Stwórz sterowany wiatrem instrument MIDI: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Projekt ten został zgłoszony do "Creative Electronics", modułu 4-letniego BEng Electronics Engineering na Uniwersytecie w Maladze, Szkole Telekomunikacji.

Pierwotny pomysł narodził się dawno temu, ponieważ mój kolega Alejandro spędził ponad połowę życia grając na flecie. W ten sposób spodobała mu się idea elektronicznego instrumentu dętego. Więc to jest produkt naszej współpracy; głównym celem tego podejścia było uzyskanie estetycznie stonowanej konstrukcji, podobnej do klarnetu basowego.

Próbny:)

Kieszonkowe dzieci

• Płytka Arduino (wykorzystaliśmy SAV MAKER I, oparty na Arduino Leonardo).
• Czujnik ciśnienia powietrza MP3V5010.
• Tensometr FSR07.
• Rezystory: 11 z 4K7, 1 z 3K9, 1 z 470K, 1 z 2M2, 1 z 100K.
• Jeden potencjometr 200K.
• Jeden kondensator ceramiczny 33pF.
• Dwa kondensatory elektrolityczne 10uF i 22uF.
• Jeden LM2940.
• Jeden LP2950.
• Jeden LM324.
• Jeden MCP23016.
• Jedna płyta perforowana 30x20 otworów.
• 30 pinów, zarówno żeńskich, jak i męskich (jedna płeć dla Arduino, druga dla peleryny).
• Jedna para złączy HD15, zarówno męskich, jak i żeńskich (z nasadkami lutowniczymi).
• Pożycz rurkę termokurczliwą i taśmę izolacyjną od znajomego. Preferowany czarny.
• Dwie baterie litowo-jonowe 18650 i ich uchwyt na baterie.
• Przełącznik.
• Kabel USB Arduino.
• Przynajmniej 11 przycisków, jeśli chcesz poczuć jakość, nie używaj naszych.
• Jakiś rodzaj obudowy lub futerału. Wystarczyłaby drewniana deska o powierzchni około jednego metra kwadratowego.
• Pół metra wężyka PCV 32mm na zewnątrz.
• Złącze PCV 67 stopni dla poprzedniej rury.
• Jedna redukcja PVC z 40mm na 32mm (zewnętrzna).
• Jedna redukcja PVC z 25mm na 20mm (zewnętrzna).
• Pusta butelka betadyny.
• Ustnik do saksofonu altowego.
• Stroik do saksofonu altowego.
• Ligatura saksofonu altowego.
• Trochę piany.
• Dużo przewodów (zalecany przewód audio, ponieważ łączy się go w parę czerwono-czarną).
• Niektóre śruby.
• Czarna matowa farba w sprayu.
• Matowy lakier w sprayu.

Krok 1: Ciało

Po pierwsze, jako część karoserii wybrano rurę z PVC. Możesz wybrać inną średnicę, chociaż zalecamy średnicę zewnętrzną 32 mm i długość 40 cm, ponieważ czuliśmy się komfortowo z tymi wymiarami.

Gdy dostaniesz fajkę w swoje ręce, umieść układ znaków dla przycisków. To zależy od długości twoich palców. Teraz, po wykonaniu oznaczeń, wywierć odpowiedni otwór dla każdego przycisku. Zalecamy zacząć od cienkiego wiertła i zagłębić otwór, zwiększając średnicę wiertła. Również użycie wiertła przed wiertłem może poprawić stabilność.

Należy wprowadzić cztery niepodłączone przewody w celu późniejszego podłączenia manometru i czujnika ciśnienia powietrza; ten element (korpus) i szyja są sklejone rurą łączącą 67 stopni. Ta fajka została wytarta papierem ściernym i pomalowana na czarno.

Do połączenia tego elementu ze stopą użyliśmy łącznika redukcyjnego PVC od 40mm do 32mm (średnica zewnętrzna). W celu wzmocnienia połączenia dodano cztery wkręty do drewna. Pomiędzy przegubem redukcyjnym a korpusem wykonaliśmy wiertło i wprowadziliśmy szerszą śrubę, aby uzyskać stabilność. Zalecamy nawiercenie rur przed okablowaniem; w przeciwnym razie gwarantowana jest ruina.

