Dụng cụ thông minh siêu âm: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Mục đích

Đây là một công cụ sử dụng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách của một vật thể (đây có thể là bàn tay của bạn). Với điều này, một nốt nhạc được chọn để chơi, ở các chế độ khác nhau, nhạc cụ sẽ chơi những thứ khác nhau. Đây có thể là một nốt duy nhất (để sử dụng nhạc cụ làm âm trầm) hoặc nhiều nốt nối tiếp nhau (để sử dụng làm bộ tổng hợp).

Tôi khuyên bạn chỉ nên thực hiện điều này nếu bạn có hiểu biết cơ bản về điện tử và hàn.

Công cụ:

- Máy in 3D với vùng in tối thiểu 12x8cm

Vật liệu:

- Gỗ (MDF) dày 3mm. cần được cắt bỏ nếu bạn sử dụng phương pháp này)

- Loa (5W 8Ohms đường kính ngoài 93mm), rất có thể bạn sẽ cần chỉnh sửa kích thước của lỗ loa vì không phải tất cả các loa đều giống nhau - Arduino (UNO) - Cáp Dupont 20 và 10 cm22x 10cm nam - nam10x 20cm nam - nữ4 x 20cm cái - cái (cáp 10cm) (cáp 20cm)

- Dây khoảng. 2x60cm (dày 2mm, nhưng điều này không thực sự quan trọng lắm)

- 2 vòng Ferrite (để giảm tiếng ồn, không cần thiết cho chức năng nhưng được khuyến khích sử dụng) - 4 nút (16mm) (nút 16mm)

- 1 bàn đạp piano- Màn hình LCD 20x4 với bộ chuyển đổi I2C (LCD 20x4 bao gồm bộ chuyển đổi I2C)

- Mô-đun khuếch đại âm thanh TDA2030A (mô-đun khuếch đại âm thanh TDA 2030)

- Nguồn điện Arduino 5V hoặc cắt cáp usb để sử dụng với pin sạc dự phòng- Cổng giắc cắm âm thanh 3,5 mm (Cổng giắc âm thanh 3,5 mm (Không chính xác như tôi sử dụng)) (Tùy chọn thứ 2)

- Ống co nhiệt (2mm) (Bộ ống co nhiệt) - Bảng mạch nhỏ (tùy chọn, bạn cũng có thể hàn các dây lại với nhau khi tôi sử dụng cái này) (Bảng mạch nhỏ)

Quá trình thiết kế và lịch sử

Tôi đã làm công cụ này cho một dự án của trường học, tôi cần thiết kế và chế tạo một vật thể thông minh. Sau một hồi động não, tôi nảy ra ý tưởng chế tạo một nhạc cụ có thể chơi nhiều nốt khi người dùng chỉ đưa nhạc cụ 1.

Khi tôi lần đầu tiên thiết kế nhạc cụ này, nó trông hơi khác và có một vài chức năng khác mà sản phẩm cuối cùng. Tiêu chí đầu tiên của tôi cho nhạc cụ này là nó phải có thể chơi các âm thanh khác nhau (như âm thanh piano hoặc guitar) và chơi hợp âm. Tuy nhiên, sau một vài lần sửa đổi, tôi không thể tìm ra cách phát các tệp âm thanh từ thẻ sd, âm thanh cứ bị lộn xộn. Vì vậy, trong một lần lặp lại sau đó, tôi quyết định nhạc cụ chỉ nên phát tín hiệu PWM cũng cho âm thanh tốt. Đây là điểm mà điều này đã biến từ một cây đàn piano với cảm biến siêu âm thành một phiên bản thông minh của Theramin.

Khi lập trình một vài chức năng khác, tôi nhận ra rằng tôi sẽ không thể phát nhiều âm cùng một lúc với một loa trong khung thời gian của dự án này. Vì vậy, tôi quyết định biến nó thành một bộ tổng hợp thay vì phát nhiều âm cùng một lúc, hãy chơi một vài nốt theo trình tự.

Dự án này là lần đầu tiên tôi sử dụng máy cắt laser và phải sử dụng Adobe Illustrator, vì vậy tôi hy vọng tôi có thể giải thích đầy đủ về công việc của mình.

Bước 1: Lắp ráp các thành phần (giai đoạn thử nghiệm)

Trước khi xây dựng toàn bộ, chúng ta nên kiểm tra tất cả các thành phần của mình để mọi thứ hoạt động.

