Crea uno strumento MIDI controllato dal vento: 5 passaggi (con immagini)

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

Questo progetto è stato presentato a "Creative Electronics", un modulo del quarto anno di BEng Electronics Engineering presso l'Università di Málaga, Scuola di telecomunicazioni.

L'idea originale è nata molto tempo fa, perché il mio compagno, Alejandro, ha passato più di metà della sua vita a suonare il flauto. Così, ha trovato interessante l'idea di uno strumento a fiato elettronico. Quindi questo è il prodotto della nostra cooperazione; l'obiettivo principale di questo approccio era ottenere una costruzione esteticamente sobria, simile a quella di un clarinetto basso.

Dimostrazione:)

Forniture

• Una scheda Arduino (abbiamo usato il SAV MAKER I, basato su Arduino Leonardo).
• Un sensore di pressione dell'aria, l'MP3V5010.
• Un estensimetro, l'FSR07.
• Resistori: 11 da 4K7, 1 da 3K9, 1 da 470K, 1 da 2M2, 1 da 100K.
• Un potenziometro da 200K.
• Un condensatore ceramico da 33pF.
• Due condensatori elettrolici da 10uF e 22uF.
• Un LM2940.
• Un LP2950.
• Un LM324.
• Un MCP23016.
• Un pannello perforato di 30x20 fori.
• Intestazioni a 30 pin, sia femminili che maschili (un genere per Arduino, l'altro per il mantello).
• Una coppia di connettori HD15, sia maschio che femmina (con calotte a saldare).
• Prendi in prestito il tubo termoretraibile e il nastro isolante di un amico. Preferito il nero.
• Due batterie agli ioni di litio 18650 e il relativo portabatterie.
• Un interruttore.
• Un cavo USB Arduino.
• Almeno 11 pulsanti, se vuoi una sensazione di qualità, non usare i nostri.
• Una specie di custodia o custodia. Basterebbe una tavola di legno di circa un metro quadrato.
• Mezzo metro di tubo in PVC, esterno 32mm.
• Giunto in PVC a 67 gradi per il tubo precedente.
• Una riduzione in PVC da 40 mm a 32 mm (esterno).
• Una riduzione in PVC da 25 mm a 20 mm (esterno).
• Una bottiglia vuota di Betadine.
• Un bocchino per sassofono contralto.
• Un'ancia per sassofono contralto.
• Una legatura per sassofono contralto.
• Un po' di schiuma.
• Molto filo (cavo audio consigliato, visto che va in coppia rosso-nero).
• Alcune viti.
• Vernice spray nera opaca.
• Vernice spray opaca.

Passaggio 1: corpo

Prima di tutto, è stato scelto un tubo in PVC per far parte del corpo. Puoi selezionare un altro diametro, anche se consigliamo un diametro esterno di 32 mm e una lunghezza di 40 cm, poiché ci sentivamo a nostro agio con queste dimensioni.

Una volta presa la pipa tra le mani, posiziona un segno di layout per i pulsanti. Questo dipende dalla lunghezza delle tue dita. Ora, con i segni fatti, pratica il foro corrispondente per ogni bottone. Consigliamo di iniziare con una punta sottile, e ingrossare il foro incrementando il diametro utilizzato per il trapano. Inoltre, l'uso di un bulino prima della fresa può migliorare la stabilità.

Dovresti introdurre quattro fili non collegati per collegare in seguito il manometro e il sensore di pressione dell'aria; questo pezzo (il corpo) e il collo sono incollati insieme con un tubo di giunzione a 67 gradi. Questa pipa è stata carteggiata e verniciata di nero.

Per unire questo pezzo al piede abbiamo utilizzato un giunto di riduzione in PVC da 40mm a 32mm (diametro esterno). Sono state aggiunte quattro viti da legno per rafforzare la giunzione. Tra il giunto di riduzione e il corpo, abbiamo realizzato un trapano e introdotto una vite più larga per ottenere stabilità. Si consiglia di forare i tubi prima del cablaggio; altrimenti la rovina è assicurata.

