Ultradźwiękowy inteligentny instrument: 4 kroki (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Cel, powód

Jest to przyrząd, który wykorzystuje czujnik ultradźwiękowy do pomiaru odległości obiektu (może to być Twoja ręka). Dzięki temu nuta jest wybierana do grania, w różnych trybach instrument gra różne rzeczy. Może to być pojedyncza nuta (dla użycia instrumentu jako bas) lub wiele nut w sekwencji (dla użycia jako syntezator).

Polecam to zrobić tylko wtedy, gdy masz podstawową wiedzę na temat elektroniki i lutowania.

Narzędzia:

- Drukarka 3D o minimalnym polu zadruku 12x8cm - Wycinarka laserowa lub maszyna CNC o minimalnym polu roboczym 300x200mm - Sprzęt do szlifowania - Pistolet do klejenia na gorąco - Lutownica - Ściągacz izolacji

Materiały:

- Drewno (MDF) o grubości 3mm Całkowity wymagany rozmiar to 600x400mm, ale możesz wyciąć każdą część z mniejszych desek, minimalna wymagana strona to 300x200mm (jest to wymiar zewnętrzny potrzebnej części, więc pamiętaj, że nie należy odciąć, jeśli używasz tej metody)

- Głośnik (średnica zewnętrzna 5W 8Ohm 93mm) najprawdopodobniej będziesz musiał edytować wymiary otworu głośnika, ponieważ nie wszystkie głośniki są takie same - Arduino (UNO) - Kable Dupont 20 i 10 cm 22 x 10 cm męskie - męskie 10 x 20 cm męskie - żeńskie 4 x 20 cm żeńskie - żeńskie (kable 10cm) (kable 20cm)

- drut ok. 2x60cm (grubość 2mm, ale to nie ma większego znaczenia)

- 2 pierścienie ferrytowe (do redukcji szumów, nie wymagane do działania, ale zalecane) - 4 przyciski (16 mm) (przyciski 16 mm)

- 1 pedał fortepianowy- 20x4 LCD z adapterem I2C (20x4 LCD z adapterem I2C)

- Moduł wzmacniacza audio TDA2030A (moduł wzmacniacza audio TDA 2030)

- Źródło zasilania Arduino 5V lub odcięty kabel USB do użycia z power bankiem - Gniazdo audio jack 3,5 mm (port jack audio 3,5 mm (nie dokładnie taki sam, jak ja)) (2. opcja)

- Rurki termokurczliwe (2 mm) (zestaw rurek termokurczliwych) - Mała płytka stykowa (opcjonalnie można również zlutować przewody razem, gdy tego używam) (Mini Breadboard)

Proces projektowania i historia

Zrobiłem ten instrument do szkolnego projektu, musiałem zaprojektować i zbudować inteligentny obiekt. Po krótkiej burzy mózgów wpadłem na pomysł zbudowania instrumentu, który odtwarzałby wiele dźwięków, gdy użytkownik po prostu podał instrument 1.

Kiedy po raz pierwszy zaprojektowałem ten instrument, wyglądał nieco inaczej i miał kilka innych funkcji niż produkt końcowy. Moje pierwsze kryterium dla tego instrumentu, gdzie powinien być w stanie odtwarzać różne dźwięki (takie jak dźwięk pianina lub gitary) i grać akordy. Jednak po kilku poprawkach nie mogłem wymyślić, jak odtwarzać pliki dźwiękowe z karty SD, dźwięk ciągle się psuł. Więc w późniejszej iteracji zdecydowałem, że instrument powinien po prostu odtwarzać sygnały PWM, które również brzmią ładnie. W tym momencie zmieniło się to z pianina z czujnikiem ultradźwiękowym w inteligentną wersję Theramina.

Podczas programowania kilku innych funkcji zdałem sobie sprawę, że nie będę w stanie odtwarzać wielu tonów jednocześnie na jednym głośniku w ramach czasowych tego projektu. Postanowiłem więc zrobić z niego syntezator, który zamiast grać wiele dźwięków jednocześnie, grał kilka nut po kolei.

