Tạo nhạc cụ MIDI điều khiển bằng gió: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Dự án này đã được đệ trình cho 'Creative Electronics', một mô-đun năm thứ 4 của BEng Electronics Engineering tại Đại học Málaga, Trường Viễn thông.

Ý tưởng ban đầu được nảy sinh từ lâu, bởi vì người bạn đời của tôi, Alejandro, đã dành hơn nửa đời người để thổi sáo. Vì vậy, ông thấy hấp dẫn với ý tưởng về một nhạc cụ hơi điện tử. Vì vậy, đây là sản phẩm của sự hợp tác của chúng tôi; trọng tâm chính của phương pháp này là để có được một cấu trúc trang nhã về mặt thẩm mỹ, tương tự như cấu trúc của một kèn clarinet trầm.

Bản giới thiệu:)

Quân nhu

• Một bảng Arduino (chúng tôi đã sử dụng SAV MAKER I, dựa trên Arduino Leonardo).
• Một cảm biến áp suất không khí, MP3V5010.
• Một máy đo biến dạng, FSR07.
• Điện trở: 11 của 4K7, 1 của 3K9, 1 của 470K, 1 của 2M2, 1 của 100K.
• Một chiết áp 200K.
• Một tụ gốm 33pF.
• Hai tụ điện 10uF và 22uF.
• Một LM2940.
• Một LP2950.
• Một LM324.
• Một MCP23016.
• Một tấm ván đục lỗ 30x20 lỗ.
• 30 đầu ghim, cả nữ và nam (một giới tính cho Arduino, một giới tính khác dành cho áo choàng).
• Một cặp đầu nối HD15, cả nam và nữ (có cốc hàn).
• Mượn ống co nhiệt và băng keo cách ly của một người bạn. Màu đen được ưu tiên.
• Hai pin Li-ion 18650 và giá đỡ pin của chúng.
• Một công tắc.
• Cáp USB Arduino.
• Ít nhất 11 nút, nếu bạn muốn có cảm giác chất lượng, không sử dụng của chúng tôi.
• Một số loại bao vây hoặc trường hợp. Một tấm ván gỗ khoảng một mét vuông là đủ.
• Ống PVC dài nửa mét, bên ngoài 32mm.
• 67 độ PVC khớp cho ống trước.
• Giảm một PVC từ 40mm xuống 32mm (bên ngoài).
• Giảm một PVC từ 25mm xuống 20mm (bên ngoài).
• Một chai Betadine rỗng.
• Một ống ngậm saxophone alto.
• Một cây sậy saxophone alto.
• Một chữ ghép của alto saxophone.
• Một số bọt.
• Rất nhiều dây (nên dùng dây âm thanh, vì nó đi theo cặp màu đỏ-đen).
• Một số ốc vít.
• Phun sơn đen mờ.
• Sơn mài phun mờ.

Bước 1: Phần thân

Đầu tiên, một ống PVC đã được chọn làm một phần của cơ thể. Bạn có thể chọn đường kính khác, mặc dù chúng tôi đề xuất đường kính ngoài là 32mm và chiều dài 40cm, vì chúng tôi thấy thoải mái với các kích thước này.

Khi bạn đã cầm được ống trong tay, hãy đặt bố cục đánh dấu cho các nút. Điều này phụ thuộc vào độ dài của các ngón tay của bạn. Bây giờ, khi đã đánh dấu xong, hãy khoan lỗ tương ứng cho mỗi nút. Chúng tôi khuyên bạn nên bắt đầu với một mũi khoan nhỏ và khoét lỗ để tăng đường kính được sử dụng cho mũi khoan. Ngoài ra, sử dụng burin trước khi khoan có thể cải thiện độ ổn định.

Bạn nên giới thiệu bốn dây không kết nối để sau này kết nối đồng hồ áp suất và cảm biến áp suất không khí; phần này (phần thân) và phần cổ được dính với nhau bằng một ống nối 67 độ. Đường ống này đã được kẹp giấy và sơn màu đen.

