Sonyfikacja danych biologicznych: 36 kroków

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

Generuj nuty MIDI na podstawie zmian przewodności galwanicznej na dwóch sondach.

Aby uzyskać najnowszą wersję kodu i zaktualizowane samouczki, przejdź na stronę electricforprogress.com i sprawdź mój projekt na github

Krok 1: Płytka bez lutowania

Kluczowym narzędziem w eksperymentach z elektroniką jest płytka do krojenia chleba Soldless. Umożliwiając użytkownikom łączenie ze sobą komponentów i łatwą rekonfigurację, tablica Breadboard umożliwia nowicjuszom w branży elektronicznej i doświadczonym inżynierom tworzenie prototypów projektów i łatwe łączenie systemów elektronicznych.

Deski do krojenia chleba mają szereg otworów, które są połączone elektrycznie. Poziome rzędy biegną przez tablicę stykową w listwach zaciskowych w 5 połączonych punktach i są oznaczone literami abcde i fghij. Duża przegroda na środku płytki stykowej oddziela poziome rzędy, co ułatwia korzystanie z mikrochipów Dual Inline Package (DIP). Po bokach płytki stykowej znajdują się pionowe kolumny otworów, zwykle oznaczone czerwonymi i niebieskimi liniami. Te pionowe kolumny są używane najczęściej do połączeń zasilania (napięcie dodatnie i uziemienie) i są nazywane „Bus”. Będziemy podłączać wszystkie nasze połączenia dodatnie i uziemiające do tych autobusów po każdej stronie płytki stykowej. Na późniejszym etapie połączymy ze sobą Grounds i Positive Busy po każdej stronie płytki stykowej.

Aby „połączyć” dwa elementy elektroniczne, po prostu umieszczamy wyprowadzenia (lub „nóżki”) części w sąsiednich poziomych otworach. Pozwala to użytkownikowi połączyć ze sobą wiele komponentów za pomocą każdego poziomego rzędu 5 punktów.

Krok 2: Wstaw zegar 555

Timer 555 to 8-pinowy mikrochip DIP, który skonfigurujemy jako astabilny multiwibrator zdolny do pomiaru przewodności elektrycznej. Zorientuj chip tak, aby Pin 1 był na górze - zobaczysz małe kółko w pobliżu pinu 1 na chipie, zobacz także schemat, który identyfikuje każdy z pinów timera 555.

Umieść zegar 555 na dole deski do krojenia chleba. Płytka stykowa jest ułożona ze szczeliną pośrodku, mikrochip powinien rozciągać się w poprzek tej szczeliny. Rzędy płytki prototypowej są ponumerowane, wstawimy timer 555 w rzędach 27, 28, 29 i 30, z pinem 1 w rzędzie 27.

Krok 3: Pin 1 do uziemienia

Podłączając pin 1 555 do uziemienia, dodaj przewód połączeniowy z wiersza 27 kolumny A do szyny uziemiającej.

Krok 4: Kondensator czasowy C1

Podłącz kondensator czasowy C1 (0,0042uF) między pinem 1 i pinem 2 timera 555. Włóż maleńki niebieski kondensator do rzędów 27 i 28 w kolumnie B.

Ten kondensator ustawia ogólny zakres częstotliwości timera, tutaj używamy bardzo małej wartości, aby uzyskać najwyższą rozdzielczość impulsów z 555, gdy mierzymy fluktuacje pojemności elektrycznej na dwóch sondach.

Krok 5: Odłączanie kondensatora C2

Podłącz kondensator C2 odsprzęgający wysokiej częstotliwości (1uF) do bieguna dodatniego i masy timera 555, styków 1 i 8 w rzędzie 27, w kolumnie D i G.

Pomocne może być przycięcie nóżek kondensatora w celu lepszego dopasowania do płytki stykowej, ale należy uważać, aby pozostawić wystarczająco dużo miejsca, aby nóżki obejmowały mikrochip i w pełni łączyły się z gniazdami płytki stykowej.

Krok 6: Odłączanie kondensatora elektrolitycznego C3

Podłącz kondensator elektrolityczny C3 (41uF) odsprzęgający niskie częstotliwości do bieguna dodatniego i masy timera 555, styków 1 i 8 w rzędzie 27, w kolumnie C i H.

Zwróć uwagę, że kondensatory elektrolityczne są spolaryzowane, oznaczając ujemny koniec białym paskiem wzdłuż boku nasadki; upewnij się, że ujemna strona kondensatora trafia do kolumny C Pin 1 (uziemienie), a strona dodatnia kondensatora do kolumny H Pin 8 (dodatni).

