Instrument intel·ligent per ultrasons: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Propòsit

Es tracta d’un instrument que utilitza un sensor d’ultrasons per mesurar la distància d’un objecte (aquesta podria ser la vostra mà). Amb això es selecciona una nota per tocar, en diferents modes l’instrument toca coses diferents. Podria ser una sola nota (per utilitzar l'instrument com a baix) o diverses notes en seqüència (per utilitzar-la com a sintetitzador).

Us recomano que ho feu només si teniu coneixements bàsics d’electrònica i soldadura.

Eines:

- Impressora 3D amb una àrea d’impressió mínima de 12x8cm - Talladora làser o màquina CNC amb una àrea de treball mínima de 300x200mm - Equips de poliment - Pistola de cola calenta - Ferro de soldar - Decapant de filferro

Materials:

Fusta (MDF) de 3 mm de gruix La mida total necessària és de 600x400mm, però podeu tallar cada part de taulons més petits, el costat mínim necessari és de 300x200mm (es tracta de la dimensió exterior d’una peça necessària, així que tingueu en compte que l’exterior no cal eliminar-lo si utilitzeu aquest mètode)

- Altaveu (diàmetre exterior de 5W 8Ohms 93mm) és probable que hàgiu d’editar les dimensions del forat de l’altaveu ja que no tots els altaveus són iguals - Arduino (UNO) - Cables Dupont de 20 i 10 cm 22x 10cm mascle - mascle 10x 20cm mascle - femella 4 x 20cm femella - femella (cables de 10cm) (cables de 20cm)

- Cable aprox. 2x60cm (2mm de gruix, però això no importa tant)

- 2 anells de ferrita (per reduir el soroll, no necessaris per a la funció, però recomanats) - 4 botons (16 mm) (botons de 16 mm)

- 1 pedal de piano- LCD 20x4 amb adaptador I2C (LCD 20x4 incl. Adaptador I2C)

- Mòdul d'amplificador d'àudio TDA2030A (mòdul d'amplificador d'àudio TDA2030A)

- Font d'alimentació Arduino de 5 V o cable USB tallat per utilitzar-lo amb un banc d'alimentació - Port d'àudio Jack de 3,5 mm (port d'àudio Jack de 3,5 mm (no és exactament el mateix que faig servir jo)) (2a opció)

- Tubs termorretractables (2 mm) (joc de tubs termorretractables) - Taula de pa petita (opcional, també podeu soldar els cables junts on ho faig servir) (Mini tauler de pa)

Procés de disseny i història

Vaig fabricar aquest instrument per a un projecte escolar, necessitava dissenyar i construir un objecte intel·ligent. Després d'una mica de pluja d'idees, vaig tenir la idea de construir un instrument que reproduís diverses notes quan l'usuari acabés de donar a l'instrument 1.

Quan vaig dissenyar aquest instrument per primera vegada, semblava una mica diferent i tenia algunes altres funcions que el producte final. El meu primer criteri per a aquest instrument és que hauria de ser capaç de tocar diferents sons (com un so de piano o guitarra) i tocar acords. No obstant això, després d'unes poques revisions, no vaig poder esbrinar com reproduir els fitxers de so des d'una targeta SD, el so es va anar embolicant. Per tant, en una iteració posterior vaig decidir que l’instrument només hauria de reproduir senyals PWM que també sonarien bé. Aquest és el punt en què això va passar d’un piano amb un sensor d’ultrasons a una versió intel·ligent d’un Theramin.

En programar algunes altres funcions, em vaig adonar que no podia reproduir diversos tons al mateix temps amb un altaveu dins del període de temps d’aquest projecte. Així que vaig decidir fer-ne un sintetitzador que, en lloc de reproduir diversos tons al mateix temps, tocés algunes notes en seqüència.

Aquest projecte és la primera vegada que vaig utilitzar un tallador làser i vaig haver d’utilitzar Adobe Illustrator, així que espero poder explicar prou bé la meva feina.

Pas 1: Muntatge dels components (fase de prova)

Abans de construir el conjunt, hem de provar tots els nostres components perquè tot funcioni.

Comenceu per soldar els cables que necessiten soldar, aquests són: - El connector de la presa d’àudio, es tracta de 2 cables. Un cable és la terra i l’altre és un cable de senyal. És probable que hi hagi més connexions disponibles perquè un endoll jack estèreo té un senyal R i L, només n’utilitzem un. L'única manera de comprovar quin necessiteu és provar de connectar el cable a un alhora i veure si el circuit està tancat (podeu provar-ho amb un multímetre).

- 2 cables a l’altaveu, positiu i negatiu. - Els cables positius i negatius dels 4 polsadors. Podeu inserir l'extrem de filferro mascle als passadors de contacte dels botons. Utilitzeu els tubs termoencapsulats per aïllar els cables quan hàgiu acabat de soldar

Ara és hora de connectar els cables. Seguiu l'esquema i les fotos per connectar els cables adequats als llocs adequats.

Anells de ferrita Com que l'arduino no està dissenyat per a àudio, pot detectar interferències electromagnètiques. Podeu afegir un anell de ferrita al cable de senyal d'àudio i al cable de l'altaveu. Feu això embolicant el filferro 2 o 3 vegades al voltant d’un anell de ferrita, cosa que hauria d’ajudar a reduir o eliminar completament els sons que xiulen de l’instrument.