Để ghép miếng này với chân, chúng tôi đã sử dụng khớp giảm PVC từ 40mm xuống 32mm (đường kính ngoài). Bốn vít gỗ đã được thêm vào để tăng cường mối nối. Giữa khớp giảm và thân, chúng tôi đã thực hiện một mũi khoan và đưa vào một vít rộng hơn để đạt được sự ổn định. Chúng tôi khuyên bạn nên khoan các ống trước khi đi dây; nếu không, sự hủy hoại được đảm bảo.

Bước tiếp theo là hàn dây vào đầu cuối của nút, đo chiều dài đến đáy và dành thêm một chiều dài để tránh kết nối bị chặt. Sau khi ống đã được ghim kẹp và sơn màu đen (chúng tôi đã sử dụng sơn phun màu đen mờ; cho nhiều lớp tùy thích, cho đến khi nó trông đẹp dưới ánh sáng mặt trời), mở các nút từ trên xuống dưới, dán nhãn cho từng nút. Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng hai màu khác nhau cho cáp (ví dụ: đen và đỏ); vì tất cả chúng đều được kết nối với đất trên một chân của chúng, chúng tôi đã để nguyên cáp đen và chỉ dán nhãn cho các cáp màu đỏ. Các nút được che bằng băng keo cách ly màu đen để chúng phù hợp với giao diện và vừa vặn mà không bị rơi xuống.

Đầu nối cái hàn HD15 (cốc hàn giúp ích rất nhiều), sử dụng sơ đồ được đề xuất trong sơ đồ của bước 4 (hoặc sơ đồ của riêng bạn) và nối các mặt đất lại với nhau. Hãy nhớ rằng ống co nhiệt sẽ cung cấp độ tin cậy cao chống đoản mạch.

Bước 2: Thiết kế chân

Mạch được sử dụng cho thiết kế này, về cơ bản, rất đơn giản. Hai pin lithium mắc nối tiếp cấp nguồn cho bộ điều chỉnh điện áp LDO (low-drop), cung cấp 5V từ đầu ra của nó cho phần còn lại của mạch. Các bộ khuếch đại hoạt động của LM324 phục vụ mục đích điều chỉnh cả dải động của cảm biến áp suất không khí (MP3V5010, 0,2 đến 3,3 volt) và hoạt động của đồng hồ áp suất (biến trở độ dốc âm) với các đầu vào tương tự của bảng Arduino (0 đến 5 vôn). Do đó, bộ biến tần không có độ lợi điều chỉnh (1 <G <3) được sử dụng cho bộ đầu tiên và bộ chia điện áp cộng với bộ theo dõi cho bộ thứ hai. Những điều này cung cấp sự thay đổi điện áp thích hợp. Để biết thêm chi tiết về các thiết bị này, hãy nhấp vào đây và ở đó. Ngoài ra, LP2950 cung cấp một tham chiếu cho 3,3 volt cần được cung cấp cho MP3V5010.

Bất kỳ mô hình nào của loạt FSR (Điện trở cảm biến lực) sẽ đủ và mặc dù 04 là đẹp nhất, chúng tôi đã sử dụng 07 vì vấn đề còn hàng. Các cảm biến này thay đổi điện trở của chúng tùy thuộc vào lực uốn được áp dụng và chúng tôi đã kiểm tra bằng thực nghiệm rằng chúng không thay đổi khi bị ép dọc theo toàn bộ bề mặt của chúng. Đây là một sai lầm ban đầu vì nơi chúng tôi sẽ đặt ra mảnh ghép, nhưng giải pháp được áp dụng đã hoạt động tốt và sẽ được giải thích trong bước thứ tư.