Następnym krokiem jest przylutowanie przewodów do zacisków przycisków, odmierzenie długości do dołu i zarezerwowanie dodatkowej długości, aby uniknąć szczelnego połączenia. Gdy rura została już wytarta papierem ściernym i pomalowana na czarno (użyliśmy matowej czarnej farby w sprayu; nakładaj tyle warstw, ile chcesz, aż będzie ładnie wyglądać w świetle słonecznym), umieść przyciski od góry do dołu, oznaczając każdy z nich. Zalecamy użycie dwóch różnych kolorów przewodów (np. czarny i czerwony); ponieważ wszystkie są podłączone do masy na jednym ze swoich pinów, pozostawiliśmy czarny kabel wolny i oznaczyliśmy tylko czerwone kable. Przyciski zostały zakryte czarną taśmą izolacyjną, aby pasowały do wyglądu i ładnie się układały, nie spadając.

Przylutuj złącze żeńskie HD15 (dużo pomagają miseczki lutownicze), wykorzystując układ zaproponowany na schemacie w kroku 4 (lub własny) i połącz ze sobą masy. Należy pamiętać, że rurki termokurczliwe zapewniają dużą odporność na zwarcia.

Krok 2: Projekt stopy

Obwód użyty do tego projektu jest z założenia bardzo prosty. Dwie baterie litowe połączone szeregowo zasilają regulator napięcia LDO (low-dropout), który dostarcza 5 V ze swojego wyjścia do reszty obwodu. Wzmacniacze operacyjne LM324 służą zarówno do dostosowania zakresu dynamicznego czujnika ciśnienia powietrza (MP3V5010, 0,2 do 3,3 V), jak i zachowania manometru (rezystor o zmiennym nachyleniu ujemnym) do wejść analogowych płyty Arduino (0 do 5 woltów). Tak więc w pierwszym zastosowano bezinwerter o regulowanym wzmocnieniu (1 < G < 3), a w drugim dzielnik napięcia plus wtórnik. Zapewniają one odpowiednie wahania napięcia. Aby uzyskać więcej informacji na temat tych urządzeń, kliknij tu i tam. Ponadto LP2950 zapewnia odniesienie do 3,3 V, które muszą być dostarczone do MP3V5010.

Każdy model z serii FSR (Force Sensing Resistor) wystarczy i chociaż 04 jest najładniejszy, użyliśmy 07 z powodu problemów z zapasami. Czujniki te zmieniają swoją rezystancję elektryczną w zależności od przyłożonej siły zginającej, a my przetestowaliśmy eksperymentalnie, że nie zmieniają się po dociśnięciu wzdłuż całej powierzchni. Początkowo był to błąd ze względu na miejsce, w którym zamierzaliśmy położyć kawałek, ale przyjęte rozwiązanie dobrze się sprawdziło i zostanie wyjaśnione w czwartym kroku.

Jednym z podstawowych elementów tablicy jest MCP23016. Jest to 16-bitowy ekspander we/wy I2C, który uznaliśmy za przydatny do obniżenia złożoności kodu (i być może także okablowania). Moduł jest używany jako 2-bajtowy rejestr tylko do odczytu; generuje przerwanie (wymusza logiczne „0”, a więc rezystor podciągający jest potrzebny do ustawienia logicznego „1”) na swoim szóstym pinie, gdy zmieni się jakakolwiek z jego wartości rejestru. Arduino jest zaprogramowane do wyzwalania przez nachylenie tego sygnału; potem żąda danych i dekoduje je, aby wiedzieć, czy nuta jest ważna, czy nie, a jeśli tak, przechowuje ją i używa do zbudowania następnego pakietu MIDI. Każdy z przycisków ma dwa zaciski, połączone odpowiednio z masą i rezystorem podciągającym (4,7 K) do 5 woltów. Tak więc, po jego naciśnięciu, logiczne „0” jest odczytywane przez urządzenie I2C, a logiczne „1” oznacza zwolnienie. Para RC (3.9K i 33p) konfiguruje swój wewnętrzny zegar; piny 14 i 15 to odpowiednio sygnały SCL i SDA. Adres I2C dla tego urządzenia to 0x20. Więcej szczegółów znajdziesz w arkuszu danych.

