Создание MIDI-инструмента с управлением от ветра: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Этот проект был подан в «Creative Electronics», модуль 4-го курса BEng Electronics Engineering в Школе телекоммуникаций Университета Малаги.

Первоначальная идея родилась давно, потому что мой товарищ Алехандро более половины своей жизни играл на флейте. Таким образом, он нашел привлекательной идею электронного духового инструмента. Итак, это продукт нашего сотрудничества; Основным направлением этого подхода было получение эстетически сдержанной конструкции, подобной конструкции бас-кларнета.

Демо:)

Запасы

• Плата Arduino (мы использовали SAV MAKER I на базе Arduino Leonardo).
• Датчик давления воздуха MP3V5010.
• Тензодатчик FSR07.
• Резисторы: 11 4К7, 1 3К9, 1 470К, 1 2М2, 1 100К.
• Один потенциометр 200К.
• Один керамический конденсатор 33 пФ.
• Два электролитических конденсатора емкостью 10 мкФ и 22 мкФ.
• Один LM2940.
• Один LP2950.
• Один LM324.
• Один MCP23016.
• Одна перфорированная доска 30х20 отверстий.
• 30-контактные разъемы, как женские, так и мужские (один пол для Arduino, другой для плаща).
• Одна пара разъемов HD15, вилка и розетка (с припоями).
• Возьмите у друга термоусадочную трубку и изоленту. Предпочтение было отдано черным.
• Две литий-ионные батареи 18650 и держатель для них.
• Переключатель.
• USB-кабель Arduino.
• По крайней мере, 11 кнопок, если вы хотите качественного ощущения, не используйте наши.
• Какой-то корпус или футляр. Достаточно деревянной доски размером около одного квадратного метра.
• Полметра трубки из ПВХ, 32 мм снаружи.
• Соединение ПВХ 67 градусов для предыдущей трубы.
• Одно уменьшение ПВХ с 40 мм до 32 мм (внешнее).
• Одно уменьшение ПВХ с 25 мм до 20 мм (внешнее).
• Пустая бутылка из-под Бетадина.
• Мундштук для альт-саксофона.
• Трость для альт-саксофона.
• Лигатура альт-саксофона.
• Немного пены.
• Множество проводов (рекомендуется аудио провод, так как он идет в паре красно-черный).
• Некоторые винты.
• Матовая черная аэрозольная краска.
• Матовый лак-спрей.

Шаг 1: Тело

Во-первых, в качестве части тела была выбрана труба из ПВХ. Вы можете выбрать другой диаметр, хотя мы рекомендуем внешний диаметр 32 мм и длину 40 см, так как эти размеры нам удобны.

Как только вы получите трубку в руки, разместите разметку для кнопок. Это зависит от длины ваших пальцев. Теперь, когда разметка сделана, просверлите соответствующее отверстие для каждой пуговицы. Мы рекомендуем начать с узкого сверла и выровнять отверстие, увеличивая диаметр, используемый для сверла. Кроме того, использование резца перед сверлом может улучшить стабильность.

Вы должны ввести четыре неподключенных провода, чтобы позже подключить манометр и датчик давления воздуха; эта деталь (корпус) и шейка склеены трубкой, соединенной под углом 67 градусов. Эта труба была отшлифована и окрашена в черный цвет.

Чтобы соединить эту деталь с ножкой, мы использовали переходник из ПВХ от 40 мм до 32 мм (внешний диаметр). Были добавлены четыре шурупа по дереву для усиления стыка. Между переходным шарниром и корпусом мы сделали дрель и ввели более широкий винт для обеспечения устойчивости. Рекомендуем просверлить трубы перед проводкой; в противном случае разорение обеспечено.

Следующий шаг - припаять провода к клеммам кнопок, измерить длину до низа и зарезервировать дополнительную длину, чтобы соединение не было плотным. После того, как труба будет отшлифована и окрашена в черный цвет (мы использовали матовую черную аэрозольную краску; нанесите столько слоев, сколько хотите, пока она не будет хорошо выглядеть под солнечным светом), введите кнопки сверху вниз, пометив каждую из них. Мы рекомендуем использовать кабели двух разных цветов (например, черный и красный); поскольку все они подключены к земле на одном из контактов, мы оставили черный кабель свободным и пометили только красные кабели. Кнопки были покрыты черной изолентой, чтобы они соответствовали внешнему виду и не падали.

Припаяйте гнездовой разъем HD15 (припойные чашки очень помогают), используя схему, предложенную на схеме шага 4 (или свою собственную), и соедините заземления вместе. Имейте в виду, что термоусадочные трубки обеспечивают высокую надежность от коротких замыканий.

