Interfaccia MIDI Step (versione inglese): 12 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Versione in inglese aquí.

En este interactable te mostraremos cómo hacer una plataforma interactiva de luz y sonido, que puede ser usada para jugar el famoso “Simon Says” al igual que como un controlador MIDI. Ambos modis operados con los pies!

Antecedenti

El proyecto nació por l'idea de hacer una pieza interactiva con la que el público pudiera divertirse sin importar su edad, tanto para niños como para adultos. Y se hizo para un centro comercial, como parte de las atracciones que ofrece en sus instalaciones.

La primer referencia que recibimos por parte del cliente es una versión del Simon Says para tocar con los píes, básicamente teníamos que replicar algo así.

Nos dimos a la tarea de buscar otros tipos de plataforma, entre las que abundaban las pistas de baile, que en su mayoría trabajan con la luz, pero no con el sonido. En esta búsqueda también nos topamos con los pianos de gran formato para píes, y nos pareció buena idea hacer una plataforma que no solo fuera para jugar Simon Says, sino también para utilizza como instrumento musical. Per il gusto a la musica!

Otro aspetto que consideramos fue la forma de la plataforma. Todas las pistas de baile que vimos son rettangolares, con pads cuadrados, a excepción de una que tenía pads circulares. Queríamos desde un inicio trabajar con una forma diferente, que fuera llamativa visualmente y modular al mismo tiempo. Los hexágonos fueron la respuesta.

Al buscar formas esagonali, lo más cercano que encontramos fue este proyecto. La idea de hacer hexágonos nos emocionaba cada vez más… No teníamos idea de lo que vendría después.

Teníamos ya un objetivo cada vez más claro: Una plataforma interactiva de luz y sonido que:

• Se pudiera jugar Simon dice
• Funcionara como instrumento musical
• Tuviera pastiglie esagonali

Passaggio 1: materiale

Generali:

• 1) LattePanda
• 1) Gabinete para LattePanda
• 1) Eliminatore 5 VDC a micro usb da 2,5A
• 1) Perma-proto
• 1) Multiplexer a 16 canali
• 10) Resistenze da 10k ohm
• 1) Alimentazione di tensione 5 VDC a 50 A
• 5) Regletas de conectores de tornillo
• cinchos
• Sujeta cinchos
• Velcro
• Cinta doppia cara
• 1) Altavoz attivo de alta potenza
• 1) Cavo ausiliario da 3,5 mm
• 1) Gabinete industriale

Per pad:

• 1.5) Metro di tiraggio Neopixel di 96 LED
• 1) Interruptor de límite industrial
• 1) Esagono in acrilico opalino da 1 cm
• 1) Esagono di trovacel di 6 mm
• 1) Struttura del PTR
• Velcro
• Silicio
• Cavo 5 vie
• Cavo 3 vie
• Cavo 2 vie
• Termofil

Fase 2: Elegir La Tarjeta Que Controle Todo El Sistema

Arduino es, por antonomasia, la tarjeta de desarrollo que hemos ocupado desde hace varios años. Nunca nos ha fallado, sin embargo, es necesario detenerse un poco a pensar qué aspectos técnicos debemos cubrir para nuestro proyecto:

• Luz: Requerimos illuminar los pads con alto brillo e con patrones complejos, para ello pensamos usar Neopixeles.
• Pads: Los pads deben responder a la pisada del usuario, lo más fácil para esto son interruptores.
• Juego: Questo è se refiere a la dinamica del juego, que debe ser programada y procesada por algún microcontrolador.
• Sonido: En un inizio, teniamos pensado diseñar nuestros propios sonidos en Pure Data, per tanto requeríamos una computadora que corriera dicho programa.

Más adelante se profundiza en estos aspectos, mientras tanto, la parte que nos mantenía en duda, era la del sonido.

Si consideri l'uso di Pure Data, si può utilizzare Arduino se si può generare algunos sonidos, è limitato e completo, si aggiunge a PD se si può avere sintesis o prima una patch per attivare i suoni via MIDI. Se richiedono entonces, una computadora para correr Pure Data, e Arduino per controlar lo demás.

