cca. 2 x 60 cm (hrúbka 2 mm, ale na tom až tak nezáleží)

- 2 feritové prstence (na zníženie hluku, nie potrebné na funkciu, ale odporúčané)- 4 tlačidlá (16 mm) (tlačidlá 16 mm)

- 1 klavírny pedál- 20x4 LCD s adaptérom I2C (20x4 LCD vrátane adaptéra I2C)

- Modul zvukového zosilňovača TDA2030A (modul zvukového zosilňovača TDA 2030)

- Zdroj napájania Arduino 5 V alebo prerušený kábel USB na použitie s napájacou bankou- 3,5 mm konektor zvukového konektora (3,5 mm konektor zvukového konektora (nie je úplne rovnaký, ako používam)) (2. možnosť)

- Teplom zmrštiteľné trubice (2 mm) (súprava zmršťovacích bužírok)- Malé nepájivé pole (voliteľné, môžete tiež spájkovať vodiče k sebe, kde ich používam) (Mini Breadboard)

Proces návrhu a história

Tento nástroj som vyrobil pre školský projekt, potreboval som navrhnúť a postaviť inteligentný objekt. Po troche brainstormingu som prišiel s myšlienkou postaviť nástroj, ktorý bude hrať viac tónov, keď používateľ nástroju dá iba 1.

Keď som tento nástroj prvýkrát navrhol, vyzeral trochu inak a mal niekoľko ďalších funkcií ako konečný produkt. Moje prvé kritérium pre tento nástroj bolo, že by mal byť schopný hrať rôzne zvuky (ako zvuk klavíra alebo gitary) a hrať na akordy. Po niekoľkých revíziách som však nemohol prísť na to, ako prehrať zvukové súbory z karty SD, zvuk sa stále zhoršoval. V neskoršej iterácii som sa rozhodol, že nástroj by mal hrať iba signály PWM, ktoré tiež pekne znejú. Toto je bod, kedy sa to zmenilo z klavíra s ultrazvukovým senzorom na inteligentnú verziu Theraminu.

Pri programovaní niekoľkých ďalších funkcií som si uvedomil, že v rámci časového rámca tohto projektu nebudem môcť hrať súčasne s jedným reproduktorom viac tónov. Preto som sa rozhodol urobiť z toho syntetizátor, ktorý namiesto toho, aby hral viac tónov súčasne, zahral niekoľko nôt za sebou.

V tomto projekte som prvýkrát použil laserovú rezačku a musel som použiť Adobe Illustrator, takže dúfam, že dokážem svoju prácu dostatočne dobre vysvetliť.

Krok 1: Zostavenie komponentov (fáza testovania)

Predtým, ako celú vec postavíme, by sme mali otestovať všetky naše súčasti, aby všetko fungovalo.

Začnite spájkovaním vodičov, ktoré je potrebné spájkovať, ktorými sú:- Konektor zvukového konektora, to sú 2 vodiče. Jeden vodič je zem a druhý je signálny vodič. K dispozícii je pravdepodobne viac pripojení, pretože konektor stereo jack má signál R a L, používame iba jedno. Jediný spôsob, ako skontrolovať, ktorý z nich potrebujete, je otestovať pripojenie vodiča k jednému po druhom a zistiť, či je obvod uzavretý (môžete to vyskúšať pomocou multimetra).

- 2 vodiče na reproduktore, pozitívne a negatívne. - Kladný a záporný vodič na 4 tlačidlách. Koniec kontaktného drôtu môžete zasunúť do kontaktných kolíkov na tlačidlách. Po dokončení spájkovania použite tepelne zmršťovaciu hadičku na izoláciu vodičov

Teraz je čas pripojiť drôty. Podľa schémy a fotografií pripojte správne vodiče na správne miesta.

Feritové prstence Pretože arduino nie je vyrobené pre zvuk, môže zachytávať elektromagnetické rušenie. Na kábel zvukového signálu a kábel reproduktora môžete pridať feritový krúžok. Vykonáte to tak, že drôt 2 alebo 3 krát omotáte okolo feritového prstenca. To by malo pomôcť obmedziť alebo úplne odstrániť syčivé zvuky z nástroja.

(možnosť napájania 1) externý zdroj napájania nie cez Arduino Je možné pridať energiu priamo do obvodu namiesto napájacieho portu arduino. Ak to chcete, mali by ste prepojiť kladné a záporné vodiče z externého zdroja napájania s kladnými a zápornými vedeniami na doske. Na arduino by mal byť drôt z kladnej strany na doske k vývodu Vin (umiestnený vedľa kolíkov GND) a vodič od zápornej strany ku kolíku GND na arduine. (Možnosť napájania 2) Externé napájanie pripojené k Ak chcete použiť adaptér zapojený do zásuvky arduino, mali by ste pripojiť vodič z kolíka arduino 5V na kladnú stranu dosky a drôt z kolíka GND na zápornú stranu.