Một trong những phần cơ bản của bảng là MCP23016. Đây là Bộ mở rộng I2C I / O 16 bit mà chúng tôi cho rằng hữu ích để giảm độ phức tạp của mã (và, có lẽ, cả hệ thống dây điện). Mô-đun được sử dụng như một thanh ghi 2 byte chỉ đọc; nó tạo ra một ngắt (buộc logic ‘0’ và do đó, cần có một điện trở kéo lên để đặt logic ‘1’) trên chân thứ sáu của nó khi bất kỳ giá trị thanh ghi nào của nó thay đổi. Arduino được lập trình để kích hoạt bởi độ dốc của tín hiệu này; sau khi điều này xảy ra, anh ta yêu cầu dữ liệu và giải mã nó để biết liệu ghi chú có hợp lệ hay không, và nếu đúng thì anh ta lưu trữ nó và sử dụng nó để xây dựng gói MIDI tiếp theo. Mỗi nút có hai thiết bị đầu cuối, được nối với đất và với điện trở kéo lên (4,7K) tương ứng là 5 vôn. Do đó, khi nó được nhấn, thiết bị I2C sẽ đọc một logic ‘0’ và logic ‘1’ có nghĩa là được giải phóng. Cặp RC (3,9K và 33p) định cấu hình đồng hồ bên trong của nó; chân 14 và 15 tương ứng là tín hiệu SCL và SDA. Địa chỉ I2C cho thiết bị này là 0x20. Kiểm tra biểu dữ liệu để biết thêm chi tiết.

Tất nhiên, cách bố trí kết nối mà chúng tôi sử dụng để nối dây đầu nối HD15 không phải là duy nhất. Chúng tôi đã làm theo cách này vì việc định tuyến trên PCB mà chúng tôi đã thực hiện dễ dàng hơn và điểm quan trọng nằm ở việc giữ một danh sách rõ ràng về các nút và các nút tương ứng của nó. Không cần phải nói, nhưng tôi sẽ; các nút có hai thiết bị đầu cuối. Một trong số chúng (không rõ ràng) được kết nối với nút tương ứng của nó trên đầu nối HD15, trong khi nút còn lại được nối đất. Do đó, tất cả các nút đều có chung một mặt đất và chỉ được kết nối với một chân của đầu nối HD15. Hình ảnh chúng tôi cung cấp là mặt sau của đầu nối nam, tức là mặt trước của cặp đầu nối nữ. Hàn dây cẩn thận, bạn không muốn kết nối sai, hãy tin tưởng chúng tôi.

Rõ ràng là chúng tôi đã thiết kế mạch cho Arduino được kết nối với nó. Phải có đủ không gian để mạch điện nằm gọn bên dưới anh ta, và vì vậy hộp có thể nhỏ hơn của chúng ta. Bố cục tòa nhà được đề xuất được đưa ra trong hình dưới đây. Chúng tôi đã sử dụng silicone để dán miếng giữ pin vào bên trong hộp, khoan nắp trên các cạnh của nó và sử dụng vít để cố định nó theo cách này.

Để ghép mảnh này với thân, chúng tôi sử dụng khớp giảm PVC từ 40mm xuống 32mm (đường kính ngoài). Bốn vít gỗ đã được thêm vào để tăng cường mối nối. Giữa khớp giảm và thân, chúng tôi đã thực hiện một mũi khoan và đưa vào một vít rộng hơn để đạt được sự ổn định. Hãy cẩn thận để không làm hỏng dây.

Bước 3: Lắp ráp ống ngậm

Đây có lẽ là phần quan trọng nhất của quá trình lắp ráp. Nó hoàn toàn dựa trên sơ đồ được hiển thị trong hình ảnh đầu tiên. Phần quá khổ đủ lớn để vừa với ống PVC 32 mm (bên ngoài).