Il prossimo passo è saldare i fili ai terminali dei pulsanti, misurando la lunghezza fino al fondo e riservando una lunghezza aggiuntiva per evitare che la connessione sia stretta. Una volta che il tubo è stato carteggiato e dipinto di nero (abbiamo usato vernice spray nera opaca; dai tutti gli strati che vuoi, finché non sembra bello sotto la luce del sole), inserisci i pulsanti dall'alto verso il basso, etichettandoli ciascuno. Si consiglia di utilizzare due colori diversi per i cavi (es. nero e rosso); siccome sono tutti collegati a massa su uno dei loro piedini, abbiamo lasciato libero il cavo nero, ed etichettato solo i cavi rossi. I pulsanti sono stati coperti con nastro isolante nero in modo che si abbinassero al look e si adattassero bene senza cadere.

Saldare il connettore femmina HD15 (le coppe a saldare aiutano molto), utilizzando il layout proposto nello schema del passaggio 4 (o il proprio), e unire le masse. Tieni presente che il tubo termoretraibile fornirà una forte affidabilità contro i cortocircuiti.

Passaggio 2: design del piede

Il circuito utilizzato per questo progetto è, nella sua radice, molto semplice. Due batterie al litio in serie alimentano un regolatore di tensione LDO (low dropout), che fornisce 5V dalla sua uscita al resto del circuito. Gli amplificatori operazionali LM324 hanno lo scopo sia di adattare il range dinamico del sensore di pressione dell'aria (MP3V5010, da 0,2 a 3,3 volt) sia il comportamento del manometro (resistenza variabile a pendenza negativa) agli ingressi analogici della scheda Arduino (da 0 a 5 volt). Pertanto, per il primo viene utilizzato un non inverter a guadagno regolabile (1 < G < 3) e per il secondo un partitore di tensione più un follower. Questi forniscono l'oscillazione di tensione adeguata. Per ulteriori dettagli su questi dispositivi, fare clic qui e là. Inoltre, l'LP2950 fornisce un riferimento per i 3,3 volt che devono essere forniti all'MP3V5010.

Qualsiasi modello della serie FSR (Force Sensing Resistor) andrà bene, e sebbene il 04 sia il più carino, abbiamo usato il 07 a causa di problemi di stock. Questi sensori cambiano la loro resistenza elettrica a seconda della forza di flessione applicata e abbiamo testato sperimentalmente che non lo fanno quando vengono premuti lungo l'intera superficie. Questo è stato un errore inizialmente a causa del luogo in cui stavamo per posare il pezzo, ma la soluzione adottata ha fatto un buon lavoro e verrà spiegata nel quarto passaggio.

Uno dei pezzi fondamentali della scheda è l'MCP23016. Questo è un I/O Expander I2C a 16 bit che abbiamo ritenuto utile per ridurre la complessità del codice (e, forse, il cablaggio). Il modulo viene utilizzato come registro a 2 byte di sola lettura; produce un interrupt (forza uno '0' logico, quindi è necessario un resistore di pull-up per impostare un '1' logico) sul suo sesto pin quando cambia uno qualsiasi dei suoi valori di registro. L'Arduino è programmato per essere attivato dalla pendenza di questo segnale; dopo che ciò accade, richiede i dati e li decodifica per sapere se la nota è valida o meno, e se lo è lo memorizza e lo utilizza per costruire il prossimo pacchetto MIDI. Ciascuno dei pulsanti ha due terminali, collegati rispettivamente a massa ea una resistenza di pull-up (4,7K) a 5 volt. Pertanto, quando viene premuto, viene letto uno "0" logico dal dispositivo I2C e un "1" logico significa rilasciato. La coppia RC (3.9K e 33p) configura il suo clock interno; i pin 14 e 15 sono rispettivamente segnali SCL e SDA. L'indirizzo I2C per questo dispositivo è 0x20. Controlla la scheda tecnica per ulteriori dettagli.