W tym projekcie po raz pierwszy użyłem wycinarki laserowej i musiałem użyć programu Adobe Illustrator, więc mam nadzieję, że mogę wystarczająco dobrze wyjaśnić moją pracę.

Krok 1: Montaż komponentów (faza testowania)

Zanim zbudujemy całość, powinniśmy przetestować wszystkie nasze komponenty, aby wszystko działało.

Zacznij od przylutowania przewodów, które wymagają lutowania, są to: - Złącze jack audio, to są 2 przewody. Jeden przewód to uziemienie, a drugi to przewód sygnałowy. Prawdopodobnie jest więcej dostępnych połączeń, ponieważ wtyczka stereo ma sygnał R i L, po prostu używamy jednego. Jedynym sposobem sprawdzenia, który z nich potrzebujesz, jest przetestowanie podłączenia przewodu do jednego na raz i sprawdzenie, czy obwód jest zamknięty (możesz to przetestować za pomocą multimetru).

- 2 przewody na głośniku, dodatni i ujemny. - Przewody dodatnie i ujemne na 4 przyciskach. Możesz włożyć męską końcówkę przewodu do styków na przyciskach. Użyj rurki termokurczliwej, aby zaizolować przewody po zakończeniu lutowania

Teraz czas na podłączenie przewodów. Postępuj zgodnie ze schematem i zdjęciami, aby podłączyć odpowiednie przewody we właściwe miejsca.

Pierścienie ferrytowe Ponieważ arduino nie jest przeznaczone do audio, może zbierać zakłócenia elektromagnetyczne. Do kabla sygnału audio i przewodu głośnikowego można dodać pierścień ferrytowy. Można to zrobić, owijając drut 2 lub 3 razy wokół pierścienia ferrytowego. Powinno to pomóc zredukować lub całkowicie usunąć syczące dźwięki z instrumentu.

(opcja zasilania 1) zewnętrzne źródło zasilania nie przez ArduinoOpcjonalne jest dodawanie zasilania bezpośrednio do obwodu zamiast przez port zasilania arduino. Jeśli tego chcesz, powinieneś podłączyć przewody dodatnie i ujemne z zewnętrznego źródła zasilania do linii dodatnich i ujemnych na płytce stykowej. Powinien być przewód od strony dodatniej na płytce stykowej do pinu Vin (znajdującego się obok pinów GND) na arduino i przewód od strony ujemnej do pinu GND na arduino. (opcja zasilania 2) Zasilanie zewnętrzne podłączone do gniazdo zasilania arduino Jeśli chcesz użyć adaptera podłączonego do gniazda zasilania arduino należy podłączyć przewód z pinu arduino 5V do dodatniej strony płytki stykowej i przewód z pinu GND do strony ujemnej

Wgrywanie plików Teraz podłącz arduino do komputera i wgraj program. Zauważ, że musisz umieścić code.ino i pitches.h w folderze o nazwie code. W arduino IDE (program) musisz pobrać następujące biblioteki, jeśli ich nie masz: LiquidCrystal_I2C od Frank de BrabanderWire z adafruit (to należy już wbudować)

Krok 2: Tworzenie sprawy

Jeśli wszystko działa, możesz wykonać obudowę. Cięcie laserowe / CNC (zobacz wideo) Przed rozpoczęciem cięcia może być konieczne wyedytowanie otworów głośnika, aby pasowały do posiadanego głośnika. Mam głośnik z małą maskownicą, która wykorzystuje 4 otwory wokół otworu głośnika. Więc edytuj to najpierw, jeśli potrzebujesz.

Zacznij od cięcia drewna za pomocą wycinarki laserowej lub maszyny CNC. Plik, którego należy użyć, to Case_laser_cut.aiGdy masz części, które możesz przetestować, dopasuj je, jeśli są zbyt duże, po prostu je trochę przeszlifuj, aż do siebie pasują. Możesz teraz skleić kawałki drewna razem za pomocą kleju do drewna. Nie należy kleić górnej części (deski z otworami), ponieważ musimy włożyć wszystkie części i musimy mieć możliwość otwarcia walizki, jeśli jest jakiś problem. pamiętaj, że dokręcasz wszystko podczas wysychania (pozostaw na około 24 godziny do całkowitego stwardnienia).

