Feu un instrument MIDI controlat pel vent: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Aquest projecte es va enviar a "Creative Electronics", un mòdul de 4t curs d'Enginyeria Electrònica de la Universitat de Màlaga, Facultat de Telecomunicacions.

La idea original va néixer fa molt de temps, perquè el meu company, Alejandro, ha passat més de la meitat de la seva vida tocant la flauta travessera. Així, va trobar atractiva la idea d’un instrument electrònic de vent. Per tant, aquest és el producte de la nostra cooperació; el focus principal d’aquest enfocament era obtenir una construcció estèticament sòlida, similar a la d’un clarinet baix.

Demostració:)

Subministraments

• Una placa Arduino (hem utilitzat el SAV MAKER I, basat en Arduino Leonardo).
• Un sensor de pressió d’aire, el MP3V5010.
• Un tensímetre, el FSR07.
• Resistències: 11 de 4K7, 1 de 3K9, 1 de 470K, 1 de 2M2, 1 de 100K.
• Un potenciòmetre de 200K.
• Un condensador ceràmic de 33pF.
• Dos condensadors electròlics de 10uF i 22uF.
• Un LM2940.
• Un LP2950.
• Un LM324.
• Un MCP23016.
• Un tauler perforat de 30x20 forats.
• Capçaleres de 30 pins, tant femenins com masculins (un gènere per a l'Arduino i l'altre per a la capa).
• Un parell de connectors HD15, tant masculins com femenins (amb gots de soldadura).
• Préstec el tub termoretràctil i la cinta aïllant d’un amic. Negre preferit.
• Dues bateries de ions de Li-18650 i el seu suport per a bateries.
• Un interruptor.
• Un cable USB Arduino.
• Com a mínim, 11 botons, si voleu tenir una sensació de qualitat, no utilitzen el nostre.
• Algun tipus de recinte o estoig. N’hi hauria prou amb un tauló de fusta d’aproximadament un metre quadrat.
• Mig metre de tubs de PVC, 32 mm externs.
• Junta de PVC de 67 graus per al tub anterior.
• Una reducció de PVC de 40 mm a 32 mm (externa).
• Una reducció de PVC de 25 mm a 20 mm (externa).
• Una ampolla buida de Betadine.
• Un embocadura de saxo alt.
• Una canya de saxo alt.
• Una lligadura de saxo alt.
• Una mica d'escuma.
• Molts fils (es recomana un cable d’àudio, ja que va en parell vermell-negre).
• Uns cargols.
• Pintura en aerosol negre mat.
• Laca esprai mat.

Pas 1: cos

En primer lloc, es va triar una canonada de PVC per formar part del cos. Podeu seleccionar un altre diàmetre, tot i que us recomanem un diàmetre extern de 32 mm i una longitud de 40 cm, ja que ens sentíem còmodes amb aquestes dimensions.

Un cop tingueu la canonada a les mans, col·loqueu un disseny de marca per als botons. Això depèn de la longitud dels dits. Ara, amb les marques fetes, practiqueu el forat corresponent per a cada botó. Es recomana començar amb una mica prima i augmentar el forat incrementant el diàmetre utilitzat per a la broca. A més, l’ús d’un burí abans del trepant pot millorar l’estabilitat.

Haureu d’introduir quatre cables no connectats per connectar posteriorment el manòmetre i el sensor de pressió d’aire; aquesta peça (el cos) i el coll s’uneixen amb una canonada d’unió de 67 graus. Aquesta canonada es va pintar de verre i es va pintar de negre.

Per unir aquesta peça amb el peu, hem utilitzat una junta reductora de PVC de 40 mm a 32 mm (diàmetre exterior). Es van afegir quatre cargols de fusta per reforçar la unió. Entre l’articulació reductora i el cos, vam fer un trepant i vam introduir un cargol més ampli per guanyar estabilitat. Recomanem perforar els tubs abans del cablejat; en cas contrari, la ruïna està assegurada.