Układ połączeń, którego użyliśmy do okablowania złącza HD15, oczywiście nie jest wyjątkowy. Zrobiliśmy to w ten sposób, ponieważ trasa była łatwiejsza na wykonanej przez nas płytce drukowanej, a ważnym punktem jest utrzymanie przejrzystej listy węzłów i odpowiednich przycisków. Nie trzeba mówić, ale to zrobię; przyciski mają dwa zaciski. Jeden z nich (niewyraźnie) jest podłączony do odpowiedniego węzła na złączu HD15, podczas gdy drugi jest podłączony do masy. W ten sposób wszystkie przyciski mają to samo uziemienie i są podłączone tylko do jednego styku złącza HD15. Przedstawiony przez nas obraz przedstawia widok z tyłu złącza męskiego, czyli widok z przodu pary żeńskiej. Przylutuj przewody ostrożnie, nie chcesz ich pomylić, zaufaj nam.

Aby było jasne, zaprojektowaliśmy obwód do podłączenia Arduino. Powinno być wystarczająco dużo miejsca, aby obwód zmieścił się pod nim, więc pudełko może być mniejsze niż nasze. Proponowany układ budynku przedstawia poniższy obrazek. Użyliśmy silikonu do przyklejenia uchwytu baterii do wnętrza pudełka, wywierciliśmy pelerynę na jej krawędziach i użyliśmy śrub, aby ją w ten sposób zamocować.

Do połączenia tego elementu z korpusem zastosowaliśmy mufę redukcyjną PVC od 40mm do 32mm (średnica zewnętrzna). W celu wzmocnienia połączenia dodano cztery wkręty do drewna. Pomiędzy przegubem redukcyjnym a korpusem wykonaliśmy wiertło i wprowadziliśmy szerszą śrubę, aby uzyskać stabilność. Uważaj, aby nie uszkodzić przewodów.

Krok 3: Montaż ustnika

To chyba najważniejsza część montażu. Opiera się wyłącznie na schemacie pokazanym na pierwszym obrazku. Nadwymiarowa część jest wystarczająco duża, aby zmieścić się w 32 mm (zewnętrznej) rurce PCV.

Projektując ten element (szyjkę), zdecydowaliśmy się użyć płytki PCB do montażu MP3V5010, choć można to zignorować. Zgodnie z PDF, używane zaciski to 2 (zasilanie 3,3 V), 3 (masa) i 4 (sygnał elektryczny ciśnienia powietrza). W związku z tym, aby uniknąć zamawiania płytki drukowanej w tym celu, sugerujemy odcięcie nieużywanych pinów i przyklejenie komponentu do rury PCV po zakończeniu okablowania. To najprostszy sposób, o którym moglibyśmy pomyśleć. Ponadto ten czujnik ciśnienia ma dwa pokrętła pomiarowe; chcesz pokryć jedną z nich. To poprawia jego reakcję. Zrobiliśmy to, wprowadzając maleńki kawałek metalu do rurki termokurczliwej, zakrywając pokrętło i podgrzewając rurkę.

Pierwszą rzeczą, którą chcesz zrobić, to znaleźć kawałek o stożkowym kształcie, który mógłby zmieścić się w rurce czujnika ciśnienia powietrza, jak pokazano na drugim obrazku. To jest żółty kawałek na poprzednim schemacie. Za pomocą maleńkiego wiertła lub cienkiej końcówki lutowniczej wytnij wąski otwór na szczycie stożka. Sprawdź, czy pasuje ciasno; jeśli nie, zwiększaj średnicę otworu, aż tak się stanie. Kiedy to skończysz, chcesz znaleźć kawałek, który będzie pasował do poprzedniego, zakrywając go, aby utrudnić przepływ powietrza na zewnątrz. W rzeczywistości chcesz sprawdzać na każdym kroku, czy powietrze nie ucieka z obudowy; jeśli tak, spróbuj dodać silikon na złączach. Powinno to zaowocować następnym obrazem. Aby to pomogło, użyliśmy do tego celu butelki Betadine: żółty element to wewnętrzny dozownik, a element, który go przykrywa, to nakrętka z wycięciem na główce, aby przekształcić go w kształt tuby. Cięcie zostało wykonane gorącym nożem.

Kolejnym elementem była redukcja PVC z 25 (zewnętrzna) do 20 (wewnętrzna). Ten kawałek ładnie pasował do już ułożonej rurki, chociaż musieliśmy go wyszlifować i przykleić jego ścianki, aby utrudnić wspomniany przepływ powietrza. Na razie chcemy, żeby to była zamknięta wnęka. Na schemacie ten kawałek, o którym mówimy, jest ciemnoszarym, który znajduje się bezpośrednio za żółtym. Po dodaniu tego utworu gryf instrumentu jest prawie gotowy. Następnym krokiem jest wycięcie kawałka z rury PCV o średnicy 32 mm (zewnętrznej) i wywiercenie w jej środku otworu, aby przewody manometru wyszły na zewnątrz. Przylutuj cztery przewody, o których wspomnieliśmy wcześniej w kroku 1, jak pokazano na następnym schemacie, i przyklej szyjkę do złącza kątowego (po pomalowaniu na czarno, ze względów estetycznych).