Come si può usare il computer, e anche il piacere di usare LattePanda: una computadora con Windows 10 con una tarjeta Arduino incorporata. Bingo!

LattePanda tiene un puerto GPIO en el que se encuentran mapeados los pines de un Arduino, a través de los cuales podriamos manejar los interruptores de los pads y los neopixeles.

La programación del juego sería en el mismo Arduino que trae incorporado, que por cierto, es un Arduino Leonardo.

Per il suono, LattePanda tiene un jack 3.5 que más adelante conectariamos a un altavoz.

Hay un montón de otras computadoras que pudimos haber usato, seguro te preguntas por qué no usamos Raspberry Pi. Y las razones son las siguientes:

• Adafruit sugiere no controlar Neopixeles con Raspberry, por cuestiones del reloj. Cosa que Arduino si puede.
• Para controlar los pines GPIO de la Raspy, se tiene que hacer con Python, lenguaje que no dominamos.
• Si bien se puede conectar un Arduino a la Raspy, queríamos una solución de una sola tarjeta.
• Raspberry corre Windows 10 IoT Core.

Ciertamente LattePanda es costosa y no hay mucha comunidad que la utilice. Si esto lo ves como una adversidad, te invitamos a utilizar otra plataforma. Estaremos encantados de saber que hiciste este proyecto con Raspy, UDOO, BeagleBone, ecc…

Fase 3: Diseñar Y Fabricar La Estructura

La idea de hacer la plataforma con hexágonos nadie no la iba a quitar. Como estábamos seguros de ello, comenzamos a diseñar la estructura.

Hay muchas cosas a considerar para esta etapa, y nuestra estructura debía cubrir lo siguiente:

• Soportar el peso de personas
• Esposizione alle intemperie
• Resguardar la electrónica

Consideramos enseguida utilizar PTR por su dureza, bajo costo y fácil acceso.

Dado que los hexágonos irían acomodados juntos el uno con el otro, se tenía que pensar de qué manera pasarían los cable entre ellos, y por esa razón se diseñó cada módulo come una especie de sandwich, donde por enmedio de larian elect los cable.

Teniamos que fabricar una estructura de doble hexágono, con unos postes que los separaran.

Al tratarse de una plataforma para pies, se nos hizo fácil consider un diámetro externo para el hexágono de unos 70 cm, para que fuera de buen tamaño. Hicimos el ejercicio de cortar en papel varios hexágonos con ese diámetro antes de hacer la estructura.

Con todo esto definido, comenzamos la fabricación de nuestro primer prototipo.

Lo primero que hicimos fue cortar en MDF con láser un hexágono con las dimensions que tendría la estructura, usaríamos esta pieza para guiarnos en cuanto a los ángulos y longitud que deberían tener los tramos de PTR.

Cortar de manera precisa los tramos de PTR es una tarea bastante difícil, y más cuando no tienes la herramienta adecuada. Nosotros a falta de una sierra ingletadora, usamos una esmeriladora, lo cual complicó mucho este proceso. Debes ser cuidadoso usando esta herramienta, ya que es muy fácil cortar de más y no seguir cortes rectos.

Cortamos 12 tramos (6 por cada hexágonos) e 6 postes (los que separan a los hexágonos). Una vez que probamos que coincidian con el hexágono de MDF, continuamos con la soldadura.

Soldamos primero los hexágonos por separado, y luego los soldamos a los postes de separación. Todo un reto!

Somos unos principiantes en soldadura y pronto nos dimos cuenta que nos ibamos a limitar a soldar sólo ese product, y el resto encomendarlo a un herrero experimentado. Si tu eres un buon soldador, animare un fabbricante tutto questo esagonale tú mismo!

Ya con la estructura finalizzata, la pintamos de blanco con aerosol. Te recomendamos hacer esto en un lugar ventilado y donde se pueda colgar la estructura para que puedas pintarla por todos los ángulos.

