Fonometro - Arduino: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

In questo Instructable mostrerò come realizzare un fonometro usando un Arduino e alcuni altri componenti.

Questo è un progetto scolastico che ho fatto di recente che mi ha portato a termine un anno, si basa sulla costruzione di un fonometro che registra i livelli sonori in decibel. L'obiettivo era evidenziare l'inquinamento acustico, un tipo di inquinamento meno conosciuto, ma che ci colpisce costantemente nella nostra vita quotidiana.

Passaggio 1: materiali di consumo

Elettronica:

• 1 - Arduino MEGA 2560
• 1 - Rilevatore di suoni SparkFun
• 1 - Modulo scheda MicroSD
• 1 - Scheda prototipi standard
• 1 - Striscia LED Neopixel
• 1 - LCD (20X4)
• 1 - RTC DS3231 (orologio in tempo reale)
• 1 - Display a sette gradi
• 2 - Batterie 9V
• 1 - Convertitore buck
• Resistenza 12 - 220
• 1 - 470 Resistenza
• Cavi
• 2 - Interruttori
• 1 - Condensatore da 1000 μF

Stampa 3D:

• Anet A8
• Bq Nero PLA

Assemblaggio/strumenti:

• Colla a caldo + pistola per colla a caldo
• Super colla
• Viti 3mm x varie lunghezze
• Nastro biadesivo
• Saldatore + Tubi termoretraibili
• Cacciavite
• Nastro elettrico

Passaggio 2: schema elettrico

In questa immagine potete vedere lo schema del circuito, realizzato a Fritzing. Ho provato a creare un diagramma schematico del circuito, ma l'ho incasinato un po', quindi ho finito per renderlo più "visivo", anche se voglio fare un altro tentativo.

Proverò a spiegarlo.

Innanzitutto Arduino MEGA è il cervello del Sound Meter, ha il codice che controlla ogni componente. Il PCB rosso è lo SparkFun Sound Detector che legge l'ampiezza delle onde, successivamente convertite in dB. Queste misure vengono memorizzate nella MicroSD Card insieme al giorno e all'ora in cui sono state prese (Modulo RTC), inoltre vengono visualizzate nel display a sette segmenti.

Abbiamo anche una striscia LED Neopixel, composta da 37 LED controllati individualmente, che si illuminano in diversi colori a seconda delle letture di decibel, spiegate nell'LCD (vedi immagine sopra).

• Rosso: sopra i 120 dB che è la soglia del dolore.
• Giallo: tra 65 e 120 dB.
• Verde: sopra i 30 dB, che è il minimo che il Fonometro può rilevare.

Questo era progettato per assomigliare a un semaforo e originariamente era stato progettato per essere solo 3 LED (ho anche pensato a un singolo LED RGB ma non era esteticamente piacevole). Questa striscia LED Neopixel è alimentata da una batteria da 9V ma, siccome necessita solo di 5V, ho utilizzato un Convertitore Buck per abbassare la tensione con un condensatore da 1000 μF e una resistenza da 470 per non bruciare i LED.

Il resto dei componenti, compreso l'Arduino, era alimentato da un'altra batteria da 9V.

Ci sono anche due interruttori: uno per l'elettronica principale (Arduino, ecc.) e l'altro solo per la Striscia LED, nel caso non voglia che si accendano.

NOTA: Nel diagramma per rendere più facile vedere le connessioni c'è una piccola scheda prototipi ma nella build non ne ho usata una.

Passaggio 3: codice

"caricamento = "pigro"

Ho il mio Anet A8 da circa 4 anni (lo ADORO) e ho sempre usato TinkerCAD, che è un programma CAD online gratuito che ti permette di progettare come vuoi! È molto intuitivo e ho imparato armeggiare (Internet è pieno di informazioni, ho imparato a programmare e fare progetti con Arduino grazie ad esso e al fantastico forum di Arduino. Ma anche tutto ciò che ora ho dalle stampanti 3D. Ecco perché ho deciso di realizzare questo post e condividi la mia esperienza).

Per questo progetto sono passato a Fusion 360 perché TinkerCAD ha alcune limitazioni di progettazione, originariamente ho ottenuto Fusion prima di pensare al progetto perché potresti ottenerlo per gli hobbisti (davvero fantastico se lo usi solo una volta ogni tanto per progettare le tue piccole creazioni), anche se non l'ho usato fino a quando non ho deciso di creare il Sound Meter.

Grazie alle conoscenze di base che avevo dalle mie precedenti avventure con TinkerCAD ho imparato velocemente le basi e creato la prima versione del case (vedi prima foto), mi è piaciuto e l'ho usato per vedere come funzionava il Sound Meter e alcuni esperimenti (prova ed errore). Ma ho pensato di poterne progettare uno più bello, quindi ho creato la versione 2 (e quella finale), la custodia nera e sinuosa.

In quest'ultimo design ho migliorato alcune cose per renderlo più funzionale e bello:

• Ridotte le dimensioni
• Striscia LED Neopixel
• Migliore organizzazione
• Patten zigrinato per togliere facilmente la parte superiore.
• Filamento nero (più elegante;))

Entrambi sono divisi in pezzi per adattarsi al letto Anet A8. Nella versione 2 ci sono 26 pezzi, e puoi togliere la parte superiore e vedere le budella della macchina, l'ho progettata anche per non dover svitare l'Arduino quando lo colleghi al computer.

