Ультразвуковой интеллектуальный инструмент: 4 шага (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Цель

Это инструмент, который использует ультразвуковой датчик для измерения расстояния до объекта (это может быть ваша рука). При этом выбирается нота для воспроизведения, в разных режимах инструмент играет разные вещи. Это может быть одна нота (для использования инструмента в качестве баса) или несколько нот в последовательности (для использования в качестве синтезатора).

Я рекомендую делать это только в том случае, если у вас есть базовые представления об электронике и пайке.

Инструменты:

- 3D-принтер с минимальной площадью печати 12x8 см - Лазерный резак или станок с ЧПУ с минимальной рабочей площадью 300x200 мм - Шлифовальное оборудование - Пистолет для горячего клея - Паяльник - Инструмент для зачистки проводов

Материалы:

- Дерево (МДФ) толщиной 3 мм. Общий требуемый размер составляет 600 x 400 мм, но вы можете вырезать каждую часть из досок меньшего размера, минимальная необходимая сторона составляет 300 x 200 мм (это внешний размер необходимой детали, поэтому имейте в виду, что снаружи не нужно обрезать, если вы используете этот метод)

- Динамик (внешний диаметр 5 Вт, 8 Ом, 93 мм), вам, скорее всего, потребуется изменить размеры отверстия динамика, так как не все динамики одинаковы - Arduino (UNO) - Кабели Dupont 20 и 10 см 22 x 10 см штекер - штекер 10 x 20 см - штекер 4 x 20 см розетка - розетка (кабели 10 см) (кабели 20 см)

- Проволока ок. 2x60 см (толщиной 2 мм, но это не так уж важно)

- 2 ферритовых кольца (для уменьшения шума, не обязательно для работы, но рекомендуется) - 4 кнопки (16 мм) (кнопки 16 мм)

- 1 педаль пианино - ЖК-дисплей 20x4 с адаптером I2C (ЖК-дисплей 20x4 с адаптером I2C)

- Модуль аудиоусилителя TDA2030A (модуль аудиоусилителя TDA 2030)

- Источник питания Arduino 5 В или отрезанный USB-кабель для использования с блоком питания - Порт аудиоразъема 3,5 мм (порт аудиоразъема 3,5 мм (не совсем такой, как у меня)) (2-й вариант)

- Термоусадочная трубка (2 мм) (набор термоусадочных трубок) - Небольшая макетная плата (по желанию вы также можете спаять провода вместе, где я ее использую) (Мини-макет)

Процесс проектирования и история

Я сделал этот инструмент для школьного проекта, мне нужно было спроектировать и построить смарт-объект. После небольшого мозгового штурма мне пришла в голову идея создать инструмент, который бы воспроизводил несколько нот, когда пользователь просто дал инструменту 1.

Когда я впервые спроектировал этот инструмент, он выглядел немного иначе и имел несколько других функций, чем конечный продукт. Мой первый критерий для этого инструмента: он должен уметь играть разные звуки (например, звук фортепиано или гитары) и играть аккорды. Однако после нескольких ревизий я не мог понять, как воспроизводить звуковые файлы с SD-карты, звук продолжал портиться. Поэтому в более поздней версии я решил, что инструмент должен просто воспроизводить сигналы ШИМ, которые также хорошо звучат. Это момент, когда он превратился из пианино с ультразвуковым датчиком в интеллектуальную версию Theramin.

При программировании нескольких других функций я понял, что не смогу воспроизводить несколько тонов одновременно с одним динамиком в рамках этого проекта. Поэтому я решил сделать его синтезатором, который вместо одновременного проигрывания нескольких тонов, последовательно воспроизводил несколько нот.

В этом проекте я впервые использовал лазерный резак, и мне пришлось использовать Adobe Illustrator, поэтому я надеюсь, что смогу достаточно хорошо объяснить свою работу.

Шаг 1: Сборка компонентов (этап тестирования)

Прежде чем мы создадим все это, мы должны протестировать все наши компоненты, чтобы все работало.

Начните с пайки проводов, которые нужно паять, это: - Разъем аудиоразъема, это 2 провода. Один провод - это земля, а другой - сигнальный. Вероятно, доступно больше подключений, потому что штекер стереоразъема имеет сигнал R и L, мы просто используем один. Единственный способ проверить, какой из них вам нужен, - это проверить подключение провода по одному и посмотреть, замкнута ли цепь (вы можете проверить это с помощью мультиметра).

- 2 провода на динамик, положительный и отрицательный. - Положительный и отрицательный провода на 4 кнопки. Вы можете вставить штекерный конец провода в контактные штыри на кнопках. Используйте термоусадочную трубку, чтобы изолировать провода, когда закончите пайку.

Пришло время подключить провода. Следуйте схеме и фотографиям, чтобы подключить нужные провода в нужные места.

Ферритовые кольца Поскольку Arduino не предназначен для аудио, он может улавливать электромагнитные помехи. Вы можете добавить ферритовое кольцо на кабель аудиосигнала и провод динамика. Для этого нужно 2 или 3 раза обернуть провод вокруг ферритового кольца. Это должно помочь уменьшить или полностью устранить шипящие звуки из инструмента.