Khi thiết kế phần này (phần cổ), chúng tôi quyết định sử dụng PCB để gắn MP3V5010, mặc dù bạn có thể bỏ qua nó. Theo PDF, các thiết bị đầu cuối được sử dụng là 2 (nguồn cung cấp 3,3 volt), 3 (mặt đất) và 4 (tín hiệu điện áp suất không khí). Do đó, để tránh đặt mua một PCB cho vấn đề này, chúng tôi khuyên bạn nên cắt các chân không sử dụng và dán linh kiện vào ống PVC sau khi kết thúc dây. Đây là cách dễ nhất mà chúng tôi có thể nghĩ đến. Ngoài ra, cảm biến áp suất này có hai nút cảm biến; bạn muốn che một trong số chúng. Điều này cải thiện phản ứng của nó. Chúng tôi đã làm điều đó bằng cách đưa một miếng kim loại nhỏ vào một ống co nhiệt, cái này bao phủ núm và làm nóng ống.

Điều đầu tiên bạn muốn làm là tìm một mảnh có dạng hình nón có thể vừa với ống cảm biến áp suất không khí, như trong hình thứ hai. Đây là mảnh màu vàng trong sơ đồ trước. Với sự trợ giúp của một mũi khoan nhỏ hoặc một mũi sắt hàn mảnh, hãy khoét một lỗ hẹp ở đỉnh của hình nón. Kiểm tra xem nó có vừa khít không; nếu không, hãy tiếp tục tăng đường kính của lỗ cho đến khi nó đạt được. Khi điều này hoàn thành, bạn muốn tìm một miếng vừa vặn với miếng trước đó, che nó để cản trở luồng không khí ra bên ngoài. Trong thực tế, bạn muốn kiểm tra ở mỗi bước bạn thực hiện rằng không khí không thoát ra khỏi vỏ bọc; nếu có, hãy thử thêm silicone vào các khớp. Điều này sẽ dẫn đến hình ảnh tiếp theo. Rất hữu ích, chúng tôi đã sử dụng một chai Betadine cho mục đích này: mảnh màu vàng là dụng cụ phân phối bên trong, trong khi mảnh bao phủ nó là nắp với một vết cắt trên đầu để biến nó thành hình dạng ống. Vết cắt được thực hiện bằng một con dao nóng.

Phần tiếp theo là giảm PVC từ 25 (bên ngoài) xuống 20 (bên trong). Phần này vừa khít với đường ống đã được sắp xếp sẵn, mặc dù chúng tôi cần phải đánh giấy ráp và dán các bức tường của nó để cản trở luồng không khí đã đề cập. Hiện tại, chúng tôi muốn đây là một khoang kín. Trong sơ đồ, phần này chúng ta nói đến là màu xám đen trực tiếp sau màu vàng. Khi phần này đã được thêm vào, phần cổ của cây đàn gần như đã hoàn thành. Bước tiếp theo là cắt một đoạn từ ống PVC có đường kính 32 mm (bên ngoài) và khoan một lỗ ở tâm của nó, để cho các dây của đồng hồ áp suất đi ra ngoài. Hàn bốn dây mà chúng ta đã đề cập trước đó ở bước 1 như thể hiện trong sơ đồ tiếp theo và dán cổ vào chỗ nối góc (sau khi sơn màu đen, vì mục đích thẩm mỹ).

Bước cuối cùng là niêm phong miệng ống thuận tiện. Để hoàn thành nhiệm vụ này, chúng tôi đã sử dụng một cây sậy alto sax, băng cách điện màu đen và một ống nối. Đồng hồ đo áp suất được đặt dưới cây sậy, trước khi dán băng keo; các kết nối điện với máy đo được gia cố bằng các ống co nhiệt màu đen. Phần này được thiết kế để tách ra, để có thể làm sạch khoang sau khi chơi một thời gian. Tất cả điều này có thể được nhìn thấy trong hai bức ảnh cuối cùng.

Bước 4: Phần mềm

Vui lòng tải xuống và cài đặt Bàn phím Piano MIDI ảo, đây là liên kết.

