Уонфикация биоданных: 36 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Создавайте MIDI-ноты на основе изменений гальванической проводимости двух датчиков.

Для получения последней версии кода и обновленных руководств перейдите на сайт electricforprogress.com и ознакомьтесь с моим проектом на github

Шаг 1: макетная плата без пайки

Ключевым инструментом в экспериментах с электроникой является бесконтактная макетная плата. Позволяя пользователям соединять компоненты вместе и легко изменять конфигурацию, макетная плата позволяет новичкам в электронике и опытным инженерам создавать прототипы проектов и легко соединять электронные системы.

Макетные платы имеют ряд отверстий, которые электрически соединены. Горизонтальные ряды проходят через макетную плату в клеммных колодках из 5 соединенных точек и помечены буквами abcde и fghij. Большой разделитель посередине макета разделяет горизонтальные ряды, что облегчает использование микрочипов Dual Inline Package (DIP). По бокам макета расположены вертикальные столбцы отверстий, обычно отмеченные красной и синей линиями. Эти вертикальные колонны чаще всего используются для силовых соединений (положительное напряжение и земля) и называются «шиной». Мы будем подключать все наши положительные и заземляющие соединения к этим шинам с каждой стороны макета. На более позднем этапе мы свяжем вместе заземления и положительные шины с каждой стороны макета.

Чтобы «соединить» два электронных компонента, мы просто помещаем выводы (или «ножки») деталей в соседние горизонтальные отверстия. Это позволяет пользователю соединять несколько компонентов вместе, используя каждый горизонтальный ряд из 5 точек.

Шаг 2: вставьте таймер 555

Таймер 555 представляет собой 8-контактный микрочип DIP, который мы сконфигурируем как нестабильный мультивибратор, способный измерять электропроводность. Сориентируйте микросхему так, чтобы контакт 1 находился наверху - вы увидите маленький кружок рядом с контактом 1 на микросхеме, а также посмотрите схему, которая идентифицирует каждый из контактов на таймере 555.

Поместите таймер 555 внизу макетной платы. Макетная плата расположена с зазором посередине, микрочип должен проходить через этот зазор. Строки макета пронумерованы, мы будем вставлять таймер 555 в строки 27, 28, 29 и 30, а вывод 1 - в строку 27.

Шаг 3: контакт 1 к земле

Подключив контакт 1 555 к заземлению, добавьте перемычку из строки 27 столбца A к шине заземления.

Шаг 4: Конденсатор выдержки времени C1

Подключите синхронизирующий конденсатор C1 (0,0042 мкФ) между контактами 1 и 2 таймера 555. Вставьте крошечный синий конденсатор в строки 27 и 28 столбца B.

Этот конденсатор устанавливает общий частотный диапазон таймера, здесь мы используем очень маленькое значение, чтобы получить максимальное разрешение импульсов из 555, когда мы измеряем колебания электрической емкости между двумя датчиками.

Шаг 5: разделительный конденсатор C2

Подключите высокочастотный развязывающий конденсатор C2 (1 мкФ) к плюсу и земле таймера 555, контактам 1 и 8 в строке 27, столбце D и G.

Может быть полезно обрезать ножки конденсатора для лучшего размещения на макетной плате, но будьте осторожны, чтобы оставить достаточно места для ножек, чтобы охватить микрочип и полностью соединиться с гнездами макетной платы.

Шаг 6: разъединение электролитического конденсатора C3

Подключите низкочастотный развязывающий электролитический конденсатор C3 (41 мкФ) к плюсу и земле таймера 555, контактам 1 и 8 в строке 27, столбцах C и H.

Обратите внимание, что электролитические конденсаторы поляризованы, поэтому отрицательный конец обозначается белой полосой по краю крышки; убедитесь, что отрицательная сторона конденсатора идет к выводу 1 (земля) столбца C, а положительная сторона конденсатора идет к выводу 8 (положительный) столбца H.

Шаг 7: выход светодиода

Подключите красный светодиод к выходному контакту 3 контакта A строки 29 таймера 555 и к шине заземления. Поместите более длинный вывод светодиода (анод) в ряд 29 столбца A, а более короткий вывод светодиода - в одно из отверстий шины заземления.