Шаг 2: Дизайн стопы

Схема, используемая для этой конструкции, в своей основе очень проста. Две последовательно соединенные литиевые батареи питают стабилизатор напряжения LDO (с низким падением напряжения), который подает 5 В со своего выхода на остальную цепь. Операционные усилители LM324 служат как для адаптации динамического диапазона датчика давления воздуха (MP3V5010, от 0,2 до 3,3 вольт), так и для работы манометра (отрицательный резистор с переменным наклоном) к аналоговым входам платы Arduino (от 0 до 5 вольт). Таким образом, для первого используется неинвертор с регулируемым коэффициентом усиления (1 <G <3), а для второго - делитель напряжения плюс повторитель. Они обеспечивают адекватный перепад напряжения. Для получения дополнительных сведений об этих устройствах щелкните здесь и там. Кроме того, LP2950 обеспечивает эталонное напряжение 3,3 В, которое необходимо подать на MP3V5010.

Подойдет любая модель серии FSR (Force Sensing Resistor), и хотя 04 - самая красивая модель, мы использовали 07 из-за проблем со складом. Эти датчики изменяют свое электрическое сопротивление в зависимости от приложенной изгибающей силы, и мы экспериментально проверили, что они этого не делают при нажатии вдоль всей их поверхности. Первоначально это было ошибкой из-за того, что мы собирались положить кусок, но принятое решение хорошо сработало и будет объяснено на четвертом шаге.

Одна из основных частей платы - MCP23016. Это 16-битный I2C I / O Expander, который мы сочли полезным для снижения сложности кода (и, возможно, проводки). Модуль используется как 2-байтовый регистр только для чтения; он создает прерывание (устанавливает логический «0», поэтому для установки логической «1» требуется подтягивающий резистор) на своем шестом выводе при изменении любого из значений его регистра. Arduino запрограммирован на срабатывание по наклону этого сигнала; после этого он запрашивает данные и декодирует их, чтобы узнать, действительна нота или нет, и если это так, он сохраняет ее и использует для создания следующего пакета MIDI. Каждая из кнопок имеет две клеммы, подключенные к земле и подтягивающему резистору (4,7 кОм) на 5 В соответственно. Таким образом, при нажатии логический «0» считывается устройством I2C, а логическая «1» означает освобождение. Пара RC (3.9K и 33p) настраивает свои внутренние часы; контакты 14 и 15 являются сигналами SCL и SDA соответственно. Адрес I2C для этого устройства - 0x20. Более подробную информацию можно найти в таблице данных.

Схема подключения, которую мы использовали для подключения разъема HD15, конечно, не уникальна. Мы сделали это так, потому что на созданной нами печатной плате было проще провести трассировку, а важным моментом является ведение четкого списка узлов и соответствующих им кнопок. Излишне говорить, но я буду; кнопки имеют два терминала. Один из них (неразборчиво) подключен к соответствующему узлу на разъеме HD15, а другой заземлен. Таким образом, все кнопки имеют одну и ту же землю и подключаются только к одному контакту разъема HD15. Представленное нами изображение - это вид сзади вилки разъема, то есть вид пары розеток спереди. Тщательно припаивайте провода, поверьте нам, вы не захотите неправильно их подключить.

Чтобы это было понятно, мы разработали схему для подключения к ней Arduino. Там должно быть достаточно места, чтобы схема поместилась под ним, и поэтому коробка может быть меньше нашей. Предлагаемая планировка здания представлена на рисунке ниже. Мы использовали силикон, чтобы приклеить держатель батарейки к внутренней части коробки, просверлили накидку по ее краям и использовали винты, чтобы закрепить ее таким образом.

Чтобы соединить эту деталь с корпусом, мы использовали переходник из ПВХ от 40 мм до 32 мм (внешний диаметр). Были добавлены четыре шурупа по дереву для усиления стыка. Между переходным шарниром и корпусом мы сделали дрель и ввели более широкий винт для обеспечения устойчивости. Будьте осторожны, чтобы не повредить провода.

Шаг 3: Сборка мундштука

Это, наверное, самая важная часть сборки. Он основан исключительно на диаграмме, показанной на первом изображении. Негабаритная часть достаточно велика, чтобы поместиться в 32-миллиметровую (внешнюю) трубку из ПВХ.

При разработке этой детали (грифа) мы решили использовать печатную плату для крепления MP3V5010, хотя вы можете не обращать на это внимания. Согласно PDF, используются клеммы 2 (питание 3,3 В), 3 (земля) и 4 (электрический сигнал давления воздуха). Таким образом, чтобы избежать заказа печатной платы по этому поводу, мы предлагаем вам отрезать неиспользуемые контакты и приклеить компонент к трубке из ПВХ после завершения электромонтажа. Это самый простой способ, о котором мы могли думать. Кроме того, этот датчик давления имеет две измерительные ручки; вы хотите прикрыть одну из них. Это улучшает его реакцию. Мы сделали это, вставив крошечный металлический элемент в термоусаживающуюся трубку, которая закрывала ручку и нагревала трубку.