Fase 4: Colocar Las Superficies En La Estructura

Ya con la estructura metálica, ahora seguía pensar en dos cosas:

• La superficie que resguardaría la electrónica.
• La superficie que el usuario pisaría.

La electrónica que iría en cada hexágono consistía únicamente en la tira de neopixeles. Necesitábamos algo que fuera resistente al agua, en caso de que lloviera y se acumulara el agua debajo de cada hexágono.

Elegimos trovicel, es barato, fácil de cortar, accesible, y resistente al agua.

Por su parte, para la superficie que pisaría el usuario, queríamos que fuera con acrílico, la duda era qué tan grueso había que ponerlo. El único color posible era blanco opalino, para que ocultara la tira de neopixeles y para difuminar la luz. Purtroppo no hay mucha variead en cuanto a grosores, el más grueso disponible era de 1 cm.

En este primer prototipo, diseñamos especie de tapa para evitar que el agua se filtrara por alguna orilla. Para lograrlo el hexágono tenía la orilla dentada para que se pudiera armar en conjunto con las paredes de la tapa, y posteriormente fijar las partes con pegacril.

Cortamos en láser ambos hexágonos: el de trovicel y el de acrílico.

Nota: Con anticipación, sabíamos que es peligroso cortar trovicel con láser, puesto que está hecho de PVC. Con ayuda y consentimiento del operador de la cortadora láser, lo cortamos rápido, con ventilación, y con mascarillas. Lo hicimos porque no disponíamos de un router CNC, y cortarlo con sierra era impreciso y tardado. Asumimos este riesgo solo para el prototipo, el resto de hexágonos de trovicel los cortamos con router. Tú no ocupes cortadora láser!

Con las piezas ya cortadas, montamos todo junto y comenzamos a probarlo.

Durante algunos días nos subimos al hexágono para probar su resistencia, pero no pasó una semana para que las paredes de la tapa de acrílico empezaran a despegarse. Además el acrílico se pandeaba mucho con el peso de una persona promedio.

Como ya no había acrilico opalino más grueso, optamos por reducir el perímetro del hexágono a 50 cm, haciendo la superficie más pequeña ésta sería más resistente. Si bien pudimos colocar algunos soportes de refuerzo en la parte de abajo del acrílico, se vería la sombra de estos cuando se iluminara el hexágono.

Ya no teníamos tiempo para fabricar nosotros otro hexágono, así que lo mandamos a hacer con un herrero.

Esta última estructura sería la definitiva para nuestro proyecto, en el modelo 3D che acá te compartimos vienen especificadas sus dimensions.

También descartamos la idea tener una tapa compuesta de varias caras pegadas con pegacril. En su lugar decidimos uasr solo una superficie de acrilico que atornillamos por arriba a la estructura. Tanto el acrílico como el trovicel se tuvieron que ajustar al nuevo tamaño. Cortamos en láser 10 hexágonos de acrílico, e con router CNC 10 hexágonos de trovicel.

Passaggio 5: installare La Tira De Neopixeles

Para la iluminación, probamos de qué manera se podía iluminar mejor el acrílico. En definitiva fue colocando la tira por la orilla. Checa las fotos para que veas la diferencia.

Las tiras que usamos tienen 96 neopixeles por metro y las venden por metros separados, es decir, no venden rollos de 5 metros continues. Esto se volvería pronto un problema, porque un solo metro no alcanza para cubrir toda la orilla de nuestro hexágono, por lo que tuvimos que unir pedazos.

Adafruit tiene una guía bastante completa sobre estas tiras, te recomendamos leerla antes de usarlas.

Con las tiras hicimos lo siguiente:

• Al inicio de cada tira, soldamos un resistor de 470 ohms. Se recomienda que este resistor vaya lo más cercano posible a la tira, en lugar del pin de Arduino.
• En el altro extremo, unimos la tira de un metro, con un tramo de unos 20 cm per completare il perímetro del hexágono.
• Como la plataforma iba a estar expuesta a lluvia e intemperie, compramos tiras a prueba de agua, que traen un recubrimiento. Al unir tiras, tuvimos que abrir este recubrimiento para que los LEDs estuvieran lo mas juntos posible, y luego sellarlo con ayuda de unas tapitas impresas en 3D y silicón. En las fotos puedes ver más a detalle esto.
• Fijamos las tiras a la estructura con velcro.
• Finalmente, a la tira le soldamos una extensión (de unos 20 cm) de cable de 3 vías, que baja por una perforación en el trovicel.