Druk 3DTeraz możesz wydrukować obudowę lcd i litery nad przyciskami (Case LCD.stl i letters.stl)Polecam te ustawienia:- Wysokość warstwy 0.1mm- Prędkość 30mm/s dla liter i 60mm/s dla lcd obudowa- Użyj warstwowego wentylatora chłodzącego do obudowy LCD, ponieważ ma dużo zwisu- Wsparcie nie jest potrzebne Po zakończeniu wydruków wyszlifuj krawędzie, aby były nieco gładkie, a jeśli wyświetlacz LCD nie pasuje, spróbuj go jeszcze trochę zeszlifować, Powinno pasować. Po wykonaniu obudowy i wydrukowaniu części możesz rozpocząć montaż wszystkiego. Umieść wyświetlacz LCD w obudowie wyświetlacza LCD i umieść złącze audio jack dla pedału w otworze z tyłu. Przyklej złącze LCD i jack na miejscu. Teraz przyklej obudowę lcd do drewna, możesz nałożyć klej na wargę na spodzie obudowy lcd. Teraz przyklej litery przycisków na górze przycisków. W zależności od tego jaki masz głośnik możesz go przykleić na miejscu, ja mieć głośnik z małą maskownicą, która wykorzystuje 4 otwory wokół otworu głośnika. W zależności od tego, jak edytowałeś otwór głośnika dla głośnika, ten krok może być dla Ciebie inny. Przyklej czujnik ultradźwiękowy za pomocą 2 otworów na dole. Możesz również przykleić płytki stykowe, Arduino i moduł wzmacniacza audio na miejscu ale to nie jest konieczne. Podłącz wszystko ponownie i gotowe, włącz zasilanie i ciesz się!

Krok 3: Znane problemy i ograniczenia

Ten instrument nie jest idealny Przede wszystkim jest to zabawka, a nie produkt! Arduino nie jest przeznaczony do użytku jako instrument, więc nie myśl, że czas będzie w 100% poprawny. Ze względu na opóźnienia w operacjach w kodzie niemożliwe jest wykonanie tego instrumentu z dokładnym timingiem. - Czasami czujnik ultradźwiękowy ma usterkę, która może skutkować zagraniem losowej nuty lub zagraniem niedokładnych nut.

- Podczas korzystania z przyrządu zalecam używanie płaskiego przedmiotu, takiego jak kawałek tektury lub drewna, aby trzymać nad czujnikiem. Zakrzywione powierzchnie odbijają sygnały z czujnika, co skutkuje niedokładnym odtwarzaniem nut. Możesz użyć dłoni, ale trzymaj ją tak płasko i stabilnie nad czujnikiem, jak to możliwe. - Nie przełączaj się z powrotem z automatycznego odtwarzania na włączone. Jest to spowodowane błędem w kodzie, którego jeszcze nie znalazłem. Możesz go rozwiązać, naciskając przycisk autoodtwarzania i jednocześnie naciskając pedał. Lub możesz go wyłączyć i ponownie włączyć.

- Lag podczas grania nuty, to dlatego, że kod w arduino zajmuje kilka milisekund, których nie można usunąć, ponieważ arduino nie jest przeznaczone do robienia instrumentów. - część kodu jest po holendersku, ponieważ jestem Holendrem, a trochę angielskim słowa nie zmieściły się na wyświetlaczu LCD. Starałam się robić jak najwięcej po angielsku.

Krok 4: Ulepszenia DIY

Po zbudowaniu tego nie skończyłeś! Możesz spróbować poprawić własne umiejętności i dodać do tego funkcje, których nie mogłem zintegrować w ramach czasowych, które miałem. Rzeczy, które możesz wypróbować:

- dodawanie wielu dźwięków - odtwarzanie wielu tonów w tym samym czasie - dodawanie większej liczby głośników - Dodaj więcej stylów! - Dodaj diody led, które tańczą z twoją muzyką