Ostatnim krokiem jest wygodne uszczelnienie ustnika. Aby wykonać to zadanie, użyliśmy stroika do saksofonu altowego, czarnej taśmy izolacyjnej i ligatury. Manometr znajdował się pod trzciną przed nałożeniem taśmy; połączenia elektryczne z manometrem zostały wzmocnione czarnymi rurkami termokurczliwymi. Ten utwór jest przeznaczony do wyciągania, aby po pewnym czasie gry można było wyczyścić ubytek. Wszystko to widać na dwóch ostatnich zdjęciach.

Krok 4: Oprogramowanie

Pobierz i zainstaluj Virtual MIDI Piano Keyboard, tutaj jest link.

Logiczny sposób wykonania tego kroku jest następujący: najpierw pobierz szkic Arduino dostarczony w tej instrukcji i załaduj go na płytę Arduino. Teraz uruchom VMPK i uprzejmie sprawdź swoje ustawienia. Jak pokazano na pierwszym obrazku, „Połączenie wejściowe MIDI” powinno być twoją płytą Arduino (w naszym przypadku Arduino Leonardo). Jeśli używasz Linuksa, nie musisz niczego instalować, po prostu upewnij się, że plik VPMK ma właściwości pokazane na drugim rysunku.

Krok 5: Rozwiązywanie problemów

Przypadek 1. Wygląda na to, że system nie działa. Jeśli dioda Arduino nie świeci lub jest nieco ciemniejsza niż zwykle, sprawdź, czy system jest prawidłowo zasilany (patrz przypadek 6).

Przypadek 2. Wydaje się, że jest dym, ponieważ coś pachnie spaleniem. Prawdopodobnie gdzieś jest zwarcie (sprawdź wiązkę zasilania i przewodów). Może powinieneś dotknąć (ostrożnie) każdego elementu, aby sprawdzić jego temperaturę; jeśli jest cieplej niż zwykle, nie panikuj, po prostu wymień.

Przypadek 3. Arduino nie jest rozpoznawane (w środowisku Arduino IDE). Prześlij ponownie dostarczone szkice, jeśli problem będzie się powtarzał, upewnij się, że Arduino jest prawidłowo podłączone do komputera, a ustawienia Arduino IDE są ustawione na domyślne. Jeśli nic nie działa, rozważ wymianę Arduino. W niektórych przypadkach naciśnięcie przycisku resetowania podczas „kompilacji”, a następnie zwolnienie go podczas „przesyłania” może pomóc w przesłaniu szkicu.

Przypadek 4. Niektóre klawisze wydają się działać nieprawidłowo. Określ, który klucz nie działa. Przydatny może być test ciągłości lub możesz użyć dostarczonego szkicu do testowania przycisków; rezystor podciągający może nie być prawidłowo przylutowany lub przycisk jest uszkodzony. Jeśli klucze są w porządku, skontaktuj się z nami, ujawniając swój problem.

Przypadek 5. Nie mogę otrzymać żadnej notatki na VMPK. Sprawdź, czy Arduino jest prawidłowo podłączone do komputera. Następnie w VMPK wykonaj czynności przedstawione w kroku 3. Jeśli problem nie ustąpi, zresetuj przycisk lub skontaktuj się z nami.

Przypadek 6. Próba włączenia zasilania elektrycznego. Wykonaj kolejne pomiary: po zdjęciu Arduino z peleryny włącz włącznik. Umieść czarną sondę na bolcu uziemiającym (każdy wystarczy) i użyj czerwonej sondy, aby sprawdzić węzły zasilania. Na dodatniej płycie akumulatora powinien być spadek napięcia co najmniej 7,4 V, w przeciwnym razie należy naładować akumulatory. Na wejściu LM2940 powinien występować taki sam spadek napięcia, jak widać na schemacie. Na jego wyjściu musi być spadek o 5 woltów; tej samej wartości oczekuje się od LM324 (pin 4), MCP23016 (pin 20) i LP2950 (pin 3). Wyjście ostatniego powinno pokazywać wartość 3,3 wolta.