Strumento intelligente ad ultrasuoni: 4 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Scopo

Questo è uno strumento che utilizza un sensore a ultrasuoni per misurare la distanza di un oggetto (questa potrebbe essere la tua mano). Con questo viene selezionata una nota da suonare, in diverse modalità lo strumento suona cose diverse. Potrebbe trattarsi di una singola nota (per l'utilizzo dello strumento come basso) o di più note in sequenza (per l'utilizzo come sintetizzatore).

Ti consiglio di farlo solo se hai una conoscenza di base dell'elettronica e della saldatura.

Utensili:

- Stampante 3D con un'area di stampa minima di 12x8cm- Taglio laser o macchina CNC con un'area di lavoro minima di 300x200mm- Attrezzatura di levigatura- Pistola per colla a caldo- Saldatore- Spelafili

Materiali:

- Legno (MDF) spessore 3 mm La dimensione totale necessaria è 600x400 mm ma è possibile tagliare ogni parte da tavole più piccole, il lato minimo necessario quindi è 300x200 mm (questa è la dimensione esterna di una parte necessaria quindi tieni presente che l'esterno non devono essere tagliati via se si utilizza questo metodo)

- Altoparlante (5W 8Ohm 93 mm di diametro esterno) molto probabilmente dovrai modificare le dimensioni del foro dell'altoparlante poiché non tutti gli altoparlanti sono uguali - Arduino (UNO)- Cavi Dupont 20 e 10 cm 22x 10 cm maschio - maschio 10x 20 cm maschio - femmina 4 x 20 cm femmina - femmina (cavi da 10 cm) (cavi da 20 cm)

- Filo ca. 2x60 cm (spessore 2 mm, ma questo non ha molta importanza)

- 2 anelli in ferrite (per la riduzione del rumore, non necessari per il funzionamento ma consigliati) - 4 pulsanti (16 mm) (pulsanti 16 mm)

- 1 pedale per pianoforte - LCD 20x4 con adattatore I2C (20x4 LCD incl. adattatore I2C)

- Modulo amplificatore audio TDA2030A (modulo amplificatore audio TDA 2030)

- Alimentazione Arduino 5V o cavo USB tagliato da utilizzare con un power bank- Porta jack audio da 3,5 mm (porta jack audio da 3,5 mm (non esattamente la stessa che uso)) (2a opzione)

- Guaina termoretraibile (2 mm) (set di tubi termoretraibili) - Piccola breadboard (opzionale puoi anche saldare i fili insieme dove lo uso) (Mini tagliere)

Processo di progettazione e storia

Ho realizzato questo strumento per un progetto scolastico, avevo bisogno di progettare e costruire un oggetto smart. Dopo un po' di brainstorming mi è venuta l'idea di costruire uno strumento che suonasse più note quando l'utente avesse appena dato allo strumento 1.

Quando ho progettato per la prima volta questo strumento, sembrava un po' diverso e aveva alcune altre funzioni rispetto al prodotto finale. Il mio primo criterio per questo strumento è che dovrebbe essere in grado di riprodurre suoni diversi (come il suono di un pianoforte o di una chitarra) e suonare accordi. Tuttavia, dopo alcune revisioni, non sono riuscito a capire come riprodurre i file audio da una scheda SD, il suono continuava a essere incasinato. Quindi, in una successiva iterazione, ho deciso che lo strumento avrebbe dovuto riprodurre solo segnali PWM che suonavano anche bene. Questo è il punto in cui questo è passato da un pianoforte con un sensore a ultrasuoni a una versione intelligente di un Theramin.

Durante la programmazione di alcune altre funzioni, mi sono reso conto che non sarei stato in grado di riprodurre più toni contemporaneamente con un altoparlante entro i tempi di questo progetto. Così ho deciso di farne un sintetizzatore che invece di suonare più toni contemporaneamente, suonasse poche note in sequenza.

Questo progetto è la prima volta che ho usato un laser cutter e ho dovuto usare Adobe Illustrator, quindi spero di poter spiegare abbastanza bene il mio lavoro.

Fase 1: Assemblaggio dei componenti (fase di test)

Prima di costruire il tutto dovremmo testare tutti i nostri componenti in modo che tutto funzioni.

Inizia saldando i fili che devono essere saldati, questi sono:- Il connettore jack audio, questi sono 2 fili. Un filo è la terra e l'altro è un filo di segnale. Ci sono probabilmente più connessioni disponibili perché una presa jack stereo ha un segnale R e L, ne usiamo solo uno. L'unico modo per verificare quale ti serve è provare a collegare il filo a uno alla volta e vedere se il circuito è chiuso (puoi provarlo con un multimetro).

- 2 fili sull'altoparlante, positivo e negativo. - I fili positivo e negativo sui 4 pulsanti. È possibile inserire l'estremità del cavo maschio nei pin di contatto sui pulsanti. Usa il tubo termorestringente per isolare i fili quando hai finito di saldare

Ora è il momento di collegare i fili. Segui lo schema e le foto per collegare i cavi giusti nei punti giusti.

Anelli di ferrite Poiché l'arduino non è fatto per l'audio, può captare le interferenze elettromagnetiche. È possibile aggiungere un anello di ferrite al cavo del segnale audio e al cavo dell'altoparlante. Puoi farlo avvolgendo il filo 2 o 3 volte attorno a un anello di ferrite. Questo dovrebbe aiutare a ridurre o rimuovere completamente i sibili dallo strumento.