Krok 7: Wyjście LED

Dodaj czerwoną diodę LED do styku 3 wyjścia 555 Timer Row 29 styku A i do szyny uziemiającej. Umieść dłuższy przewód diody LED (anody) w wierszu 29, kolumna A, z krótszą odnogą diody LED w jednym z otworów szyny uziemiającej.

**- Diody LED są spolaryzowane i muszą być włożone w prawidłowej orientacji. Nogę katody LED (ujemną) można rozpoznać po spłaszczonej krawędzi z boku diody LED, a dodatnią anodę można rozpoznać po dłuższej nodze. Biegunowość i kolor diody LED można zidentyfikować za pomocą prostej baterii guzikowej, wsuwając baterię między wyprowadzenia diody LED, zobaczysz świecenie diody LED lub nie, spróbuj obrócić baterię w przeciwnym kierunku. Dioda LED zaświeci się, gdy końcówka + akumulatora (szeroko płaska) zostanie podłączona do anody (dłuższa nóżka), a bateria - (mniejszy przycisk) do nóżki uziemienia katody. Chwyć baterię guzikową CR2032 3v i wypróbuj ją!

Po tym, jak wszystko działa w ostatnim kroku, możesz wrócić i w razie potrzeby przyciąć nogi diody LED.

UWAGA: we wszystkich normalnych warunkach pomiędzy pinem wyjściowym a diodą LED zostanie dodany rezystor. Aby uprościć budowę tego zestawu, pominięto rezystory ograniczające prąd. Do każdej diody dołączono w zestawie rezystory. Zmodyfikowane instrukcje zawierające rezystory ograniczające prąd zostaną dostarczone jako załącznik.

Krok 8: Zworka 555 Trigger to Threshold

Podłącz przewód połączeniowy między stykiem 2 i stykiem 6 timera 555, kolumna D, wiersz 28, kolumna D, wiersz 29, kolumna G.

To łączy próg i styki wyzwalające timera 555, które tworzą połączenie wejściowe dla elektrody pierwotnej.

Krok 9: Zworka 555 Zresetuj do V+

Podłącz pin 4 timera 555 do szyny dodatniej za pomocą przewodu połączeniowego Rząd 30 Kolumna D do szyny dodatniej

Podłącz pin 8 timera 555 do szyny dodatniej za pomocą przewodu połączeniowego Rząd 27 Kolumna I do szyny dodatniej

(dodaj obraz i krok dla 555 VCC do V+)

Krok 10: Rezystor R1 100K 555 rozładowania do szyny dodatniej

Podłącz rezystor R1 (100k) między pinem 7 555 a szyną dodatnią. Umieść jedną stronę rezystora w wierszu 28 w kolumnie J, a drugą stronę rezystora na szynie dodatniej.

Krok 11: Gniazdo wejściowe sondy

Wejście sondy to gniazdo mono 3,5 mm, które łączy się z płytką stykową za pomocą dwóch wlutowanych pinów. Chociaż jest to ciasne miejsce, kołki nagłówka przylutowane do gniazda będą pasować do rzędu 28 i 29 kolumny H.

Piny nagłówka zostały dodane do gniazd, aby ułatwić użytkownikowi zbudowanie zestawu. Należy pamiętać, że nadmierne naprężenie gniazda lub kołków może spowodować uszkodzenie połączenia lutowanego. Jeśli twój zestaw nie ma przylutowanych do gniazda kołków rozgałęźnych, zapoznaj się z załącznikiem zawierającym instrukcje lutowania gniazda i rozgałęźnika.

Krok 12: Dodatnia zworka magistrali

Podłącz szynę dodatnią po obu stronach płytki stykowej, wkładając przewód połączeniowy między najwyższymi najwyższymi punktami lewej i prawej (czerwonej) szyny zasilającej.

Krok 13: Zworka szyny uziemiającej

Podłącz szynę uziemiającą po obu stronach płytki stykowej, wkładając przewód połączeniowy między najwyższymi najwyższymi punktami po lewej i prawej (niebieskiej) szynie uziemiającej.

Krok 14: Testowanie galwanometru

Teraz jesteśmy gotowi do podłączenia kilku baterii i przetestowania Galwanometru, który właśnie zbudowaliśmy z 555 Timer.

Włóż 3 baterie AA do czarnego pojemnika na baterie, upewnij się, że wyłącznik zasilania na pudełku jest w pozycji „OFF”. Podłącz czerwony przewód pojemnika na baterie do szyny dodatniej płytki stykowej (czerwony), podłącz czarny przewód pojemnika na baterie do szyny uziemienia płytki stykowej (niebieskiej). Teraz przesuń wyłącznik zasilania na pojemniku na baterie do pozycji „ON”. Dioda LED powinna się zaświecić, wskazując, że timer 555 jest włączony.

