Realizați un instrument MIDI controlat de vânt: 5 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Acest proiect a fost trimis la „Creative Electronics”, un modul de Inginerie Electronică BEng în anul IV la Universitatea din Málaga, Școala de Telecomunicații.

Ideea originală s-a născut cu mult timp în urmă, deoarece colegul meu, Alejandro, și-a petrecut mai mult de jumătate din viață cântând la flaut. Astfel, el a găsit atrăgătoare ideea unui instrument electronic de suflat. Deci acesta este produsul cooperării noastre; obiectivul principal al acestei abordări a fost obținerea unei construcții estetice, asemănătoare cu cea a unui clarinet bas.

Demo:)

Provizii

• O placă Arduino (am folosit SAV MAKER I, bazat pe Arduino Leonardo).
• Un senzor de presiune a aerului, MP3V5010.
• Un manometru, FSR07.
• Rezistoare: 11 din 4K7, 1 din 3K9, 1 din 470K, 1 din 2M2, 1 din 100K.
• Un potențiometru de 200K.
• Un condensator ceramic de 33pF.
• Două condensatoare electrolice de 10uF și 22uF.
• Unul LM2940.
• Un LP2950.
• Unul LM324.
• Unul MCP23016.
• O placă perforată de 30x20 găuri.
• Anteturi cu 30 de pini, atât pentru femei, cât și pentru bărbați (un gen pentru Arduino, celălalt pentru pelerină).
• O pereche de conectori HD15, atât masculin, cât și feminin (cu cupe de lipit).
• Împrumutați tubul termocontractabil și banda izolatoare a unui prieten. Negrul a preferat.
• Două baterii Li-ion 18650 și suportul acestora.
• Un comutator.
• Un cablu USB Arduino.
• Cel puțin, 11 butoane, dacă doriți o senzație de calitate, nu le folosiți pe ale noastre.
• Un fel de incintă sau carcasă. O scândură de lemn de aproximativ un metru pătrat ar fi suficientă.
• O jumătate de metru de tub din PVC, 32 mm extern.
• Îmbinare din PVC de 67 de grade pentru tubul anterior.
• O reducere din PVC de la 40mm la 32mm (extern).
• O reducere din PVC de la 25mm la 20mm (extern).
• O sticlă goală de Betadine.
• O muștiuc pentru saxofon înalt.
• O trestie de saxofon alto.
• O ligatură saxofon înalt.
• Niște spumă.
• Multă sârmă (se recomandă sârmă audio, deoarece merge în pereche roșu-negru).
• Niște șuruburi.
• Vopsea spray neagră mată.
• Lac spray mat.

Pasul 1: Corp

În primul rând, a fost aleasă o țeavă din PVC pentru a face parte din corp. Puteți selecta un alt diametru, deși vă recomandăm un diametru exterior de 32 mm și o lungime de 40 cm, deoarece ne-am simțit confortabil cu aceste dimensiuni.

Odată ce ați obținut țeava în mâini, plasați un aspect de marcaj pentru butoane. Acest lucru depinde de lungimea degetelor. Acum, cu marcajele făcute, găuriți orificiul corespunzător pentru fiecare buton. Vă recomandăm să începeți cu un bit subțire și să măriți gaura care crește diametrul folosit pentru burghiu. De asemenea, utilizarea burinului înainte de burghiu poate îmbunătăți stabilitatea.

Ar trebui să introduceți patru fire neconectate pentru a conecta ulterior manometrul și senzorul de presiune a aerului; această piesă (corpul) și gâtul sunt lipite împreună cu o țeavă de îmbinare de 67 de grade. Această țeavă a fost șmirghelită și vopsită în negru.

Pentru a îmbina această piesă cu piciorul, am folosit o îmbinare de reducere din PVC de la 40mm la 32mm (diametru exterior). Au fost adăugate patru șuruburi pentru lemn pentru întărirea joncțiunii. Între articulația de reducere și corp, am făcut un burghiu și am introdus un șurub mai larg pentru a câștiga stabilitate. Vă recomandăm să găuriți tuburile înainte de cablare; în caz contrar, ruina este asigurată.