(opzione di alimentazione 1) fonte di alimentazione esterna non tramite Arduino È facoltativo aggiungere alimentazione direttamente nel circuito invece che tramite la porta di alimentazione di arduino. Se lo desideri, dovresti collegare i fili Positivo e Negativo dalla fonte di alimentazione esterna alle linee Positivo e Negativo sulla breadboard. Dovrebbe esserci un filo dal lato positivo sulla breadboard al pin Vin (situato oltre ai pin GND) su arduino e un filo dal lato negativo a un pin GND sull'arduino. (opzione di alimentazione 2) Alimentazione esterna collegata a presa di alimentazione arduinoSe si desidera utilizzare un adattatore collegato alla presa di alimentazione arduino è necessario collegare un filo dal pin arduino 5V al lato positivo della breadboard e un filo da un pin GND al lato negativo

Caricamento dei file Ora collega l'arduino al tuo computer e carica il programma. Nota che devi mettere code.ino e pitches.h in una cartella chiamata code. Nell'IDE di arduino (il programma) devi scaricare le seguenti librerie se non le hai: LiquidCrystal_I2C da Frank de BrabanderWire da adafruit (questo uno dovrebbe essere già integrato)

Passaggio 2: creare il caso

Se tutto funziona, puoi realizzare la custodia. Taglio laser / CNC (vedi video) Prima di iniziare a tagliare, potrebbe essere necessario modificare i fori dell'altoparlante per adattarlo all'altoparlante che possiedi. Ho un altoparlante con una piccola griglia che utilizza i 4 fori attorno al foro dell'altoparlante. Quindi modifica prima questo se necessario.

Inizia tagliando il legno con un laser cutter o una macchina CNC. Il file da usare è Case_laser_cut.ai Una volta che hai le parti puoi provarle, se sono troppo grandi carteggiale un po' finché non si incastrano. Ora puoi incollare i pezzi di legno insieme con la colla per legno. Non dovresti incollare la parte superiore (la tavola con i fori) poiché dobbiamo inserire tutte le parti e dobbiamo essere in grado di aprire la custodia se c'è un problema. tieni presente che stringi tutto insieme mentre si asciuga (lascialo per circa 24 ore perché si indurisca completamente).

Stampa 3D Ora puoi stampare l'alloggiamento dell'LCD e le lettere sopra i pulsanti (Case LCD.stl e letters.stl) Consiglio queste impostazioni: - Altezza livello 0,1 mm- Velocità 30 mm/s per le lettere e 60 mm/s per l'LCD alloggiamento- Utilizzare una ventola di raffreddamento a strati per l'alloggiamento dell'LCD poiché ha molta sporgenza- Il supporto non è necessario Una volta terminate le stampe, levigare i bordi per renderli un po' lisci e se l'LCD non si adatta prova a carteggiarlo ancora un po', dovrebbe andare bene. Una volta completata la custodia e stampate le parti, puoi iniziare ad assemblare tutto. Inserisci l'lcd nell'alloggiamento dell'lcd e inserisci il connettore jack audio per il pedale nel foro sul retro. Incolla il connettore lcd e jack in posizione. Ora incolla l'alloggiamento dell'affissione a cristalli liquidi al legno, puoi mettere la colla sul labbro nella parte inferiore dell'alloggiamento dell'affissione a cristalli liquidi. Ora incolla le lettere dei pulsanti sopra i pulsanti. A seconda dell'altoparlante che hai, puoi incollarlo in posizione, io avere un altoparlante con una piccola griglia che utilizza i 4 fori attorno al foro dell'altoparlante. A seconda di come hai modificato il foro dell'altoparlante per il tuo altoparlante, questo passaggio potrebbe essere diverso per te. Incolla il sensore a ultrasuoni in posizione utilizzando i 2 fori nella parte inferiore. Puoi anche incollare la breadboard, Arduino e il modulo amplificatore audio in posizione ma questo non è necessario. Ricollega tutto e il gioco è fatto, accendi l'alimentazione e divertiti!

Passaggio 3: problemi noti e limitazioni

Questo strumento non è perfetto Prima di tutto è un giocattolo, non un prodotto! L'arduino non è fatto per essere usato come strumento quindi non pensare che il tempismo sarà corretto al 100%. A causa del ritardo nelle operazioni nel codice è impossibile realizzare questo strumento con tempistiche accurate. - A volte il sensore a ultrasuoni presenta un problema tecnico che può provocare la riproduzione di una nota casuale o la riproduzione di note imprecise.

- Quando si utilizza lo strumento consiglio di utilizzare un oggetto piatto come un pezzo di cartone o legno da tenere sopra il sensore. Le superfici curve riflettono i segnali dal sensore, quindi ciò si traduce in note imprecise. Puoi usare la tua mano ma tenerla il più piatta e stabile possibile sopra il sensore.- Non tornare dalla riproduzione automatica all'accensione. Ciò è causato da un bug nel codice che non ho ancora trovato. Puoi risolverlo premendo il pulsante di riproduzione automatica e contemporaneamente premere il pedale. Oppure puoi spegnerlo e riaccenderlo.

- Ritardo durante la riproduzione di una nota, questo è dovuto al fatto che il codice nell'arduino impiega alcuni millisecondi, il che è impossibile da rimuovere poiché l'arduino non è fatto per creare strumenti. - alcuni codici sono in olandese, questo perché io sono olandese e un po' di inglese le parole non si adattavano al display LCD. Ho cercato di fare quanto più possibile in inglese.

Passaggio 4: miglioramenti fai da te

Dopo aver costruito questo non hai finito! Puoi provare a migliorare le tue abilità e aggiungere funzionalità a questo che non ho potuto integrare nel lasso di tempo che ho avuto. Cose che potresti provare:

- aggiunta di più suoni- riproduzione di più toni contemporaneamente- aggiunta di più altoparlanti- Aggiungi più stili!- Aggiungi led che ballano con la tua musica