Polyflûte: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Le projet Polyflûte consiste à réaliser un instrument de musiquenumérique.

Le but est de créer un instrument de musique rispettant des condition particulières; Cet instrument doit être:

-Autonomo e portatile (batteria, pila…)

-Autodidacte (Enseigner à l'utilisateur à partir d'un site internet, le fonctionnement et la construction de l'appareil)

-Auto tune (Produire un son musical à partir une frequence relevé dans l'environnement -alentour)

Le but est donc de réussir à convertir une onde vibratoire, oscillante de la vie courante ou issue d'objets du quotidien en onde sonore et musicale.

Passaggio 1: creazione del circuito analogico

Notre système se base sur le principe de la détection delumière: On place une LED et photodiode face à face séparé par une helice propulsé en roue libre par un ventilateur. Ainsi le passa d'une pâle devant la photodiode créera un signal de type T. O. R (plutôt proche du sinusoïdale en prenant en compte le temps de réception de la lumière).

Le capteur constitue le cœur de la partie analogique. Nous avons donc décidé de distinguer un circuito di emissione e un circuito di ricezione. Il circuito è alimentato da 6 pile ricaricabili da 1,2 V per un totale di 7,2 V. Il circuito di emissione è costituito da un LED e da un motore ramificato in parallelo (un diodo di protezione è stato posizionato per evitare i ritorni di marcia). Il circuito di emissione costituisce un fotodiodo, non il segnale viene amplificato da un AOP; ainsi que de 2 filtres passe bas d'ordre 1 filtrant à environ 80 Hz (frequenza massima di rotazione dell'elica).

Passaggio 2: Choix Des Composants

Une fois le circuit théorique établit, on choisit les composants les plus Adaptés au montage.

Vous retrouverez ci-dessous les références et valeurs des différents composants (en se basant sur le schema électronique précédent):

LED: SFH 4550

Ventilatore: MB40200V1 (5V)

Diodo: 1N4001

Fotodiodo: SFH 203

AOP: LM358N

PU: MCP3008

Resistenza R1 (LED): 47 Ohm

Resistenza R2 (Filtro 1): 220 Ohm

Resistenza R3 (Filtro 2):220 Ohm

Résistance R4 (Filtre en sortie de Vref): 1 kOhms

Condensatore C1 (Filtro): 10nF

Condensatore C2 (Filtro): 10nF

Condensatore C3 (Filtro in uscita di Vref): 5µF

Regolatore: 0J7031 reg09b

Connettore 40 pin

Lampone PI 2 Modello B

Elicottero da 3, 8 cm

6 pile ricaricabili 1.2 V

Fase 3: Realizzazione del PCB

La realizzazione del PCB (Printed Circuit Board) è più efficace e più nastri:

- Le dessin de la carte (Agencement des composants)

- Le routage des composants sur la carte et Impression de la carte

- Soudage des composants

Il design e il percorso della carta sono fatti sulla logica ALTIUM Designer (logico utilizzato nell'impresa per il percorso dei PCB). Nous avons donc dû nous initier au logiciel. Les composants ont été disposés de manière à réduire la taille de la carte (9 cm di lunghezza, 5 cm di larghezza). Il percorso per la festa è più delicato, la carta è imprimé e double couche nous devions decidés de la disposition des connection en couche Top o Bottom. Une fois la carte imprimée, nous avons soudés les composants sur des supports afin de pouvoir enlever les composants en cas de défaillances ou de change de composants. Nous avons également dû placer sur la carte le connecteur reliant le PCB et la Rasberry. Nous avons pour cela dû identificatore les ports SPI de la Rasberry et faire la buona corrispondenza avec le PCB.

Vous trouverez les fichiers Gerber (Fichier Altium Designer).

Fase 4: Réalisation De La Partie Mécanique (supporto e strumento)

Il tubo costituisce la flte est un tubo in PVC (plomberie) qui a été coupé a une longueur de 15 cm et 4, 1 cm de diamètre. Su retrouve 4 trous de 1 cm de diamètre espacé chacun de 2 cm. A l'intérieur su retrouve une hélice soutenu par une tige en plastique de 2 cm. Il PCB e il tubo sono fissati su una placca in legno a fissare l'aiutante d'entretoises et de vis. Sur la partie gauche du tube su un fixé le ventilateur à l'aide d'un scotch de câble électrique. De l'autre côté, le tube est bouché par un morceau de carton.

- tubo in PVC

- placca en bois d'environ 30 cm x 30 cm

- 4 primi da 3, 5 cm

- 4 écrous

- Un interrupteur 2 posizioni classique

- Supporto per pile

- Cartone

Passaggio 5: connessione MCP-Raspberry

La connessione MCP-3008/Rasberry è essenziale per la comunicazione, la ricezione della trasmissione delle donne.

La connessione Raspberry/MCP è dettagliata nelle immagini.

La connessione s'effectue en bus SPI, il codice d'inizializzazione du bus est joint dans les fichiers.

Fase 6: Acquisizione Des Données

Un se il Raspberry è connesso a un convertitore analogico/numero di tipo MCP3008 all'aiuto di un bus SPI, il faut maintenant acquérir les données souhaitées. Nous ne relevons qu'un type de valeur, l'amplitude de notre signal fréquentielle, sur la chaîne 1 du MCP3008. Ces valeurs sont stockées in un tableau de taille 512: a scelta una potenza di 2 per facilitare gli algoritmi di trasformazione di Fourier a venire, e più il numero di punti è alto più il segnale discreto sera précis.

L'acquisition des données ne peut cependant pas se faire de manière aléatoire, en effet la frequence d'acquisition et donc la frequence d'échantillonnage est primordiale. Nous avons déterminé empiriquement que notre signal n'atteignait jamais des frequences superiori a 80Hz. Per quanto riguarda Shannon, la frequenza di attivazione è superiore a 160Hz, non è possibile scegliere un Fe a 250Hz.

Afin d'acquérir les données à cette frequence, nous avons créé un timer qui fait appel a notre fonction d'acquisition toutes les 4ms (Te = 1/Fe = 4ms). Le premier thread de notre program contient donc la fonction du timer qui effectue l'acquisition des données.

Passaggio 7: FFT

Une fois le tableau de données d'acquisition rempli, on peut effectuer la transform de Fourier discrète pour retrouver la frequence du signal.

On use pour cela la bibliothèque GSL qui permet à partir d'un tableau de données, d'avoir le tableau d'amplitude des raies fréquentielles composant ce signal. En écartant la première case du tableau contenant l'amplitude des composantes continua, su peut retrouver l'indice i de la fréquence qui a la plus forte ampiezza à l'aide de la formule suivante: Freq = i*Fe/(2*Nb_Points).

Notre frequence d'échantillonnage étant 250Hz et le nombre de points acquis étant 512.

Fase 8: Génération Du Son

Maintenant que l'on a récupéré la frequence du signal il suffit de générer un sinus pour avoir un son. Due soluzioni se sont ouvertes à nous: Emettre un sinus directement à partir des fréquences acquises en les multipliant pour les rendre audible, ou bien associer des fréquences précises aux plages des différentes note de notre prototipo.

Nous avons testé les deux méthodes et nous avons finalement retenu la seconde plus concluante. Le note jouées sont celle de la gamme 4, tuttavia les contraintes de notre système nous permet seulement d'avoir 8 plages distinte et ainsi de jouer 8 note différentes: Do, Ré, Mi, Fa, Sol, Sol bémol, La et Si.

Enfin vous trouverez les codes completes des deux solutions citées au-dessus.