Направете MIDI инструмент с контролиран вятър: 5 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Този проект беше представен на „Creative Electronics“, модул за четвърта година от BEng Electronics Engineering в Университета в Малага, Училище по телекомуникации.

Първоначалната идея се роди отдавна, защото моят приятел, Алехандро, е прекарал повече от половината от живота си, свирейки на флейта. По този начин той намери привлекателна идеята за електронен духов инструмент. Така че това е продукт на нашето сътрудничество; основният фокус на този подход беше да се получи естетически трезва конструкция, подобна на тази на бас кларинет.

Демонстрация:)

Консумативи

• Дъска Arduino (използвахме SAV MAKER I, базиран на Arduino Leonardo).
• Сензор за въздушно налягане, MP3V5010.
• Теномер, FSR07.
• Резистори: 11 от 4K7, 1 от 3K9, 1 от 470K, 1 от 2M2, 1 от 100K.
• Един потенциометър от 200K.
• Един керамичен кондензатор от 33pF.
• Два електродни кондензатора от 10uF и 22uF.
• Един LM2940.
• Един LP2950.
• Един LM324.
• Един MCP23016.
• Една перфорирана дъска с отвори 30x20.
• 30 пинови заглавки, женски и мъжки (единият пол за Arduino, другият за носа).
• Един чифт конектори HD15, мъжки и женски (с чаши за запояване).
• Заемете термосвиваема тръба и изолираща лента на приятел. Предпочита се черно.
• Две литиево-йонни батерии 18650 и държачът им за батерии.
• Превключвател.
• USB кабел Arduino.
• Най -малко 11 бутона, ако искате качествено усещане, не използвайте нашите.
• Някакъв вид заграждение или калъф. Дървена дъска от около един квадратен метър би била достатъчна.
• Половин метър PVC тръби, 32 мм външни.
• 67 градуса PVC съединение за предишната тръба.
• Едно намаление на PVC от 40 мм на 32 мм (външно).
• Едно намаление на PVC от 25 мм на 20 мм (външно).
• Празна бутилка бетадин.
• Мундщук за алт саксофон.
• Алт саксофон тръстика.
• Лигатура на алт саксофон.
• Малко пяна.
• Много тел (препоръчително е аудио кабел, тъй като е в двойка червено-черно).
• Някои винтове.
• Матова черна спрей боя.
• Матов спрей лак.

Стъпка 1: Тяло

Първо, PVC тръба беше избрана да бъде част от тялото. Можете да изберете друг диаметър, въпреки че препоръчваме външен диаметър 32 мм и дължина 40 см, тъй като ни беше удобно с тези размери.

След като вземете тръбата в ръцете си, поставете маркировка за бутоните. Това зависи от дължината на пръстите ви. Сега, когато маркировките са направени, пробийте съответния отвор за всеки бутон. Препоръчваме да започнете с кльощав бит и да забиете дупката, увеличавайки диаметъра, използван за свредлото. Също така, използването на бурин преди тренировката може да подобри стабилността.

Трябва да въведете четири несвързани проводника, за да свържете по -късно манометъра и сензора за налягане на въздуха; това парче (тялото) и шията са залепени заедно с 67 градусова съединяваща тръба. Тази тръба беше шлифована и боядисана в черно.

За да съединим това парче с крака, използвахме PVC редукционна фуга от 40 мм до 32 мм (външен диаметър). Четири винта за дърво бяха добавени за укрепване на кръстовището. Между редукционната става и тялото направихме бормашина и въведохме по -широк винт, за да постигнем стабилност. Препоръчваме да пробиете тръбите преди окабеляването; в противен случай разрухата е гарантирана.

Следващата стъпка е да запоявате проводници към клемите на бутоните, като измервате дължината до долу и запазвате допълнителна дължина, за да избегнете затягането на връзката. След като тръбата е шлифована и боядисана в черно (използвахме матова черна боя за пръскане; нанесете колкото искате слоеве, докато изглежда добре на слънчева светлина), въведете бутоните отгоре надолу, като маркирате всеки от тях. Препоръчваме да използвате два различни цвята за кабелите (например черен и червен); тъй като всички те са свързани към земята на един от техните щифтове, оставихме черния кабел свободен и маркирахме само червените кабели. Бутоните бяха покрити с черна изолираща лента, за да съответстват на външния вид и да пасват добре, без да падат.

Запоявайте женския конектор HD15 (чашките за запояване помагат много), като използвате оформлението, предложено в диаграмата от стъпка 4 (или вашата собствена), и свържете обектите заедно. Имайте предвид, че термосвиваемите тръби ще осигурят силна надеждност срещу късо съединение.