** - светодиоды поляризованы и должны быть вставлены в правильной ориентации. Катодную ножку светодиода (отрицательную) можно определить по плоскому краю на стороне светодиода, а положительный анод - по более длинной ножке. Полярность и цвет светодиода можно определить, используя простую батарейку-кнопку, вставив батарею между выводами светодиода, вы увидите, как светодиод светится, или нет, попробуйте повернуть батарею в другом направлении. Светодиод загорится, когда конец батареи + (широкий плоский) подключен к аноду (более длинная ножка), а аккумулятор - (меньшая кнопка) подключен к ножке заземления катода. Возьмите батарейку CR2032 3v и попробуйте!

После того, как вы все заработали на последнем шаге, вы можете вернуться и обрезать ножки светодиода, если хотите.

ВНИМАНИЕ: при всех нормальных обстоятельствах между выходным контактом и светодиодом должен быть добавлен резистор. Чтобы упростить сборку этого набора, токоограничивающие резисторы не используются. Мы включили резисторы для каждого светодиода в комплекте. Измененные инструкции, включая токоограничивающие резисторы, будут предоставлены в качестве приложения.

Шаг 8: Перемычка 555 Trigger to Threshold

Подключите перемычку между контактом 2 и контактом 6 таймера 555, строка 28, столбец D, и строка 29, столбец G.

Это присоединяет порог и триггерные контакты таймера 555, которые образуют входное соединение для первичного электрода.

Шаг 9: Сброс перемычки 555 на V +

Подключите контакт 4 таймера 555 к положительной шине с помощью перемычки строки 30, столбец D, к положительной шине.

Подключите контакт 8 таймера 555 к положительной шине с помощью перемычки строки 27, столбец I, к положительной шине.

(добавить изображение и шаг для 555 VCC в V +)

Шаг 10: Разряд резистора R1 100 кОм 555 на положительную шину

Подключите резистор R1 (100 кОм) между выводом 7 разъема 555 и положительной шиной. Поместите одну сторону резистора в ряд 28 столбца J, а другую сторону резистора - на положительную шину.

Шаг 11: входной разъем датчика

Вход пробника - это моно-разъем 3,5 мм, который подключается к макетной плате через два припаянных контакта. Хотя это узкое место, контакты заголовка, припаянные к разъему, поместятся в строки 28 и 29 столбца H.

К гнездам были добавлены штыри заголовка, чтобы пользователю было проще собрать комплект. Обратите внимание, что чрезмерная нагрузка на гнездо или штыри может привести к повреждению паяного соединения. Если в вашем комплекте штырьки разъема не припаяны к разъему, обратитесь к приложению с инструкциями по пайке разъема и разъема.

Шаг 12: перемычка положительной шины

Подключите положительную шину к обеим сторонам макета, вставив перемычку между верхними верхними точками левой и правой (красной) шины питания.

Шаг 13: перемычка заземляющей шины

Подключите шину заземления с обеих сторон макета, вставив перемычку между верхними наивысшими точками левой и правой (синей) шины заземления.

Шаг 14: Тестирование гальванометра

Теперь мы готовы подключить несколько батарей и протестировать только что построенный гальванометр из таймера 555.

Вставьте 3 батарейки AA в черный батарейный отсек, убедитесь, что выключатель питания на коробке находится в положении «ВЫКЛ.». Присоедините красный провод батарейного отсека к положительной (красной) шине макетной платы, подсоедините черный провод батарейного отсека к заземляющей (синей) шине макетной платы. Теперь переведите выключатель питания на батарейном отсеке в положение «ВКЛ.». Светодиод должен гореть, показывая, что таймер 555 включен.

Подсоедините белые выводы электрода (пока не используйте липкие подушечки) к разъему 3,5 мм для подключения к гальванометру. Прикоснувшись пальцами к концам электродов с металлическими кнопками, вы увидите, как светодиодная мигает в зависимости от изменений проводимости. Прикосновение к электродам очень легкое может показать, что светодиодная вспышка медленно включается и выключается, при очень сильном нажатии на электроды светодиод мигает очень быстро, как будто светодиод продолжает гореть или немного тускнет.