Cách hợp lý để thực hiện bước này như sau: đầu tiên, tải xuống bản phác thảo Arduino được cung cấp trong Bảng hướng dẫn này và tải nó lên bảng Arduino của bạn. Bây giờ, khởi chạy VMPK và vui lòng kiểm tra cài đặt của bạn. Như được hiển thị trong hình ảnh đầu tiên, 'Kết nối MIDI đầu vào' phải là bảng Arduino của bạn (trong trường hợp của chúng tôi là Arduino Leonardo). Nếu bạn đang sử dụng Linux thì không cần cài đặt gì cả, chỉ cần đảm bảo rằng tệp VPMK của bạn có các thuộc tính như trong hình thứ hai.

Bước 5: Khắc phục sự cố

Trường hợp 1. Hệ thống dường như không hoạt động. Nếu đèn LED của Arduino không sáng hoặc hơi tối hơn bình thường, vui lòng kiểm tra xem hệ thống đã được cấp nguồn đúng cách chưa (tham khảo trường hợp 6).

Trường hợp 2. Dường như có khói vì một thứ gì đó có mùi như bị cháy. Có thể, có một mạch ngắn ở đâu đó (kiểm tra nguồn điện và dây nịt). Có lẽ bạn nên chạm (cẩn thận) vào từng thành phần để kiểm tra nhiệt độ của nó; nếu nó nóng hơn bình thường, đừng hoảng sợ, chỉ cần thay thế nó.

Trường hợp 3. Arduino không được nhận dạng (trong Arduino IDE). Tải lên lại các bản phác thảo đã cung cấp, nếu sự cố vẫn tiếp diễn, hãy đảm bảo Arduino được gắn đúng cách vào máy tính và cài đặt Arduino IDE được đặt thành mặc định. Nếu không có gì hoạt động, hãy xem xét thay thế Arduino. Trong một số trường hợp, nhấn xuống nút đặt lại trong khi "biên dịch", rồi thả nó ra trong khi "tải lên", có thể giúp tải lên bản phác thảo.

Trường hợp 4. Một số phím dường như bị trục trặc. Vui lòng cách ly khóa nào không hoạt động. Kiểm tra tính liên tục có thể hữu ích hoặc bạn có thể sử dụng bản phác thảo được cung cấp để kiểm tra các nút; điện trở kéo lên có thể không được hàn chính xác hoặc nút bị lỗi. Nếu các phím vẫn ổn, vui lòng liên hệ với chúng tôi để giải quyết vấn đề của bạn.

Trường hợp 5. Tôi không thể nhận được bất kỳ ghi chú nào trên VMPK. Vui lòng kiểm tra xem Arduino đã được gắn đúng cách vào máy tính chưa. Sau đó, trên VMPK, hãy làm theo các bước được hiển thị trong bước 3. Nếu sự cố vẫn tiếp diễn, hãy thực hiện đặt lại nút hoặc liên hệ với chúng tôi.

Trường hợp 6. Thử nghiệm đóng điện bằng điện. Thực hiện các phép đo tiếp theo: sau khi tháo Arduino khỏi áo choàng, hãy bật công tắc. Đặt đầu dò màu đen trên chốt nối đất (bất kỳ ai cũng được) và sử dụng đầu dò màu đỏ để kiểm tra các nút nguồn. Tại bản cực dương của pin phải có điện áp giảm ít nhất là 7,4 vôn, nếu không, hãy sạc pin. Sẽ tồn tại cùng một sự sụt giảm điện áp ở đầu vào của LM2940, như đã thấy trong sơ đồ. Ở đầu ra của nó, phải có một sự sụt giảm 5 volt; cùng một giá trị được mong đợi từ LM324 (chân 4), MCP23016 (chân 20) và LP2950 (chân 3). Đầu ra của cái cuối cùng sẽ hiển thị giá trị là 3,3 vôn.