Passaggio 6: installare El Interruptor

Hay varianti alternative per il sensore delle piatte dell'uso: sensore capacitivo, sensore di distanza, sensore di fuerza, velostat, ecc. Per otra parte, solo necesitabamos detectar una señal de encendido/apagado y un interruptor hace justamente eso.

Sobre qué interruptor elegir, fuimos a la tienda de electrónica para ver las opciones. Buscábamos algo robusto-industriale, y nos encontramos con un gran surtido. L'elezione se basó de acuerdo al tamaño de nuestra estructura y a la forma de montaje. En las fotos podrás apreciar que el switch que usamos tiene una especie de cuello con cuerda que permite poder atornillarlo a una superficie horizontal. Justo lo que necesitábamos!

Usa questo tipo di interruttori es muy fácil, en la parte de abajo trae unos tornillos como terminals a los que se le puede iscriviti el cable, no es necesario usar soldadura, además estos switch son para intemperie ya que traen una carcasa que los aisla del agua. Les conectamos una estensione del cavo de dos polos di 20 cm aprox.

La forma de calibrar la sensibilità de los switch va en función de qué tan cerca esten del acrílico. Para calibrarlos nosotros nos apoyamos de unas rondanas que imprimios en 3D con il grosso necesario per que el switch quedara ajustado al nivel que requeríamos. No usamos rondanas comerciales porque eran muy gruesas.

Passaggio 7: Soldar La Extensión De Cable De Cada Hexágono

En cada hexágono se tenía el interruptor y la tira de neopixeles, dando un totale di 5 cavi. Estos cable tenían que llegar a un circuito de control desde donde se mandarían y recibirían las señales. Empleamos entusiasma un cable de control de 5 vías. Usamos termofil per proteggere i punti di unione con soldadura.

En el otro extremo de esta extensión, necesitabamos un conector de 5 pines. Hay unos DIN 5 industriales de propósito general pero son muy caros y elevarían mucho el costo del proyecto, era incluso más barato usar dos conectores XLR de audio que uno industrial. Soldamos entonces dos conectores XLR: uno per i neopixel (3 cavi) e altri per l'interruttore (2 cavi).

Usate i connettori per esagonale es algo aparatoso, si tiene suficiente presupuesto, si consiglia di ampliare l'uso di un connettore industriale, ahorrará trabajo e se verá mejor.

Calcolare l'ampiezza del cavo in modo da poter misurare le dimensioni di una struttura dell'iría per tutti gli esagoni. Es de gran utilidad, por su parte, planar por dónde pasarán los cable entre hexágonos y diseñar un diagrammaa de referencia.

Passaggio 8: preparare El Gabinete Que Resguarda El Circuito De Control

A partir de que usamos conectores XLR macho, requeríamos usar conectores XLR hembra y estos debían ser montados en un gabinete. El número de conectores junto con el tamaño de la fuente de voltaje y el LattePanda eran las referencias de las dimensions que teníamos que considerer para el gabinete.

Compra un gabinete industriale, e per perforarlo utilizamos un taladro de columna e una sierra broca per gli agujeros de los conectores XLR, i cavi di alimentazione AC e audio. Este proceso fue muy tardado debido al amplio grosor de este tipo de cajas, aunado a que el taladro necesita operar a su máxima fuerza y para ello requiere cierto tiempo de reposo por cada tiempo de trabajo (es importante que busques esta información con el fabricante de tu taladro, pues si no respetas estos tiempos, tu taladro se sobre-calentará con riesgo a dañarse).

Antes de perforar la caja, planifica la ubicación de los circuitos, el flujo de señal dentro y fuera del gabinete, la orientación de ésta, y si va a estar dentro de un mueble o a la intemperie. No olvides considerar la facilidad de conexión para el usuario.