Odovzdanie súborov Teraz pripojte arduino k počítaču a nahrajte program. Všimnite si toho, že code.ino a pitches.h musíte vložiť do priečinka s názvom code. V arduino IDE (program) si musíte stiahnuť nasledujúce knižnice, ak ich nemáte: LiquidCrystal_I2C od Frank de BrabanderWire z adafruit (toto jeden by už mal byť zabudovaný)

Krok 2: Prípad

Ak všetko funguje, môžete prípad vyrobiť. Laserové rezanie / CNC (pozri video) Predtým, ako začnete rezať, možno budete musieť upraviť otvory v reproduktoroch tak, aby zodpovedali reproduktoru, ktorý máte. Mám reproduktor s malou mriežkou, ktorý používa 4 otvory okolo otvoru pre reproduktor. Ak je to teda potrebné, najskôr to upravte.

Začnite rezaním dreva laserovou rezačkou alebo CNC strojom. Použitý súbor je Case_laser_cut.ai Keď máte diely, môžete ich otestovať a prispôsobiť, ak sú veľké, trochu ich prebrúste, až kým nezapadnú. Kusy dreva môžete teraz zlepiť lepidlom na drevo. Hornú časť (doska s otvormi) by ste nemali lepiť, pretože potrebujeme vložiť všetky diely a v prípade problému musíme byť schopní otvoriť puzdro. majte na pamäti, že všetko spolu dotiahnete, kým schne (nechajte asi 24 hodín úplne stuhnúť).

3D tlač Teraz môžete vytlačiť kryt LCD a písmená nad tlačidlá (prípad LCD.stl a letter.stl). Odporúčam tieto nastavenia:- výška vrstvy 0,1 mm- rýchlosť 30 mm/s pre písmená a 60 mm/s pre LCD puzdro- Na puzdro LCD použite vrstvený chladiaci ventilátor, pretože má veľký previs- Podpora nie je potrebná. Po dokončení výtlačkov obrúste okraje, aby boli trochu hladké, a ak sa vám LCD nezmestí, skúste ho ešte prebrúsiť. malo by pasovať. Akonáhle je puzdro hotové a diely sú vytlačené, môžete začať montovať všetko. Vložte LCD do krytu LCD a do otvoru na zadnej strane vložte konektor zvukového konektora pre pedál. Prilepte konektor LCD a konektora na miesto.. Teraz prilepte kryt LCD na drevo, lepidlo môžete dať na okraj v spodnej časti krytu LCD. Teraz prilepte písmená tlačidiel na vrch tlačidiel. V závislosti od toho, aký reproduktor máte, ho môžete nalepiť na miesto, mať reproduktor s malou mriežkou, ktorý používa 4 otvory okolo otvoru pre reproduktor. V závislosti od toho, ako ste upravili otvor pre reproduktor pre váš reproduktor, sa tento krok môže líšiť. Prilepte ultrazvukový senzor na miesto pomocou dvoch otvorov v spodnej časti. Môžete tiež prilepiť dosky na chlieb, modul Arduino a modul zosilňovača zvuku na svoje miesto. ale toto nie je nevyhnutné. Pripojte všetko znova a ste hotoví, zapnite napájanie a užívajte si!

Krok 3: Známe problémy a obmedzenia

Tento nástroj nie je dokonalý. V prvom rade je to hračka, nie výrobok! Arduino nie je určené na používanie ako nástroj, takže si nemyslite, že načasovanie bude 100% správne. Vzhľadom na oneskorenie operácií v kóde nie je možné vykonať tento nástroj s presným načasovaním. - Niekedy má ultrazvukový senzor závadu, ktorá môže viesť k prehrávaniu náhodných tónov alebo k prehrávaniu nepresných tónov.

- Pri použití nástroja odporúčam používať plochý predmet, ako je kus lepenky alebo dreva, aby sa držal nad snímačom. Zakrivené povrchy odrážajú signály zo snímača, takže dochádza k prehrávaniu nepresných tónov. Môžete použiť ruku, ale držať ju čo najrovnejšie a stabilnejšie nad senzorom.- Neprepínanie z automatického prehrávania na vypnuté. Je to spôsobené chybou v kóde, ktorú som zatiaľ nenašiel. Vyriešiť to môžete stlačením tlačidla automatického prehrávania a súčasne stlačením pedála. Alebo ho môžete vypnúť a znova zapnúť.

- Oneskorenie pri prehrávaní tónu je spôsobené tým, že kód v arduine trvá niekoľko milisekúnd, čo nie je možné odstrániť, pretože arduino nie je určené na výrobu nástrojov.- nejaký kód je v holandčine, je to preto, že som holandský a nejaký anglický slová sa na LCD nezmestili. Snažil som sa toho urobiť čo najviac v angličtine.

Krok 4: Vylepšenia pre domácich majstrov

Po dokončení tohto postupu nie ste hotoví! Môžete sa pokúsiť zlepšiť svoje vlastné schopnosti a pridať k tomu funkcie, ktoré som nedokázal integrovať do časového rámca, ktorý som mal. Veci, ktoré by ste mohli vyskúšať:

- pridanie viacerých zvukov- prehrávanie viacerých tónov súčasne- pridanie ďalších reproduktorov- pridanie ďalších štýlov!- pridanie diód LED, ktoré tancujú s vašou hudbou