Шаг 15: Вставьте ATMEGA328 28pin DIP

Ваш комплект MIDIsprout поставляется с предварительно запрограммированным микроконтроллером ATMEGA328 с предохранителями, настроенными на работу на частоте 8 МГц на внутреннем генераторе (предохранители: Low-E2 High-D9 Ext-FF), и предварительно загруженным микропрограммным обеспечением MIDIsprout. Этот 28-контактный DIP-разъем имеет два параллельных ряда по 14 контактов.

Вставьте микросхему 328p в верхнюю часть макета, идентифицируя контакт 1 по маленькому кружку на микросхеме, в ряды 1–14, охватывающие DIP через зазор в столбцах E и F.

** Чтобы легко перепрограммировать и экспериментировать, можно добавить генератор 16 МГц на контакты 9 и 10 макета и программировать с использованием платы Arduino Uno с модификациями кода MIDIsprout. ATMEGA328 также можно перепрограммировать через ICSP с помощью внешнего программатора (другой Arduino) и лабиринта перемычек;)

** Также в качестве дополнения, MIDIsprout Kit может быть построен с использованием предыдущих шагов для сборки гальванометра с макетной платой, прикрепленной непосредственно к Arduino Uno! Будьте на связи…

Для справки, код, предварительно загруженный в текущую версию MIDIsprout:

Код Arduino:

Шаг 16: Включите ATMEGA328

Присоедините вывод VCC на 328 к положительной шине с помощью перемычки между строкой 7, столбец A и положительной шиной.

Шаг 17: заземлите ATMEGA328

Присоедините контакт заземления на 328 к заземляющей шине с помощью перемычки между строкой 8, столбец B и заземляющей шиной.

Шаг 18: Включите ATMEGA328 (аналоговый)

Подключите аналоговый вывод напряжения на 328 к положительной шине с помощью перемычки между строкой 9, столбец J и положительной шиной.

Шаг 19: Заземлите ATMEGA328 (аналог)

Присоедините контакт заземления на 328 к заземляющей шине с помощью перемычки между строкой 7, столбец J и заземляющей шиной.

Шаг 20: Вывод таймера 555 на вход ATMEGA328

Подключите выходной контакт таймера 555 к входному контакту 4 на устройстве 328 с помощью перемычки между контактом 3 таймера 555, строкой 29, столбцом D и строкой 4, столбцом D.

Здесь цифровой выход 555 запускает вывод прерывания на 328, INT0, который измеряет и сравнивает длительность импульсов.

Шаг 21: ручка

Прилагаемую ручку следует подготовить, осторожно согнув три ее ножки (согните все три одновременно), чтобы ручка могла стоять вертикально. Вставьте ручку с левой стороны макета в столбец A, строки 19, 20 и 21.`

Шаг 22: Ручка дворника к аналоговому входу ATMEGA328

Подключите центральный штифт регулятора к аналоговому входу (A0) 328 с помощью перемычки. Прикрепите перемычку между ручкой, ряд 20, столбец E, и 328 (контакт A0), ряд 6, столбец G.

Шаг 23: MIDI-разъем

Вставьте MIDI-разъем в макетную плату. Подготовьте гнездо, обозначив две заостренные монтажные штифты, расположенные на передней части гнезда MIDI, и согнув их вверх, чтобы указать на переднюю часть гнезда MIDI. Разместите разъем MIDI с правой стороны макетной платы так, чтобы разъем был направлен вправо. Вставьте разъем MIDI в столбцы I и J, ряды 18, 19, 21, 23 и 24. Пять контактов разъема MIDI войдут (плотно) в макетную плату, будьте осторожны, не нажимайте слишком сильно.

Шаг 24: Вывод данных MIDI на ATMEGA328 Tx

Подключите выходной контакт MIDI-данных к контакту последовательной передачи (Tx) ATMEGA328, установив перемычку между столбцом F, строкой 23 (MIDI-данные, контакт 5) и столбцом B, строкой 3 (328 Tx).