Particolari

Questo design ha alcuni dettagli che voglio evidenziare:

1. Il design zigrinato Per aggiungere più presa e aiutare a sollevare la parte superiore (3a foto). Ho anche nascosto l'ingresso dei cavi LED coprendolo con del nastro isolante.
2. Scheda SD ha una scanalatura per facilitarne la presa (quarta foto).
3. Guida Per aiutare a mantenere la parte superiore in posizione ho disegnato una guida triangolare (5a foto).
4. L'urto adesivo in silicone si ferma sotto il pezzo inferiore.

Passaggio 5: stampa 3D

Entrambe le versioni hanno impiegato molto tempo per la stampa.

Parlerò della versione finale. Ho usato l'affettatrice Cura e i miei parametri erano:

• La maggior parte dei pezzi non ha bisogno di supporti
• Ho usato una gonna in alcuni di loro perché erano alti o piccoli, per aiutarli ad aderire al letto.
• Temperatura = 205º
• Letto = 60º
• Ventola Sì
• 0,2 mm
• Velocità = 35 mm/s circa. (dipende dal pezzo). Sebbene il primo strato sia di 30 m/s.
• Riempimento 10 - 15% (Dipende anche dal pezzo).

Una delle immagini mostra alcuni dei pezzi.

Passaggio 6: assemblaggio

Nelle immagini si può apprezzare la differenza rispetto all'organizzazione.

Come sempre mi concentrerò sulla versione finale, quella nera. Sfortunatamente, non ho immagini della build, ma spero che queste immagini mostrino come è impostato il tutto.

Entrambe le batterie hanno due scomparti per contenerle e facilitarne la sostituzione, le ho incollate con del nastro biadesivo. Ho anche usato connettori JTS (credo che sia il nome universale, perché ce ne sono di vari tipi, ma ho anche aggiunto una foto di quelli che ho usato) che facilitano anche l'estrazione delle batterie.

Ho coperto tutti i punti in cui sono stato saldato con tubi termoretraibili.

Il display LCD è anche tenuto con del nastro biadesivo. E alcune parti sono tenute in posizione con viti di 3 mm di diametro e varie lunghezze ad eccezione del modulo MicroSD, che aveva fori più piccoli, quindi l'ho tenuto in posizione con alcune che avevo in giro e della dimensione corretta.

Gli interruttori e il display a sette segmenti erano avvolti in nastro isolante, quindi non c'era bisogno di usare colla a caldo o super colla perché si adattavano perfettamente alle rispettive posizioni.

Passaggio 7: calibrazione

Il modo migliore potrebbe essere con un altro fonometro, ma non ne avevo uno, quindi ho usato un'app nel mio telefono. E questa formula fisica per ottenere i decibel.

Passaggio 8: risultato

Quindi questo è il risultato finale di entrambi i casi. Ho allegato le foto di entrambi, ma tutti i componenti della prima versione sono sull'ultima, che è il vero risultato finale, ma non voglio dimenticare l'altro perché anche lui faceva parte del processo di creazione.

NOTA: questo è un post ancora in lavorazione, potrei cambiare alcune cose, come spiegare di più la calibrazione o aggiungere un video che mostri che funziona.

Passaggio 9: conclusione

Ho misurato alcuni luoghi con il fonometro che ho costruito per vedere quanto inquinamento acustico viviamo e ho realizzato alcuni grafici in Excel che mostrano come fluttua e i picchi di dB massimo e minimo.

1. Questo è nel cambio di classe nella mia scuola.
2. Una festa al coperto a Capodanno, ho notato che i decibel più bassi erano quando nel cambio di una canzone.
3. In un cinema che guarda il 1917. In un certo senso so in quale parte del film c'è l'aumento dei decibel all'inizio, ma non dirò nulla, anche se non penso che sia uno spoiler.

Nota: ogni misura mostrata è stata effettuata mesi prima della pandemia causata dalla malattia COVID-19

Passaggio 10: problemi riscontrati

Nella creazione di questo progetto ho affrontato alcuni problemi di cui voglio parlare perché fanno parte della creazione di ogni maker.

1. Codice della striscia LED Neopixel: il problema più grande con il codice era la striscia LED e i ritardi dell'animazione, che influivano su tutti i programmi (inclusa la frequenza di aggiornamento del display a sette segmenti). Ho usato millis ma ha comunque influito su tutto, quindi ho finito per partire con un codice che ho creato che non ha influenzato il resto dei componenti ma l'animazione non è iniziata nel primo LED, sarebbe iniziata in uno casuale (non t so perché), ma sembra ancora bello. Ho cercato molto e il problema dell'animazione della tendina a colori sembra irrisolvibile.
2. Questo non è un grosso problema, il sensore SparkFun che ho acquistato non aveva le intestazioni, quindi le ho acquistate e le ho saldate ma ostacolano il posizionamento del sensore nella custodia stampata in 3D. Ma, dal momento che non sono il migliore a saldare, l'ho lasciato così ed è leggermente fuori posto.
3. Durante l'assemblaggio della custodia finale ho scoperto che era troppo difficile posizionare correttamente le curve stampate in 3D dei lati, quindi ho progettato un altro pezzo per posizionarle e incollarle correttamente.

Immagino di essere un perfezionista (a volte è pessimo) ma penso che ci sia molto spazio per migliorare.

Ho anche pensato di aggiungere un modulo Wi-fi ESP8266 per accedere anche tramite telefono, PC, ecc. per vedere le letture invece di spegnere il fonometro e prendere la scheda MicroSD.