Стъпка 2: Дизайн на краката

Схемата, използвана за този дизайн, е в корена си много проста. Две последователно литиеви батерии захранват регулатор на напрежение LDO (ниско отпадане), който захранва 5V от изхода си до останалата част на веригата. Операционните усилватели на LM324 служат както за адаптиране на динамичния диапазон на сензора за въздушно налягане (MP3V5010, 0,2 до 3,3 волта), така и за поведението на манометъра (променлив резистор с отрицателен наклон) към аналоговите входове на платката Arduino (0 до 5 волта). По този начин, неинверторът с регулируемо усилване (1 <G <3) се използва за първия, а делителят на напрежението плюс последовател за втория. Те осигуряват адекватно люлеене на напрежението. За повече подробности относно тези устройства, щракнете тук и там. Също така, LP2950 предоставя справка за 3.3 волта, които трябва да бъдат доставени към MP3V5010.

Всеки модел от серията FSR (Force Sensing Resistor) ще бъде достатъчен и въпреки че 04 е най -красивият, ние използвахме 07 поради проблеми със запасите. Тези сензори променят електрическото си съпротивление в зависимост от приложената сила на огъване и ние експериментално тествахме, че те не се натискат по цялата им повърхност. Първоначално това беше грешка поради мястото, където щяхме да поставим парчето, но приетото решение свърши добра работа и ще бъде обяснено в четвъртата стъпка.

Едно от основните елементи на платката е MCP23016. Това е 16-битов I2C I/O разширител, който сметнахме за полезен за намаляване на сложността на кода (и може би окабеляването). Модулът се използва като 2-байтов регистър само за четене; той произвежда прекъсване (принуждава логика „0“и затова е необходим издърпващ резистор, за да зададе логика „1“) на шестия си пин, когато някоя от стойностите на регистъра му се промени. Arduino е програмиран да се задейства от наклона на този сигнал; след като това се случи, той изисква данните и ги декодира, за да разбере дали бележката е валидна или не, и ако е така, той я съхранява и я използва за изграждане на следващия MIDI пакет. Всеки от бутоните има два терминала, свързани към земята и към издърпващ резистор (4.7K) до 5 волта, съответно. По този начин, когато се натисне, логическото „0“се чете от I2C устройството, а логическо „1“означава освободено. Двойката RC (3.9K и 33p) конфигурира своя вътрешен часовник; пинове 14 и 15 са SCL и SDA сигнали съответно. I2C адресът за това устройство е 0x20. Проверете листа с данни за повече подробности.

Разположението на връзката, което използвахме за окабеляване на конектора HD15, разбира се, не е уникално. Направихме го по този начин, защото беше по -лесно да се маршрутизира на печатната платка, която направихме, а важният момент се състои в поддържането на ясен списък с възлите и съответните им бутони. Излишно е да казвам, но ще го направя; бутоните имат два извода. Единият от тях (неразличимо) е свързан към съответния си възел на конектора HD15, а другият е свързан към земята. По този начин всички бутони имат една и съща маса и са свързани само с един щифт на конектора HD15. Изображението, което предоставяме, е изглед отзад на мъжкия конектор, тоест изглед отпред на женската двойка. Запоявайте кабелите внимателно, не искате да го свържете неправилно, повярвайте ни.

За да стане ясно, ние проектирахме веригата за Arduino да бъде свързана към нея. Трябва да има достатъчно място, за да може веригата да се побере под него и така кутията може да бъде по -малка от нашата. Предложеното оформление на сградата се предлага на снимката по -долу. Използвахме силикон, за да залепим частта на държача на батериите към вътрешността на кутията, пробихме носа по ръбовете му и използвахме винтове, за да го фиксираме по този начин.

За да съединим това парче с тялото, използвахме PVC редукционна фуга от 40 мм до 32 мм (външен диаметър). Четири винта за дърво бяха добавени за укрепване на кръстовището. Между редукционната става и тялото направихме бормашина и въведохме по -широк винт, за да постигнем стабилност. Внимавайте да не повредите проводниците.

Стъпка 3: Монтаж на мундщука

Това е може би най -важната част от монтажа. Той се основава изцяло на диаграмата, показана на първото изображение. Голямата част е достатъчно голяма, за да се побере в 32 мм (външна) PVC тръба.

Когато проектирахме това парче (шията), решихме да използваме печатна платка за монтиране на MP3V5010, въпреки че можете да го игнорирате. Според PDF, използваните терминали са 2 (захранване от 3.3 волта), 3 (заземяване) и 4 (електрически сигнал за налягане на въздуха). По този начин, за да избегнете поръчка на печатна платка по този въпрос, ви предлагаме да отрежете неизползваните щифтове и да залепите компонента към PVC тръбата, след като окабеляването приключи. Това е най -лесният начин, по който можем да мислим. Също така, този сензор за налягане има две сензорни копчета; искате да покриете един от тях. Това подобрява реакцията му. Направихме това, като въведохме малко метално парче в термосвиваща се тръба, което покрива копчето и нагрява тръбата.