(opció d'alimentació 1) font d'alimentació externa no mitjançant Arduino És opcional afegir energia directament al circuit en lloc de fer-ho mitjançant el port d'alimentació arduino. Si voleu això, hauríeu de connectar els cables positiu i negatiu de la font d'alimentació externa a les línies negatives i positives de la taula de treball. Hi hauria d’haver un cable des del costat positiu de la placa de connexió fins al pin Vin (situat a més dels pins GND) a l’arduino i un cable des del costat negatiu a un pin GND de l’arduino. (Opció d’alimentació 2) Alimentació externa connectada a presa d'alimentació arduino Si voleu utilitzar un adaptador connectat a la presa d'alimentació arduino, heu de connectar un cable del pin arduino de 5 V al costat positiu de la placa de connexió i un cable d'un pin GND al costat negatiu

Carregueu els fitxers Ara connecteu l’arduino a l’ordinador i pengeu el programa. Tingueu en compte que heu de posar code.ino i pitches.h en una carpeta anomenada code. A l’IDE arduino (el programa) heu de descarregar les biblioteques següents si no en teniu: LiquidCrystal_I2C de Frank de BrabanderWire d’adafruit (aquest s'hauria d'incorporar ja)

Pas 2: elaboració del cas

Si tot funciona, podeu fer el cas. Tall làser / CNC (vegeu el vídeo) Abans de començar a tallar, és possible que hàgiu d’editar els forats de l’altaveu per adaptar-los a l’altaveu que tingueu. Tinc un altaveu amb una petita graella que utilitza els 4 forats que hi ha al voltant del forat de l’altaveu. Per tant, editeu-ho primer si cal.

Comenceu tallant la fusta amb un tallador làser o una màquina CNC. El fitxer que heu d’utilitzar és Case_laser_cut.ai Un cop tingueu les peces que podeu provar s’adapten a elles, si són grosses, només treureu-les una mica fins que encaixin. Ara podeu enganxar les peces de fusta amb cola per a fusta. No heu d’enganxar la part superior (el tauler amb forats), ja que hem de posar totes les parts i hem de poder obrir la caixa si hi ha algun problema. tingueu en compte que apreteu-ho tot mentre s’assequi (deixeu-lo unes 24 hores perquè s’endureixi completament).

Impressió 3D Ara podeu imprimir la carcassa lcd i les lletres per sobre dels botons (Case LCD.stl i letters.stl). Us recomano aquests paràmetres: - Capa alta 0,1 mm - Velocitat 30 mm / s per a les lletres i 60 mm / s per a la pantalla LCD carcassa: utilitzeu un ventilador de refrigeració de capa per a la carcassa LCD, ja que té una gran quantitat de voladissos. Un cop feta la funda i les peces impreses, podeu començar a muntar-ho tot. Col·loqueu el lcd a la carcassa del lcd i col·loqueu el connector de la presa d’àudio per al pedal al forat de la part posterior.. Ara enganxeu la carcassa lcd a la fusta, podeu col·locar la cola al llavi a la part inferior de la carcassa lcd. Ara enganxeu les lletres del botó a la part superior dels botons. Segons quin altaveu tingueu, podeu enganxar-lo al seu lloc. Teniu un altaveu amb una petita graella que utilitza els 4 forats que hi ha al voltant del forat de l’altaveu. Depenent de com hàgiu editat el forat de l’altaveu d’aquest altaveu, aquest pas pot ser diferent per a vosaltres. Enganxeu el sensor d’ultrasons al lloc mitjançant els dos forats de la part inferior. També podeu enganxar les taules de pa, el mòdul Arduino i l’amplificador d’àudio. però això no és necessari. Torneu a connectar-ho tot i heu acabat, engegueu l’alimentació i gaudiu-ne.

Pas 3: problemes i limitacions coneguts

Aquest instrument no és perfecte: en primer lloc, no és una joguina, no és un producte. L’arduino no està fet per utilitzar-lo com a instrument, així que no crec que el temps sigui el 100% correcte. A causa del retard en les operacions del codi, és impossible fabricar aquest instrument amb un temps precís. - De vegades, el sensor d'ultrasons té un error que pot provocar la reproducció d'una nota aleatòria o la reproducció de notes inexactes.

- Quan utilitzeu l’instrument, us recomano fer servir un objecte pla com un tros de cartró o fusta per mantenir-lo a sobre del sensor. Les superfícies corbes reflecteixen els senyals del sensor, de manera que es produeixen notes imprecises. Podeu fer servir la mà, però manteniu-la tan plana i ferma com sigui possible per sobre del sensor. No canviar de reproducció automàtica desactivada a activada. Això és causat per un error al codi que encara no he trobat. El podeu resoldre prement el botó de reproducció automàtica i, alhora, premeu el pedal. O podeu desactivar-lo i tornar-lo a engegar.

- Retard en tocar una nota, això es deu al fet que el codi de l’arduino triga uns quants mil·lisegons, cosa que és impossible d’eliminar, ja que l’arduino no està fet per fabricar instruments. les paraules no cabien a la pantalla LCD. Vaig intentar fer el màxim d’anglès possible.

Pas 4: millores de bricolatge

Després de construir això, no heu acabat. Podeu provar de millorar les vostres pròpies habilitats i afegir-hi funcions que no he pogut integrar en el període de temps que tenia. Coses que podríeu provar:

- Afegeix diversos sons - Reprodueix diversos tons al mateix temps - Afegeix més altaveus - Afegeix més estils - Afegeix leds que ballen amb la teva música