El següent pas és soldar els cables als terminals dels botons, mesurant la longitud fins a la part inferior i reservant una longitud addicional per evitar que la connexió estigui ajustada. Una vegada que la canonada s’ha pintat i pintat de negre (hem utilitzat pintura en aerosol de color negre mat; dóna tantes capes com es vulgui, fins que quedi bé a la llum del sol), introdueix els botons de dalt a baix, etiquetant cadascun d’ells. Es recomana utilitzar dos colors diferents per als cables (per exemple, negre i vermell); ja que tots estan connectats a terra en un dels seus pins, hem deixat el cable negre lliure i només hem etiquetat els cables vermells. Els botons es cobrien amb cinta aïllant de color negre perquè coincidissin amb l’aspecte i quedessin bé sense caure.

Connector femella de soldadura HD15 (les tasses de soldadura ajuden molt), mitjançant el disseny proposat al diagrama del pas 4 (o el vostre propi), i uniu els terrenys. Tingueu en compte que els tubs termorretractables proporcionaran una gran fiabilitat contra els curtcircuits.

Pas 2: disseny del peu

El circuit utilitzat per a aquest disseny és, en la seva arrel, molt senzill. Dues bateries de liti en sèrie alimenten un regulador de voltatge LDO (baixa caiguda), que subministra 5V des de la seva sortida a la resta del circuit. Els amplificadors operatius del LM324 serveixen per adaptar el rang dinàmic del sensor de pressió d’aire (MP3V5010, 0,2 a 3,3 volts) i el comportament del manòmetre (resistència variable de pendent negatiu) a les entrades analògiques de la placa Arduino (0 a 5 volts). Així, s’utilitza un inversor de guany ajustable (1 <G <3) per al primer i un divisor de tensió més un seguidor per al segon. Aquests proporcionen el voltatge adequat. Per obtenir més informació sobre aquests dispositius, feu clic aquí i allà. A més, el LP2950 proporciona una referència per als 3,3 volts que cal obtenir al MP3V5010.

Qualsevol model de la sèrie FSR (Resistència de detecció de força) serà suficient i, tot i que el 04 és el més bonic, hem utilitzat el 07 per problemes d’estoc. Aquests sensors canvien la seva resistència elèctrica en funció de la força de flexió aplicada, i hem comprovat experimentalment que no ho fan quan es premen al llarg de tota la seva superfície. Aquest va ser un error inicialment a causa del lloc on anàvem a deixar la peça, però la solució adoptada va funcionar bé i s’explicarà al quart pas.

Una de les peces fonamentals del tauler és l’MCP23016. Es tracta d’un I2C I / O Expander de 16 bits que hem cregut útil per reduir la complexitat del codi (i, potser, el cablejat). El mòdul s'utilitza com a registre de 2 bytes de només lectura; produeix una interrupció (força una lògica '0', de manera que es necessita una resistència pull-up per configurar una lògica '1) al seu sisè pin quan canvia qualsevol dels seus valors de registre. L’Arduino està programat per ser activat pel pendent d’aquest senyal; un cop succeït això, sol·licita les dades i les descodifica per saber si la nota és vàlida o no, i si és que les emmagatzema i les utilitza per construir el següent paquet MIDI. Cadascun dels botons té dos terminals, connectats a terra i a una resistència de tracció (4,7 K) a 5 volts, respectivament. Per tant, quan es prem un dispositiu I2C, es llegeix un lògic '0' i un '1' lògic significa alliberat. El parell RC (3.9K i 33p) configura el rellotge intern; els pins 14 i 15 són senyals SCL i SDA, respectivament. L'adreça I2C d'aquest dispositiu és 0x20. Consulteu el full de dades per obtenir més informació.