Първото нещо, което искате да направите, е да намерите парче с конична форма, което може да се побере в тръбата на сензора за въздушно налягане, както е показано на второто изображение. Това е жълтото парче в предишната диаграма. С помощта на малка бормашина или тънък накрайник за спойка, издълбайте тясна дупка на върха на конуса. Тествайте дали приляга плътно; ако не, продължете да увеличавате диаметъра на отвора, докато го направи. Когато това приключи, искате да намерите парче, което се вписва около предишното, като го покрива така, че да възпрепятства въздушния поток навън. Всъщност искате да проверявате на всяка стъпка, която правите, че въздухът не излиза от заграждението; ако е така, опитайте да добавите силикон в ставите. Това трябва да доведе до следващото изображение. За да помогне, ние използвахме бутилка Betadine за тази цел: жълтото парче е вътрешният дозатор, докато парчето, което го покрива, е капачката с разрез на главата, за да го трансформира във форма на тръба. Разрезът е направен с горещ нож.

Следващото парче беше намаление на PVC от 25 (външно) на 20 (вътрешно). Това парче се вписва добре във вече подредената тръба, въпреки че трябваше да го шкуркаме и да залепим стените му, за да възпрепятстваме споменатия въздушен поток. Засега искаме това да е затворена кухина. В диаграмата това парче, за което говорим, е тъмносивото, което директно следва жълтото. След като това парче е добавено, гърлото на инструмента е почти завършено. Следващата стъпка е да изрежете парче от PVC тръбата с диаметър 32 мм (външен) и да пробиете отвор в центъра му, оставяйки проводниците на манометъра да излязат. Запоявайте четирите проводника, които споменахме по -рано в стъпка 1, както е показано на следващата диаграма, и залепете гърлото към ъгловия възел (след боядисване в черно, за естетически цели).

Последната стъпка е да запечатате мундщука удобно. За да бъде изпълнена тази задача, използвахме алт саксовидна тръстика, черна изолационна лента и лигатура. Манометърът е бил разположен под тръстиката, преди да се постави лентата; електрическите връзки към манометъра бяха подсилени с черни термосвиващи се тръби. Това парче е предназначено за извличане, така че кухината да може да бъде почистена след игра за известно време. Всичко това може да се види на последните две снимки.

Стъпка 4: Софтуер

Моля, изтеглете и инсталирайте Virtual MIDI Piano Keyboard, ето връзката.

Логичният начин за изпълнение на тази стъпка е следният: първо изтеглете скицата на Arduino, предоставена в тази инструкция, и я заредете на вашата дъска на Arduino. Сега стартирайте VMPK и любезно проверете настройките си. Както е показано на първото изображение, „Входна MIDI връзка“трябва да бъде вашата Arduino платка (в нашия случай Arduino Leonardo). Ако използвате Linux, няма нужда да инсталирате нищо, просто се уверете, че вашият VPMK файл има свойствата, показани на втората фигура.

Стъпка 5: Отстраняване на неизправности

Случай 1. Изглежда, че системата не работи. Ако светодиодът на Arduino не свети или е малко по -тъмен от обикновено, моля, проверете дали системата се захранва правилно (вижте случай 6).

Случай 2. Изглежда има дим, защото нещо мирише на изгоряло. Вероятно някъде има късо съединение (проверете захранването и проводниците). Може би трябва да докоснете (с повишено внимание) всеки компонент, за да проверите неговата температура; ако е по -горещо от обикновено, не се паникьосвайте, просто го сменете.

Случай 3. Arduino не се разпознава (в Arduino IDE). Качете отново предоставените скици, ако проблемът продължава, уверете се, че Arduino е правилно прикрепен към компютъра и настройките на Arduino IDE са зададени по подразбиране. Ако нищо не работи, помислете за подмяна на Arduino. В някои случаи натискането на бутона за нулиране по време на „компилиране“и след това освобождаването му при „качване“може да помогне за качването на скицата.

Случай 4. Някои ключове изглежда не функционират. Моля, изолирайте кой ключ не работи. Може да бъде полезен тест за непрекъснатост или можете да използвате предоставената скица за тестване на бутоните; издърпващият резистор може да не е запоен правилно или бутонът е дефектен. Ако ключовете са наред, моля, свържете се с нас, за да разкриете проблемите си.

Случай 5. Не мога да получа никаква бележка за VMPK. Моля, проверете дали Arduino е правилно прикрепен към компютъра. След това на VMPK изпълнете стъпките, показани в стъпка 3. Ако проблемът продължава, извършете нулиране на бутон или се свържете с нас.

Случай 6. Изпитване при включване на електрическото захранване. Извършете следните измервания: след като извадите Arduino от носа, включете превключвателя. Поставете черната сонда върху заземяващия щифт (всеки ще е достатъчен) и използвайте червената сонда, за да проверите възлите за захранване. На положителната плоча на батерията трябва да има поне спад на напрежението от 7,4 волта, в противен случай заредете батериите. Трябва да има същия спад на напрежението на входа на LM2940, както се вижда на схемата. На изхода му трябва да има спад от 5 волта; същата стойност се очаква от LM324 (щифт 4), MCP23016 (щифт 20) и LP2950 (щифт 3). Изходът на последния трябва да показва стойност от 3,3 волта.