Următorul pas este să lipiți firele la terminalele butoanelor, măsurând lungimea până la partea inferioară și rezervând o lungime suplimentară pentru a evita strângerea conexiunii. Odată ce țeava a fost șlefuită și vopsită în negru (am folosit vopsea neagră mată; dați câte straturi doriți, până când arată bine sub lumina soarelui), introduceți butoanele de sus în jos, etichetând fiecare dintre ele. Vă recomandăm să utilizați două culori diferite pentru cabluri (de exemplu, negru și roșu); deoarece toți sunt conectați la masă pe unul dintre pinii lor, am lăsat cablul negru liber și am etichetat doar cablurile roșii. Butoanele au fost acoperite cu bandă izolatoare neagră pentru ca acestea să se potrivească aspectului și să se potrivească frumos fără să cadă.

Conectorul femelă de lipit HD15 (cupele de lipit ajută foarte mult), utilizând aspectul propus în diagrama pasului 4 (sau al dvs.), și uniți terenul împreună. Rețineți că tuburile termocontractabile vor oferi o fiabilitate puternică împotriva scurtcircuitelor.

Pasul 2: Designul piciorului

Circuitul utilizat pentru acest design este, în rădăcina sa, foarte simplu. Două baterii cu litiu în serie alimentează un regulator de tensiune LDO (low-dropout), care furnizează 5V de la ieșire la restul circuitului. Amplificatoarele operaționale ale LM324 au scopul atât de adaptare a gamei dinamice a senzorului de presiune a aerului (MP3V5010, 0,2 până la 3,3 volți), cât și a comportamentului manometrului (rezistență variabilă a pantei negative) la intrările analogice ale plăcii Arduino (0 la 5 volți). Astfel, se utilizează un non-invertor cu câștig reglabil (1 <G <3) pentru primul și un divizor de tensiune plus un următor pentru cel de-al doilea. Acestea asigură o oscilație adecvată a tensiunii. Pentru mai multe detalii despre aceste dispozitive, faceți clic aici și acolo. De asemenea, LP2950 oferă o referință pentru cei 3,3 volți care trebuie furnizați către MP3V5010.

Orice model din seria FSR (Force Sensing Resistor) va fi suficient și, deși 04 este cel mai frumos, am folosit 07 din cauza problemelor de stoc. Acești senzori își schimbă rezistența electrică în funcție de forța de îndoire aplicată și am testat experimental că nu fac acest lucru atunci când sunt presate pe întreaga suprafață. Aceasta a fost inițial o greșeală din cauza locului în care urma să depunem piesa, dar soluția adoptată a făcut o treabă bună și va fi explicată în al patrulea pas.

Una dintre piesele fundamentale ale plăcii este MCP23016. Acesta este un I2C I / O Expander pe 16 biți pe care l-am considerat util pentru scăderea complexității codului (și, probabil, a cablării). Modulul este utilizat ca un registru de 2 octeți numai în citire; produce o întrerupere (forțează o logică „0” și, prin urmare, este nevoie de un rezistor de tracțiune pentru a seta o logică „1”) pe al șaselea pin, când se schimbă oricare dintre valorile sale de registru. Arduino este programat să fie declanșat de panta acestui semnal; după ce se întâmplă acest lucru, el solicită datele și le decodifică pentru a ști dacă nota este validă sau nu, iar dacă este, o stochează și o folosește pentru a construi următorul pachet MIDI. Fiecare dintre butoane are două terminale, conectate la masă și la un rezistor de tracțiune (4,7K) la 5 volți, respectiv. Astfel, când este apăsat, un dispozitiv I2C citește un „0” logic, iar un „1” logic este eliberat. Perechea RC (3.9K și 33p) își configurează ceasul intern; pinii 14 și 15 sunt semnale SCL și respectiv SDA. Adresa I2C pentru acest dispozitiv este 0x20. Consultați fișa tehnică pentru detalii suplimentare.