Шаг 25: MIDI-резистор питания к V +

Подключите резистор между выводом питания MIDI (4) и V +, используя резистор 220 Ом, подключенный к столбцу H, ряд 19 (питание MIDI) и положительной шине на правой стороне платы.

Шаг 26: перемычка заземления MIDI

Подключите контакт заземления MIDI к шине заземления с помощью перемычки между столбцом F, ряд 21 (заземление MIDI) и шиной заземления.

Шаг 27: положительное напряжение ручки

Подключите контакт положительного напряжения регулятора к положительной шине с помощью перемычки между столбцом D, ряд 19 и положительной шиной.

Шаг 28: Заземление ручки

Подключите контакт регулятора заземления к шине заземления с помощью перемычки между столбцом D, ряд 21 и шиной заземления.

Шаг 29: светодиоды (красные)

В MIDIsprout есть 5 цветных светодиодов, которые обеспечивают световое шоу и индикацию состояния проигрываемых MIDI-нот.

Подключите светодиодный (красный) анод - длинная ножка к столбцу A, ряд 5, а светодиодный катод - к шине заземления.

** - Для простоты в этой сборке мы опускаем токоограничивающие резисторы, пожалуйста, смотрите приложение, чтобы узнать, как включить резисторы со светодиодами.

Шаг 30: светодиоды (желтые)

Подключите светодиодный (желтый) анод - длинная ножка к столбцу A, ряд 11 Подключите светодиодный (красный) анод - длинную ножку к столбцу A, ряду 5, а катод светодиода - к шине заземления, а катод светодиода - к шине заземления.

Шаг 31: светодиоды (зеленые)

Подключите светодиодный (зеленый) анод - длинная ножка к столбцу A, ряд 12, а светодиодный катод - к шине заземления.

Шаг 32: светодиоды (синие)

Подключите светодиодный (синий) анод - длинная ножка к колонке J, ряд 14, а светодиодный катод - к шине заземления.

Шаг 33: светодиоды (белые)

Подключите светодиодный (белый) анод - длинная ножка к колонке J, ряд 13, а светодиодный катод - к шине заземления.

Шаг 34: Подставка для кварцевого генератора 16 МГц

Кварцевый генератор 16 МГц должен быть добавлен к контактам 9 и 10 ATMEGA328, ряд 9 и 10 столбец C. Деталь не поляризована, и кристалл может быть вставлен в контакты 9 и 10 в любой ориентации.

Шаг 35: Аккумулятор

Присоедините батарейный блок к макетной плате, поместив красный провод батарейного блока в шину положительного напряжения макетной платы, а задний провод - в шину заземления макетной платы. Вставьте 3 батарейки AA и включите батарейный отсек. При включении питания светодиод гальванометра 555 должен загореться.

Подключите выводы электрода к разъему в нижней части макетной платы и прикоснитесь к концам выводов с двумя кнопками. Светодиод гальванометра должен мигать в зависимости от проводимости на ваших пальцах.

Шаг 36: сонификация биоданных

Когда провода электродов касаются или прикрепляются с помощью гелевых подушечек, программа MIDIspout обнаружит небольшие изменения проводимости и представит эти изменения в виде нот MIDI и разноцветных огней!

Подключив MIDI-кабель к MIDI-разъему на макетной плате, MIDIsprout Kit можно подключить к синтезаторам, клавиатурам, генераторам звука и компьютерам, поддерживающим MIDI, для воспроизведения звуков в ответ на MIDI-ноты.

Поворачивая ручку, можно настроить порог / чувствительность MIDIsprout. Уменьшая порог, можно обнаружить меньшие колебания проводимости гальванометра; при увеличении порога требуются большие изменения для создания нот. Во время длительных инсталляций я использую настройку низкого порога, которая создает приятный журчащий поток MIDI-данных. Для публичных интерактивных мероприятий с несколькими растениями я устанавливаю довольно высокий порог, в результате чего MIDI-ноты воспроизводятся только тогда, когда человек подходит очень близко или физически касается растения.