Passaggio 9: Soldar Circuito De Control e Conexiones Para La LattePanda

El circuito de control è bastante semplice. Come nuova piattaforma se compone di 10 pad, cuenta con 10 interruptores (entradas) e 10 tiras de neopixeles (salidas). Ci sono 20 dispositivi di interazione con l'Arduino che si integrano con LattePanda, attraverso i pini digitali. Pese a que esta tarjeta cuenta with 20 pines digitals, dos de ellos están dedicados la comunicazione serial (Rx y Tx) e lo raccomandabile es no uses. Entonces tuvimos que recurrir al uso de un multiplexor (MUX).

L'interruzione del collegamento è un multiplexor di 16 entrate per l'uso di 10 pini del Arduino per la lezione, solo per l'uso 5.

Per su parte, los neopixeles decidimos sí conectarlos directo a los pines de Arduino, dado que en diferentes pruebas que hicimos, pueden llegar a tener problemas cuando se manejan a través de un MUX y hacen más complejo el código. Sin embargo, si tienes un buen nivel de programación, no tendrás problemas para usar un MUX dedicado a las tiras.

Para proteger y darle ventilación a la LattePanda usamos un gabinete dedicado que incluye ventilador. Con el gabinete puesto, sería difícil montar sobre los pines un shield a donde irían soldadas las conexiones de los cable y el MUX, motivo por el cual diseñamos un circuito aparte muy sencillo al cual le soldamos conectores, algunos resistores y el MUX.

Como el circuito es tan básico, lo soldamos directamente sobre una Perma-proto, igual lo puedes soldar sobre una placa perforada, o bien, fabricar tú mismo el PCB. Aquí te compartimos el diseño en Fritzing.

Step 10: Conectar Los Pads Al Circuito De Control Y a La Alimentación

Teniendo el circuito de control ya soldado a los pines de la LattePanda y con el gabinete perforado, hicimos lo siguiente:

• Atornillar los conectores XLR hembra al gabinete
• Etichetta los conectores con sus repectivos nombres
• Soldar el cableado de los conectores XLR a unos conectores de tornillo
• Probar continuidad en todo el cableado
• Fijar la fuente, el circuito de control, y la LattePanda al gabinete
• Organizzare i cavi con cinchos y sujeta cinchos
• Conectar los cable de los pads al gabinete

En las fotos se puede ver muy aparatoso el interior del gabinete, dejando poco claro lo que hicimos, pero acá te compartimos también un diagrammaa detallado de las conexiones.

Fase 11: Programmazione

En este tipo de proyectos, è molto più comodo dedicarte a la programación, una vez que tienes el hardware bien ensamblado: sin falsos; buone connessioni; elenco para uso rudo, ecc.

Per la programmazione come la parte musicale, quisimos diseñar nuestros propions sonidos pero ya nos dio tiempo de profondizar con eso, así que optamos por hacer un controlador MIDI, donde cada pad esagonale dispararía un sample.

• Para el controlador MIDI, nos ayudó mucho esta información.
• Utilizza questa libreria per Arduino.
• Per la patch en Pure Data usamos este.
• Y para los sample hay varias opciones gratuitas que puedes encontrar en internet.

Respecto al manejo de los neopixeles, usamos la libreria FastLED.

Y finalmente, para el juego "Simon Says" fue de bastante ayuda este instructable.

Fase 12: Fabricación De Estructura De Protección Para La Plataforma

No había algo que fijara a los hexágonos y no se movieran cuando uno estaba sacando sus mejores pasos de baile, por lo que fue necesario considerar una segunda estructura que cumpliera con dos funciones:

• Mantenete unidos a los hexágonos y que no se movieran
• Proteger la orilla de la plataforma contro intemperie

Fabricar una estructura con estas características no sería tarea fácil, así que decidimos encomendarlo a herreros expertos. En las fotos puedes ver la obra de arte que hicieron estos artesanos.

Il gabinete de control e l'altavoz se montaron dentro un mueble de madera.