Il layout di connessione che abbiamo utilizzato per il cablaggio del connettore HD15, ovviamente, non è unico. Lo abbiamo fatto in questo modo perché era più facile da instradare sul PCB che abbiamo realizzato e l'importante è mantenere un elenco chiaro dei nodi e dei rispettivi pulsanti. Inutile dirlo, ma lo farò; i pulsanti hanno due terminali. Uno di essi (indistintamente) è connesso al rispettivo nodo sul connettore HD15, mentre l'altro è cablato a massa. Pertanto, tutti i pulsanti condividono la stessa massa e sono collegati a un solo pin del connettore HD15. L'immagine che forniamo è la vista posteriore del connettore maschio, cioè la vista frontale della coppia femmina. Salda i fili con attenzione, non vuoi collegarlo male, fidati di noi.

Tanto per essere chiari, abbiamo progettato il circuito per collegare Arduino. Dovrebbe esserci spazio sufficiente perché il circuito possa stare sotto di lui, quindi la scatola può essere più piccola della nostra. Il layout dell'edificio proposto è offerto nella foto qui sotto. Abbiamo usato il silicone per attaccare il supporto delle batterie all'interno della scatola, abbiamo forato il mantello sui bordi e abbiamo usato delle viti per fissarlo in questo modo.

Per unire questo pezzo al corpo abbiamo utilizzato un giunto di riduzione in PVC da 40mm a 32mm (diametro esterno). Sono state aggiunte quattro viti per legno per rafforzare la giunzione. Tra il giunto di riduzione e il corpo, abbiamo realizzato un trapano e introdotto una vite più larga per ottenere stabilità. Fare attenzione a non danneggiare i fili.

Passaggio 3: montaggio del bocchino

Questa è probabilmente la parte più importante dell'assemblea. Si basa esclusivamente sul diagramma mostrato nella prima immagine. La parte sovradimensionata è abbastanza grande da entrare nel tubo in PVC da 32 mm (esterno).

Durante la progettazione di questo pezzo (il manico), abbiamo deciso di utilizzare un PCB per montare l'MP3V5010, anche se puoi ignorarlo. Secondo il PDF, i terminali utilizzati sono 2 (alimentazione a 3,3 volt), 3 (massa) e 4 (il segnale elettrico della pressione dell'aria). Pertanto, per evitare di ordinare un PCB per questa faccenda, ti suggeriamo di tagliare i pin non utilizzati e incollare il componente al tubo in PVC una volta terminato il cablaggio. Questo è il modo più semplice a cui potremmo pensare. Inoltre, questo sensore di pressione ha due manopole di rilevamento; vuoi coprire uno di loro. Questo migliora la sua risposta. Lo abbiamo fatto introducendo un minuscolo pezzo di metallo in un tubo termoretraibile, che copre la manopola e riscaldando il tubo.

La prima cosa che vuoi fare è trovare un pezzo con una forma conica che possa entrare nel tubo del sensore di pressione dell'aria, come mostrato nella seconda immagine. Questo è il pezzo giallo nel diagramma precedente. Con l'aiuto di un piccolo trapano o di una punta sottile di saldatore, pratica un foro stretto all'apice del cono. Prova se si adatta perfettamente; in caso contrario, continua ad aumentare il diametro del foro finché non lo fa. Quando questo è finito, vuoi trovare un pezzo che si adatti al precedente, coprendolo in modo da impedire il flusso d'aria verso l'esterno. In effetti, vuoi testare ad ogni passo che fai che l'aria non fuoriesca dal recinto; se lo fa, prova ad aggiungere silicone alle articolazioni. Questo dovrebbe portare all'immagine successiva. Giusto per aiutare, abbiamo utilizzato a questo scopo un flacone di Betadine: il pezzo giallo è il dosatore interno, mentre il pezzo che lo ricopre è il tappo con un taglio sulla testa per trasformarlo in un tubo. Il taglio è stato fatto con un coltello caldo.

Il pezzo successivo era una riduzione del PVC da 25 (esterno) a 20 (interno). Questo pezzo si adattava bene al tubo già predisposto, anche se dovevamo carteggiarlo e incollarne le pareti per impedire il flusso d'aria menzionato. Per ora, vogliamo che questa sia una cavità chiusa. Nel diagramma, questo pezzo di cui parliamo è quello grigio scuro che segue direttamente quello giallo. Una volta aggiunto questo pezzo, il manico dello strumento è quasi finito. Il prossimo passo è tagliare un pezzo del tubo in PVC di 32 mm (esterno) di diametro e praticare un foro al centro, facendo uscire i fili del manometro. Saldare i quattro fili che abbiamo menzionato in precedenza nel passaggio 1 come mostrato nel diagramma successivo e incollare il collo alla giunzione angolata (dopo averlo dipinto di nero, per scopi estetici).