El disseny de connexió que hem utilitzat per cablejar el connector HD15 no és, per descomptat, únic. Ho vam fer d’aquesta manera perquè era més fàcil encaminar-nos pel PCB que vam fabricar i el punt important rau en mantenir una llista clara dels nodes i els seus respectius botons. No cal dir-ho, però ho faré; els botons tenen dos terminals. Un d’ells (indistintivament) està connectat al seu respectiu node al connector HD15, mentre que l’altre està connectat a terra. Per tant, tots els botons comparteixen la mateixa terra i estan connectats a un sol pin del connector HD15. La imatge que proporcionem és la vista posterior del connector mascle, és a dir, la vista frontal del parell femení. Soldeu els cables amb cura, no voleu desconnectar-los, confieu en nosaltres.

Perquè quedi clar, vam dissenyar el circuit perquè l’Arduino hi estigués connectat. Hi hauria d’haver prou espai perquè el circuit encaixés per sota d’ell i, per tant, la caixa pot ser més petita que la nostra. El disseny de l'edifici proposat s'ofereix a la imatge següent. Vam fer servir silicona per enganxar la peça del suport de les bateries a l’interior de la caixa, vam perforar la capa a les seves vores i vam utilitzar cargols per fixar-la d’aquesta manera.

Per unir aquesta peça amb el cos, hem utilitzat una junta reductora de PVC de 40 mm a 32 mm (diàmetre extern). Es van afegir quatre cargols de fusta per reforçar la unió. Entre l’articulació reductora i el cos, vam fer un trepant i vam introduir un cargol més ampli per guanyar estabilitat. Aneu amb compte de no danyar els cables.

Pas 3: Muntatge de la boquilla

Aquesta és probablement la part més important del muntatge. Es basa únicament en el diagrama que es mostra a la primera imatge. La peça de grans dimensions és prou gran per cabre al tub de PVC (extern) de 32 mm.

En dissenyar aquesta peça (el coll), vam decidir utilitzar un PCB per muntar el MP3V5010, tot i que podeu ignorar-lo. Segons el PDF, els terminals utilitzats són 2 (subministrament de 3,3 volts), 3 (terra) i 4 (el senyal elèctric de pressió d’aire). Per tant, per evitar demanar un PCB per aquest tema, us suggerim que talleu els passadors no utilitzats i que enganxeu el component al tub de PVC un cop acabat el cablejat. Aquesta és la forma més senzilla de pensar. A més, aquest sensor de pressió té dos comandaments de detecció; en voleu cobrir un. Això millora la seva resposta. Ho vam fer introduint una petita peça metàl·lica en un tub de contracció de calor, que tapava el pom i escalfava el tub.

El primer que voleu fer és trobar una peça amb forma cònica que pugui cabre al tub del sensor de pressió d’aire, tal com es mostra a la segona imatge. Aquesta és la peça groga de l’esquema anterior. Amb l'ajut d'un trepant minúscul, o una punta de ferro de soldadura prim, esculpeu un forat estret al pic del con. Comproveu si encaixa bé; en cas contrari, continueu fent créixer el diàmetre del forat fins que ho faci. Quan s'hagi acabat, voleu trobar una peça que s'adapti a l'anterior, que la cobreixi per impedir el flux d'aire cap a l'exterior. De fet, voleu provar a cada pas que feu que l’aire no s’escapa del recinte; si és així, intenteu afegir silicona a les articulacions. Això hauria de donar com a resultat la següent imatge. Per ajudar-nos, hem utilitzat una ampolla de Betadine per a aquest propòsit: la peça groga és el dispensador intern, mentre que la peça que la cobreix és la tapa amb un tall al cap per transformar-la en forma de tub. El tall es va fer amb un ganivet calent.

La següent peça va ser una reducció de PVC de 25 (extern) a 20 (intern). Aquesta peça encaixava molt bé a la canonada ja disposada, tot i que necessitàvem lijar-la i enganxar-ne les parets per impedir el flux d’aire esmentat. De moment, volem que aquesta sigui una cavitat tancada. Al diagrama, aquesta peça de què parlem és la de color gris fosc que segueix directament la groga. Un cop afegida aquesta peça, el coll de l’instrument està gairebé acabat. El següent pas és tallar una peça del tub de PVC de 32 mm de diàmetre (exterior) i practicar un forat al centre, deixant que surtin els cables del manòmetre. Soldeu els quatre cables que hem esmentat anteriorment al pas 1 tal com es mostra al següent diagrama i enganxeu el coll a la unió angular (després de pintar-lo de negre, amb finalitats estètiques).