Aspectul conexiunii pe care l-am folosit pentru cablarea conectorului HD15 nu este, desigur, unic. Am făcut-o astfel, deoarece a fost mai ușor de rutat pe PCB pe care l-am realizat, iar punctul important constă în păstrarea unei liste clare a nodurilor și a butoanelor respective. Inutil să spun, dar o voi face; butoanele au două terminale. Unul dintre ele (în mod indistinct) este conectat la nodul respectiv de pe conectorul HD15, în timp ce celălalt este conectat la masă. Astfel, toate butoanele au același teren și sunt conectate la un singur pin al conectorului HD15. Imaginea pe care o oferim este imaginea din spate a conectorului masculin, adică imaginea din față a perechii feminine. Împingeți firele cu atenție, nu doriți să le conectați greșit, aveți încredere în noi.

Pentru a fi clar, am proiectat circuitul pentru ca Arduino să fie conectat la acesta. Ar trebui să existe suficient spațiu pentru ca circuitul să se potrivească sub el, astfel încât cutia să poată fi mai mică decât a noastră. Structura propusă a clădirii este oferită în imaginea de mai jos. Am folosit silicon pentru a lipi piesa suportului bateriilor de interiorul cutiei, am forat pelerina pe margini și am folosit șuruburi pentru a o fixa în acest fel.

Pentru a îmbina această piesă cu corpul, am folosit o îmbinare de reducere din PVC de la 40mm la 32mm (diametru exterior). Au fost adăugate patru șuruburi pentru lemn pentru întărirea joncțiunii. Între articulația de reducere și corp, am făcut un burghiu și am introdus un șurub mai larg pentru a câștiga stabilitate. Aveți grijă să nu deteriorați firele.

Pasul 3: Asamblarea muștiucului

Aceasta este probabil cea mai importantă parte a ansamblului. Se bazează pur pe diagrama prezentată în prima imagine. Partea supradimensionată este suficient de mare pentru a se potrivi în tubul din PVC (extern) de 32 mm.

La proiectarea acestei piese (gâtul), am decis să folosim un PCB pentru montarea MP3V5010, deși îl puteți ignora. Conform PDF, terminalele utilizate sunt 2 (alimentare de 3,3 volți), 3 (masă) și 4 (semnalul electric de presiune a aerului). Astfel, pentru a evita comanda unui PCB pentru această chestiune, vă sugerăm să tăiați pinii neutilizați și să lipiți componenta pe tubul din PVC după terminarea cablării. Acesta este cel mai simplu mod la care ne-am putea gândi. De asemenea, acest senzor de presiune are două butoane de detectare; vrei să acoperi una dintre ele. Acest lucru îi îmbunătățește răspunsul. Am făcut-o introducând o mică bucată de metal într-un tub termocontractabil, acesta acoperind butonul și încălzind tubul.

Primul lucru pe care doriți să-l faceți este să găsiți o piesă cu o formă conică care să se potrivească în tubul senzorului de presiune a aerului, așa cum se arată în a doua imagine. Aceasta este piesa galbenă din diagrama anterioară. Cu ajutorul unui burghiu mic sau a unui vârf subțire de fier, lipiți o gaură îngustă în vârful conului. Testați dacă se potrivește bine; dacă nu, continuați să creșteți diametrul găurii până când se face. Când aceasta este terminată, doriți să găsiți o piesă care se potrivește cu cea anterioară, acoperind-o astfel încât să împiedice fluxul de aer spre exterior. De fapt, doriți să testați la fiecare pas pe care îl faceți, aerul nu scapă din incintă; dacă da, încercați să adăugați silicon la articulații. Acest lucru ar trebui să ducă la următoarea imagine. Pentru a ajuta, am folosit o sticlă Betadine în acest scop: piesa galbenă este distribuitorul intern, în timp ce piesa care o acoperă este capacul cu o tăietură pe cap pentru ao transforma într-o formă de tub. Tăierea a fost făcută cu un cuțit fierbinte.

Următoarea piesă a fost o reducere a PVC-ului de la 25 (extern) la 20 (intern). Această piesă s-a încadrat frumos în tubulatura deja amenajată, deși trebuia să o șlefuim și să lipim pereții pentru a împiedica fluxul de aer menționat. Deocamdată, dorim ca aceasta să fie o cavitate închisă. În diagramă, această piesă despre care vorbim este cea gri închis care o urmează direct pe cea galbenă. Odată adăugată această piesă, gâtul instrumentului este aproape terminat. Următorul pas este să tăiați o bucată din tubul din PVC cu diametrul de 32 mm (extern) și să faceți o gaură în centrul său, lăsând firele manometrului să iasă. Lipiți cele patru fire pe care le-am menționat anterior la pasul 1, așa cum se arată în următoarea diagramă, și lipiți gâtul de joncțiunea unghiulară (după ce l-ați vopsit în negru, în scopuri estetice).