Первое, что вам нужно сделать, это найти деталь конической формы, которая могла бы поместиться в трубку датчика давления воздуха, как показано на втором изображении. Это желтый кусок на предыдущей диаграмме. С помощью крошечного сверла или тонкого наконечника припоя вырежьте узкое отверстие на вершине конуса. Проверьте, плотно ли он прилегает; если нет, продолжайте увеличивать диаметр отверстия, пока он не станет больше. Когда это будет закончено, вам нужно найти кусок, который подходит по размеру к предыдущему, покрывая его, чтобы препятствовать выходу воздуха. Фактически, вы хотите на каждом шагу проверять, не выходит ли воздух из корпуса; Если это так, попробуйте добавить силикон на стыках. Это должно привести к следующему изображению. Чтобы помочь, мы использовали для этой цели бутылку с бетадином: желтая деталь - это внутренний дозатор, а деталь, которая ее закрывает, - это крышка с прорезью на головке, которая превращает ее в форму трубки. Разрез производился горячим ножом.

Следующим шагом было уменьшение ПВХ с 25 (внешний) до 20 (внутренний). Этот кусок хорошо вписался в уже уложенную трубку, хотя нам нужно было отшлифовать ее наждачной бумагой и приклеить стенки, чтобы препятствовать упомянутому воздушному потоку. На данный момент мы хотим, чтобы это была закрытая полость. На диаграмме этот фрагмент, о котором мы говорим, является темно-серым, который следует непосредственно за желтым. Как только эта деталь была добавлена, гриф инструмента почти готов. Следующий шаг - вырезать кусок из ПВХ-трубки (внешнего) диаметра 32 мм и просверлить отверстие в его центре, чтобы провода манометра вышли наружу. Припаяйте четыре провода, о которых мы упоминали ранее в шаге 1, как показано на следующей схеме, и приклейте шейку к угловому соединению (после того, как покрасите ее в черный цвет, для эстетических целей).

Последний шаг - удобно закрыть мундштук. Для выполнения этой задачи мы использовали трость для альт-саксофона, черную изоленту и лигатуру. Перед наклеиванием ленты манометр располагался под язычком; электрические соединения с манометром усилены термоусадочными трубками черного цвета. Эта деталь предназначена для извлечения, чтобы можно было очистить полость после некоторой игры. Все это видно на двух последних картинках.

Шаг 4: Программное обеспечение

Пожалуйста, загрузите и установите Virtual MIDI Piano Keyboard, вот ссылка.

Логический способ выполнить этот шаг следующий: сначала загрузите эскиз Arduino, представленный в этой инструкции, и загрузите его на свою плату Arduino. Теперь запустите VMPK и проверьте свои настройки. Как показано на первом изображении, «Входное MIDI-соединение» должно быть вашей платой Arduino (в нашем случае Arduino Leonardo). Если вы используете Linux, ничего устанавливать не нужно, просто убедитесь, что ваш файл VPMK имеет свойства, показанные на втором рисунке.

Шаг 5. Устранение неполадок

Случай 1. Система не работает. Если светодиод Arduino не горит или немного темнее обычного, убедитесь, что система правильно запитана (см. Случай 6).

Случай 2. Кажется, дым идет, потому что что-то пахнет горелым. Возможно, где-то произошло короткое замыкание (проверьте питание и жгуты проводов). Возможно, вам следует потрогать (с осторожностью) каждый компонент, чтобы проверить его температуру; если он горячее, чем обычно, не паникуйте, просто замените его.

Случай 3. Arduino не распознается (в Arduino IDE). Загрузите еще раз предоставленные эскизы, если проблема не исчезнет, убедитесь, что Arduino правильно подключен к компьютеру и настройки Arduino IDE установлены по умолчанию. Если ничего не работает, подумайте о замене Arduino. В некоторых случаях нажатие кнопки сброса во время «компиляции», а затем отпускание во время «загрузки» может помочь загрузить скетч.

Случай 4. Некоторые клавиши неисправны. Пожалуйста, выделите, какой ключ не работает. Может быть полезно проверить целостность, или вы можете использовать предоставленный эскиз для проверки кнопок; подтягивающий резистор может быть неправильно припаян или неисправна кнопка. Если с ключами все в порядке, свяжитесь с нами и расскажите о своей проблеме.

Случай 5. Не могу получить записку по ВМПК. Убедитесь, что Arduino правильно подключен к компьютеру. Затем на VMPK выполните действия, указанные на шаге 3. Если проблема не исчезнет, выполните сброс с помощью кнопки или свяжитесь с нами.

Вариант 6. Испытание при включении электропитания. Выполните следующие измерения: сняв Arduino с накидки, включите переключатель. Поместите черный щуп на контакт заземления (любого будет достаточно) и используйте красный щуп для проверки узлов питания. На плюсовой пластине аккумулятора должно быть падение напряжения не менее 7,4 вольт, в противном случае зарядите аккумуляторы. На входе LM2940 должно быть такое же падение напряжения, как показано на схеме. На его выходе должно быть падение 5 вольт; такое же значение ожидается от LM324 (вывод 4), MCP23016 (вывод 20) и LP2950 (вывод 3). На выходе последнего должно быть 3,3 вольта.