Podłącz białe przewody elektrod (nie zawracaj sobie głowy używaniem samoprzylepnych podkładek) do gniazda 3,5 mm łączącego z galwanometrem. Dotykając palcami metalowych końcówek elektrod elektrod, będziesz mógł zobaczyć błysk diody LED w oparciu o zmiany przewodności. Bardzo delikatne dotknięcie elektrod może pokazać powolne włączanie i wyłączanie diody LED, przy bardzo mocnym ściśnięciu elektrod dioda LED miga bardzo szybko, wyglądając na świecącą lub lekko przyciemnioną.

Krok 15: Włóż DIP ATMEGA328 28-pinowy

Twój zestaw MIDIsprout jest dostarczany z wstępnie zaprogramowanym mikrokontrolerem ATMEGA328, z bezpiecznikami ustawionymi na 8 MHz na wewnętrznym oscylatorze (bezpieczniki: Low-E2 High-D9 Ext-FF) i fabrycznie załadowanym oprogramowaniem układowym MIDIsprout. Ten 28-pinowy DIP ma dwa równoległe rzędy po 14 pinów.

Włóż chip 328p na górze płytki stykowej, identyfikując Pin 1 za pomocą małego kółka na chipie, w rzędach 1-14 obejmujących DIP przez przerwę w kolumnach E i F.

**Aby łatwo przeprogramować i poeksperymentować, można dodać oscylator 16Mhz na pinach 9 i 10 płytki stykowej i zaprogramować za pomocą płytki arduino Uno z modyfikacjami kodu MIDIsprout. ATMEGA328 można również przeprogramować przez ICSP zewnętrznym programatorem (inne arduino) i labiryntem przewodów Jumper;)

**Również jako dodatek, zestaw MIDIsprout można zbudować przy użyciu poprzednich kroków, aby złożyć galwanometr, z płytką stykową przymocowaną bezpośrednio do Arduino Uno! Czekać na dalsze informacje…

Dla porównania kod wczytany do aktualnej wersji MIDIsprout:

Kod Arduino:

Krok 16: Włącz ATMEGA328

Podłącz pin VCC na 328 do szyny dodatniej za pomocą zworki między kolumną A rzędu 7 i szyną dodatnią.

Krok 17: Uziemienie ATMEGA328

Przymocuj kołek uziemiający na 328 do szyny uziemiającej za pomocą zworki między wierszem 8 kolumną B a szyną uziemiającą.

Krok 18: Włącz ATMEGA328 (analogowo)

Podłącz pin napięcia analogowego na 328 do szyny dodatniej za pomocą zworki między wierszem 9 kolumną J a szyną dodatnią.

Krok 19: Uziemienie ATMEGA328 (analogowo)

Przymocuj kołek uziemiający na 328 do szyny uziemiającej za pomocą zworki między rzędem 7 kolumną J a szyną uziemiającą.

Krok 20: Wyjście timera 555 do wejścia ATMEGA328

Połącz pin wyjściowy timera 555 z pinem wejściowym 4 na 328 przewodem połączeniowym między pinem 3 timera 555 Rząd 29 kolumna D i rząd 4 kolumna D.

Tutaj wyjście cyfrowe 555 wyzwala pin przerwania w 328, INT0, który mierzy i porównuje czasy trwania impulsów.

Krok 21: Pokrętło

Dołączone pokrętło należy przygotować delikatnie zginając jego trzy nóżki (zginając jednocześnie wszystkie trzy) tak, aby pokrętło mogło stać w pionie. Włóż pokrętło po lewej stronie płytki stykowej w kolumnie A wiersze 19, 20 i 21.`

Krok 22: Pokrętło wycieraczki do wejścia analogowego ATMEGA328

Podłącz środkowy styk pokrętła do wejścia analogowego (A0) 328 za pomocą przewodu połączeniowego. Zamocuj zworkę między pokrętłem Rząd 20 Kolumna E i 328 (szpilka A0) Rząd 6 Kolumna G.

Krok 23: Gniazdo MIDI

Włóż gniazdo MIDI do płytki stykowej. Przygotuj gniazdo, identyfikując dwa spiczaste kołki montażowe znajdujące się z przodu gniazda MIDI i wyginając je w górę, aby wskazać przód gniazda MIDI. Umieść gniazdo MIDI po prawej stronie płytki stykowej, tak aby gniazdo było skierowane w prawą stronę. Włóż gniazdo MIDI do kolumny I i J, rzędów 18, 19, 21, 23 i 24. Pięć kołków gniazda MIDI będzie pasować (dobrze) do płytki stykowej, uważaj, aby nie naciskać zbyt mocno.