Ultimul pas este de a sigila piesa bucală în mod convenabil. Pentru a îndeplini această sarcină, am folosit o trestie de sax alto, bandă izolatoare neagră și o ligatură. Manometrul a fost situat sub stuf, înainte de a aplica banda; conexiunile electrice la manometru au fost întărite cu tuburi negre de termocontractare. Această piesă este concepută pentru a fi extrasă, astfel încât cavitatea să poată fi curățată după o perioadă de timp. Toate acestea pot fi văzute în ultimele două imagini.

Pasul 4: Software

Vă rugăm să descărcați și să instalați Virtual MIDI Piano Keyboard, aici este linkul.

Modul logic de a efectua acest pas este următorul: mai întâi, descărcați schița Arduino furnizată în acest Instructables și încărcați-o pe placa Arduino. Acum, lansați VMPK și verificați cu amabilitate setările. După cum se arată în prima imagine, „Conexiune MIDI de intrare” ar trebui să fie placa dvs. Arduino (în cazul nostru Arduino Leonardo). Dacă utilizați Linux, nu este nevoie să instalați nimic, asigurați-vă că fișierul dvs. VPMK are proprietățile prezentate în a doua figură.

Pasul 5: Depanare

Cazul 1. Sistemul nu pare să funcționeze. Dacă LED-ul Arduino nu este aprins sau este ușor mai întunecat decât de obicei, vă rugăm să verificați dacă sistemul este alimentat corect (consultați cazul 6).

Cazul 2. Se pare că există fum, deoarece ceva miroase a ars. Probabil, există un scurtcircuit undeva (verificați cablurile de alimentare și cablurile). Poate ar trebui să atingeți (cu precauție) fiecare componentă pentru a-i verifica temperatura; dacă este mai cald decât de obicei, nu intrați în panică, doar înlocuiți-l.

Cazul 3. Arduino nu este recunoscut (în IDE Arduino). Încărcați din nou schițele furnizate, dacă problema persistă, asigurați-vă că Arduino este atașat corect la computer și că setările IDE Arduino sunt setate la valorile implicite. Dacă nimic nu funcționează, luați în considerare înlocuirea Arduino. În unele cazuri, apăsarea butonului de resetare în timp ce „compilați”, apoi eliberarea acestuia în timp ce „încărcați”, vă poate ajuta la încărcarea schiței.

Cazul 4. Unele taste par să funcționeze defectuos. Vă rugăm să izolați cheia care nu funcționează. Un test de continuitate poate fi util sau puteți utiliza schița furnizată pentru testarea butoanelor; este posibil ca rezistența de tragere să nu fie lipită corect sau butonul să fie defect. Dacă tastele sunt în regulă, vă rugăm să ne contactați pentru a vă expune problemele.

Cazul 5. Nu pot primi nicio notă despre VMPK. Vă rugăm să verificați dacă Arduino este atașat corect la computer. Apoi, pe VMPK, urmați pașii indicați la pasul 3. Dacă problema continuă, efectuați o resetare a butonului sau contactați-ne.

Cazul 6. Testul de pornire electrică. Efectuați următoarele măsurători: după ce ați scos Arduino de pe pelerină, porniți comutatorul. Așezați sonda neagră pe știftul de la sol (oricine va fi suficient) și utilizați sonda roșie pentru a verifica nodurile de alimentare. La placa pozitivă a bateriei ar trebui să existe cel puțin o cădere de tensiune de 7,4 volți, în caz contrar, încărcați bateriile. Ar trebui să existe aceeași cădere de tensiune la intrarea LM2940, așa cum se vede în schemă. La ieșire, trebuie să existe o cădere de 5 volți; aceeași valoare este așteptată de la LM324 (pinul 4), MCP23016 (pinul 20) și LP2950 (pinul 3). Ieșirea ultimului ar trebui să arate o valoare de 3,3 volți.