(Вариант питания 1) Внешний источник питания не через Arduino Если вы действительно этого хотите, вы должны подключить положительный и отрицательный провода от внешнего источника питания к положительным и отрицательным линиям на макетной плате. Должен быть провод от положительной стороны на макетной плате к контакту Vin (расположенный помимо контактов GND) на Arduino и провод от отрицательной стороны к контакту GND на Arduino. (Вариант питания 2) Внешнее питание, подключенное к Разъем питания arduino Если вы хотите использовать адаптер, подключенный к разъему питания Arduino, вы должны подключить провод от контакта Arduino 5V к положительной стороне макета и провод от контакта GND к отрицательной стороне

Загрузка файлов Теперь подключите Arduino к компьютеру и загрузите программу. Обратите внимание, что вам нужно поместить code.ino и pitches.h в папку с именем code. В Arduino IDE (программе) вам необходимо загрузить следующие библиотеки, если у вас их нет: LiquidCrystal_I2C от Франка де Брабандера; Wire от adafruit (это один уже должен быть встроен)

Шаг 2: Изготовление корпуса

Если все работает, вы можете сделать корпус. Лазерная резка / ЧПУ (см. Видео) Перед тем, как начать резку, вам может потребоваться отредактировать отверстие (отверстия) динамика, чтобы оно соответствовало имеющемуся динамику. У меня есть динамик с небольшой решеткой, в которой используются 4 отверстия вокруг отверстия динамика. Так что сначала отредактируйте это, если вам нужно.

Начните с резки дерева с помощью лазерного резака или станка с ЧПУ. Используйте файл Case_laser_cut.ai. Когда у вас есть детали, которые вы можете проверить на их соответствие, если они слишком большие, просто отшлифуйте их немного, пока они не встанут вместе. Теперь вы можете склеить деревянные части вместе с помощью столярного клея. Не следует приклеивать верхнюю часть (планку с отверстиями), так как нам нужно вставить все детали и мы должны иметь возможность открыть корпус, если возникнет проблема. имейте в виду, что вы стягиваете все вместе, пока он высохнет (оставьте его примерно на 24 часа, чтобы он полностью затвердел).

3D-печать Теперь вы можете распечатать корпус ЖК-дисплея и буквы над кнопками (Case LCD.stl и letter.stl). Я рекомендую следующие настройки: - Высота слоя 0,1 мм - Скорость 30 мм / с для букв и 60 мм / с для ЖК-дисплея. Корпус - Используйте вентилятор для многослойного охлаждения для корпуса ЖК-дисплея, так как он имеет большой выступ - Поддержка не требуется. После того, как корпус готов и детали напечатаны, можно приступать к сборке всего. Поместите ЖК-дисплей в корпус ЖК-дисплея и вставьте разъем аудиоразъема для педали в отверстие на задней панели. Приклейте разъем ЖК-дисплея и разъема на место.. Теперь приклейте корпус ЖК-дисплея к дереву, вы можете нанести клей на кромку в нижней части корпуса ЖК-дисплея. Теперь приклейте буквы кнопок поверх кнопок. В зависимости от того, какой у вас динамик, вы можете приклеить его на место, I есть динамик с небольшой решеткой, которая использует 4 отверстия вокруг отверстия динамика. В зависимости от того, как вы отредактировали отверстие для динамика, этот шаг может отличаться для вас. Приклейте ультразвуковой датчик на место, используя 2 отверстия внизу. Вы также можете приклеить макет (и), Arduino и модуль аудиоусилителя на место. но это не обязательно. Подключите все снова, и все готово, включите питание и наслаждайтесь!

Шаг 3: известные проблемы и ограничения

Этот инструмент не идеален. Прежде всего, это игрушка, а не продукт! Arduino не предназначен для использования в качестве инструмента, поэтому не думайте, что время будет на 100% правильным. Из-за запаздывания операций в коде невозможно сделать этот прибор с точным таймингом. - Иногда в ультразвуковом датчике возникает сбой, который может привести к воспроизведению случайной ноты или неточному воспроизведению нот.

- При использовании прибора я рекомендую использовать плоский предмет, например кусок картона или дерева, чтобы держать над датчиком. Изогнутые поверхности отражают сигналы датчика, что приводит к неточному воспроизведению нот. Вы можете использовать свою руку, но держите ее как можно более ровно и устойчиво над датчиком. - Не переключаться обратно с автоматического воспроизведения на включение. Это вызвано ошибкой в коде, которую я еще не нашел. Вы можете решить эту проблему, нажав кнопку автовоспроизведения и одновременно нажав на педаль. Или вы можете выключить и снова включить.

- Задержка при воспроизведении ноты, это связано с тем, что код в Arduino занимает несколько миллисекунд, что невозможно удалить, поскольку Arduino не предназначен для изготовления инструментов. - часть кода на голландском языке, это потому, что я голландский, а немного английский слова не помещались на ЖК-дисплее. Я старался как можно больше писать по-английски.

Шаг 4: Улучшения своими руками

После создания этого вы еще не закончили! Вы можете попытаться улучшить свои навыки и добавить к нему функции, которые я не смог интегрировать в те временные рамки, которые у меня были.

- добавление нескольких звуков - одновременное воспроизведение нескольких тонов - добавление большего количества динамиков - добавление дополнительных стилей! - добавление светодиодов, которые танцуют под вашу музыку