Krok 24: pin danych MIDI do ATMEGA328 Tx

Podłącz pin wyjściowy danych MIDI do pinu transmisji szeregowej ATMEGA328 (Tx), łącząc zworkę między kolumną F wiersz 23 (MIDI Data pin 5) a kolumną B wiersz 3 (328 Tx).

Krok 25: Rezystor zasilania MIDI do V+

Podłącz rezystor między pin zasilania MIDI (4) i V+ za pomocą rezystora 220 Ohm podłączonego do kolumny H Row 19 (zasilanie MIDI) i szyny dodatniej po prawej stronie płyty.

Krok 26: Zworka uziemienia MIDI

Podłącz pin uziemiający MIDI do szyny uziemiającej za pomocą przewodu połączeniowego między kolumną F wiersz 21 (uziemienie MIDI) a szyną uziemiającą.

Krok 27: Pokrętło dodatniego napięcia

Podłączyć kołek dodatniego napięcia pokrętła do szyny dodatniej za pomocą zworki między kolumną D wiersz 19 a szyną dodatnią.

Krok 28: Uziemienie pokrętła

Podłącz kołek uziemienia pokrętła do szyny uziemiającej za pomocą zworki między kolumną D rzędem 21 a szyną uziemiającą.

Krok 29: Diody (czerwone)

W MIDIsprout znajduje się 5 kolorowych diod LED, które zapewniają pokaz świetlny i wskazanie stanu odtwarzanych nut MIDI.

Podłącz anodę LED (czerwoną) – długą nogę do kolumny A, rząd 5, a katodę LED do szyny uziemiającej.

**- Dla uproszczenia, w tej wersji pominięto rezystory ograniczające prąd, zobacz załącznik, aby dowiedzieć się, jak dołączyć rezystory do diod LED.

Krok 30: diody LED (żółte)

Podłącz anodę LED (żółtą) - długą nogę do kolumny A rząd 11. Podłącz anodę LED (czerwoną) - długą nogę do kolumny A rząd 5 i katodę LED do szyny uziemiającej, a katodę LED do szyny uziemiającej.

Krok 31: Diody (zielone)

Połącz anodę LED (zieloną) – długą nogę do kolumny A, rząd 12, a katodę LED do szyny uziemiającej.

Krok 32: Diody (niebieskie)

Podłącz anodę LED (niebieską) – długą nogę do kolumny J, rząd 14, a katodę LED do szyny uziemiającej.

Krok 33: Diody (białe)

Podłącz anodę LED (białą) – długą nogę do kolumny J, rząd 13, a katodę LED do szyny uziemiającej.

Krok 34: Uchwyt zastępczy oscylatora kryształowego 16 MHz

Oscylator kwarcowy 16 MHz powinien być dodany do pinów 9 i 10 kolumny C ATMEGA328 rzędu 9 i 10. Część nie jest spolaryzowana i kryształ można włożyć do pinów 9 i 10 w dowolnej orientacji.

Krok 35: Akumulator

Podłącz zestaw akumulatorów do płytki stykowej, umieszczając czerwony przewód w szynie napięcia dodatniego płytki stykowej, a przewód tylny w szynie uziemienia płytki stykowej. Włóż 3 baterie AA i włącz pojemnik na baterie. Przy włączonym zasilaniu dioda LED przy galwanometrze 555 powinna się zaświecić.

Podłącz przewody elektrod do gniazda w dolnej części płytki stykowej i dotknij końcówek przewodów z dwoma przyciskami. Dioda Galwanometru powinna migać w odpowiedzi na przewodnictwo na palcach.

Krok 36: Sonyfikacja danych biologicznych

Gdy przewody elektrod zostaną dotknięte lub przymocowane za pomocą podkładek żelowych, program MIDIspout wykryje niewielkie zmiany w przewodności i przedstawi te zmiany jako nuty MIDI i kolorowe światła!

Podłączając kabel MIDI z gniazda MIDI na płycie, zestaw MIDIsprout można podłączyć do syntezatorów, klawiatur, generatorów dźwięku i komputerów obsługujących MIDI, aby wytwarzać dźwięki w reakcji na nuty MIDI.

Obracając pokrętło można regulować próg/czułość MIDIsprout. Zmniejszając próg, można wykryć mniejsze wahania przewodności z galwanometru; zwiększając próg, wymagane są większe zmiany w celu wytworzenia notatek. Podczas długotrwałych instalacji używam ustawienia niskiego progu, co powoduje przyjemny, bełkotliwy strumień danych MIDI. W przypadku publicznych interaktywnych wydarzeń z wieloma roślinami podnoszę próg dość wysoko, co powoduje, że nuty MIDI są wytwarzane tylko wtedy, gdy osoba zbliża się bardzo blisko lub fizycznie dotyka rośliny.