L’últim pas és segellar convenientment l’embocadura. Per fer aquesta tasca, hem utilitzat una canya de saxo alt, una cinta aïllant negra i una lligadura. El manòmetre es va situar sota la canya, abans d'aplicar la cinta; les connexions elèctriques a l'indicador es van reforçar amb tubs negres de contracció de la calor. Aquesta peça està dissenyada per ser extreta, de manera que es pugui netejar la cavitat després de tocar-la durant un temps. Tot això es pot veure a les dues darreres imatges.

Pas 4: programari

Descarregueu i instal·leu el teclat de piano MIDI virtual, aquí teniu l’enllaç.

La forma lògica de realitzar aquest pas és la següent: primer, descarregueu l’esbós d’Arduino que es proporciona en aquest manual i carregueu-lo a la placa Arduino. Ara, inicieu VMPK i comproveu la vostra configuració. Com es mostra a la primera imatge, "Connexió MIDI d'entrada" hauria de ser la vostra placa Arduino (en el nostre cas Arduino Leonardo). Si utilitzeu Linux, no cal instal·lar res, només cal que assegureu-vos que el fitxer VPMK tingui les propietats que es mostren a la segona figura.

Pas 5: resolució de problemes

Cas 1. Sembla que el sistema no funciona. Si el LED d’Arduino no està il·luminat o és una mica més fosc de l’habitual, comproveu que el sistema estigui correctament alimentat (consulteu el cas 6).

Cas 2. Sembla que hi ha fum perquè alguna cosa fa olor de cremat. Probablement hi hagi un curtcircuit en algun lloc (comproveu els cables d’alimentació i els cables). Potser hauríeu de tocar (amb precaució) cada component per comprovar-ne la temperatura; si fa més calor de l’habitual, no us espanteu, substituïu-lo.

Cas 3. No es reconeix Arduino (a l'IDE Arduino). Torneu a penjar els esbossos proporcionats, si el problema continua, assegureu-vos que Arduino estigui correctament connectat a l'ordinador i que la configuració de l'IDE Arduino estigui configurada per defecte. Si res no funciona, penseu a substituir l'Arduino. En alguns casos, si premeu el botó de restabliment mentre es "compila" i després es deixa anar mentre es "penja", es pot ajudar a carregar l'esbós.

Cas 4. Sembla que algunes tecles no funcionen correctament. Aïlleu quina clau no funciona. Pot ser útil una prova de continuïtat o podeu utilitzar l'esbós proporcionat per provar els botons; és possible que la resistència de tracció no estigui soldada correctament o el botó estigui defectuós. Si les claus estan bé, poseu-vos en contacte amb nosaltres per exposar el vostre problema.

Cas 5. No puc rebre cap nota sobre VMPK. Comproveu que l’Arduino estigui connectat correctament a l’ordinador. A continuació, a VMPK, seguiu els passos que es mostren al pas 3. Si el problema continua, realitzeu un restabliment de botons o poseu-vos en contacte amb nosaltres.

Cas 6. Prova d’encesa elèctrica. Realitzeu les següents mesures: després de treure l'Arduino de la capa, activeu l'interruptor. Col·loqueu la sonda negra sobre el passador de terra (n’hi haurà prou) i utilitzeu la sonda vermella per comprovar els nodes d’alimentació. A la placa positiva de la bateria hi hauria d’haver almenys una caiguda de tensió de 7,4 volts, en cas contrari, carregueu les bateries. Hauria d’existir la mateixa caiguda de tensió a l’entrada del LM2940, tal com es veu a l’esquema. A la seva sortida, hi ha d’haver una caiguda de 5 volts; s'espera el mateix valor del LM324 (pin 4), el MCP23016 (pin 20) i el LP2950 (pin 3). La sortida de la darrera ha de mostrar un valor de 3,3 volts.