L'ultimo passo è sigillare comodamente il boccaglio. Per svolgere questo compito, abbiamo utilizzato un'ancia per sax alto, nastro isolante nero e una legatura. Il manometro era posto sotto la canna, prima di applicare il nastro; i collegamenti elettrici al manometro sono stati rinforzati con tubi termorestringenti neri. Questo pezzo è progettato per essere estratto, in modo che la cavità possa essere ripulita dopo aver suonato per un po' di tempo. Tutto questo si può vedere nelle ultime due immagini.

Passaggio 4: software

Si prega di scaricare e installare Virtual MIDI Piano Keyboard, ecco il link.

Il modo logico per eseguire questo passaggio è il seguente: innanzitutto, scarica lo sketch Arduino fornito in questo Instructables e caricalo sulla tua scheda Arduino. Ora avvia VMPK e controlla gentilmente le tue impostazioni. Come mostrato nella prima immagine, 'Input MIDI connection' dovrebbe essere la tua scheda Arduino (nel nostro caso Arduino Leonardo). Se stai usando Linux, non è necessario installare nulla, assicurati solo che il tuo file VPMK abbia le proprietà mostrate nella seconda figura.

Passaggio 5: risoluzione dei problemi

Caso 1. Il sistema non sembra funzionare. Se il LED di Arduino non è acceso o è leggermente più scuro del solito, verificare che il sistema sia correttamente alimentato (fare riferimento al caso 6).

Caso 2. Sembra che ci sia fumo perché qualcosa odora di bruciato. Probabilmente c'è un cortocircuito da qualche parte (controllare alimentazione e cablaggi). Forse dovresti toccare (con cautela) ogni componente per controllarne la temperatura; se fa più caldo del solito, niente panico, basta sostituirlo.

Caso 3. Arduino non viene riconosciuto (nell'IDE Arduino). Carica nuovamente gli sketch forniti, se il problema persiste, assicurati che Arduino sia correttamente collegato al computer e che le impostazioni IDE di Arduino siano impostate sui valori predefiniti. Se non funziona, considera la sostituzione di Arduino. In alcuni casi, premere il pulsante di ripristino durante la "compilazione" e quindi rilasciarlo durante il "caricamento" può aiutare a caricare lo schizzo.

Caso 4. Alcune chiavi sembrano non funzionare correttamente. Si prega di isolare quale chiave non funziona. Può essere utile un test di continuità, oppure è possibile utilizzare lo schizzo fornito per testare i pulsanti; la resistenza di pull-up potrebbe non essere saldata correttamente o il pulsante è difettoso. Se le chiavi sono a posto, ti preghiamo di contattarci esponendo il tuo problema.

Caso 5. Non riesco a ricevere alcuna nota su VMPK. Si prega di verificare che Arduino sia correttamente collegato al computer. Quindi, su VMPK, segui i passaggi mostrati nel passaggio 3. Se il problema persiste, esegui un ripristino del pulsante o contattaci.

Caso 6. Test di accensione elettrica. Eseguire le misurazioni successive: dopo aver rimosso l'Arduino dal mantello, accendere l'interruttore. Posiziona la sonda nera sul pin di terra (chiunque andrà bene) e usa la sonda rossa per controllare i nodi di alimentazione. Alla piastra positiva della batteria dovrebbe esserci almeno una caduta di tensione di 7,4 volt, altrimenti caricare le batterie. Dovrebbe esserci la stessa caduta di tensione all'ingresso dell'LM2940, come mostrato nello schema. Alla sua uscita deve esserci una caduta di 5 volt; lo stesso valore è previsto dall'LM324 (pin 4), dall'MCP23016 (pin 20) e dall'LP2950 (pin 3). L'uscita dell'ultimo dovrebbe mostrare un valore di 3,3 volt.