Bắt đầu hàn các dây cần hàn, đó là: - Đầu nối jack âm thanh, đây là 2 dây. Một dây là dây nối đất và dây còn lại là dây tín hiệu. Có thể có nhiều kết nối hơn vì phích cắm giắc cắm âm thanh nổi có tín hiệu R và L, chúng tôi chỉ sử dụng một. Cách duy nhất để kiểm tra dây mà bạn cần là kiểm tra kết nối dây với từng dây một và xem mạch đã được đóng chưa (bạn có thể kiểm tra điều này bằng đồng hồ vạn năng).

- 2 dây trên loa, dương và âm. - Các dây âm và dương trên 4 nút ấn. Bạn có thể luồn đầu dây đực vào các chốt tiếp xúc trên các nút. Sử dụng ống dẫn nhiệt để cách điện các dây khi bạn đã hàn xong

Bây giờ là lúc để kết nối các dây. Làm theo sơ đồ và hình ảnh để kết nối đúng dây vào đúng vị trí.

Vòng ferit Vì arduino không được tạo ra cho âm thanh nên nó có thể nhận nhiễu điện từ. Bạn có thể thêm vòng ferit vào dây tín hiệu âm thanh và dây loa. Bạn làm điều này bằng cách quấn dây 2 hoặc 3 vòng quanh vòng ferit, điều này sẽ giúp giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn âm thanh rít từ nhạc cụ.

(tùy chọn nguồn 1) nguồn điện mở rộng không qua máng Arduino Có thể tùy chọn thêm nguồn trực tiếp vào mạch thay vì lắp qua cổng nguồn arduino. Nếu bạn muốn điều này, bạn nên kết nối dây Dương và Âm từ nguồn điện bên ngoài với các dây Dương và Âm trên bảng mạch. Cần có một dây từ cực dương trên bảng mạch đến chân Vin (nằm bên cạnh các chân GND) trên arduino và một dây từ cực âm đến chân GND trên arduino. (Tùy chọn nguồn 2) Nguồn điện bên ngoài được kết nối với Ổ cắm điện arduino Nếu bạn muốn sử dụng bộ chuyển đổi kết nối với ổ cắm điện arduino, bạn nên kết nối dây từ chân 5V arduino với mặt dương của bảng mạch và dây từ chân GND sang mặt âm

Tải tệp lên Bây giờ cắm arduino vào máy tính của bạn và tải chương trình lên. Lưu ý rằng bạn cần đặt mã.ino và pitch.h vào một thư mục có tên là mã. Trong arduino IDE (chương trình), bạn cần tải xuống các thư viện sau nếu không có: LiquidCrystal_I2C từ Frank de BrabanderWire từ adafruit (cái này một cái nên được tích hợp sẵn)

Bước 2: Làm vỏ máy

Nếu mọi thứ đều hoạt động, bạn có thể làm vỏ. Cắt bằng máy / CNC (xem video) Trước khi bắt đầu cắt, bạn có thể cần phải chỉnh sửa (các) lỗ loa để vừa với loa mà bạn có. Tôi có một cái loa với một cái vỉ nướng nhỏ, sử dụng 4 lỗ xung quanh lỗ loa. Vì vậy, hãy chỉnh sửa điều này trước nếu bạn cần.

Bắt đầu bằng cách cắt gỗ bằng máy cắt laser hoặc máy CNC. Tệp để sử dụng là Case_laser_cut.ai Sau khi có các bộ phận, bạn có thể kiểm tra độ khít của chúng, nếu chúng to chỉ cần chà nhám chúng một chút cho đến khi chúng khớp với nhau. Bây giờ bạn có thể dán các miếng gỗ lại với nhau bằng keo dán gỗ. Bạn không nên dán phần trên cùng (tấm ván có lỗ) vì chúng ta cần đặt tất cả các bộ phận vào trong và chúng ta cần có thể mở thùng máy nếu có vấn đề. Hãy nhớ rằng bạn thắt chặt mọi thứ lại với nhau trong khi nó khô (để nó trong khoảng 24 giờ để cứng lại hoàn toàn).

In 3D Bây giờ bạn có thể in vỏ màn hình LCD và các chữ cái phía trên các nút (Case LCD.stl và chữ cái.stl) Tôi đề xuất các cài đặt sau: - Lớp cao 0,1mm- Tốc độ 30mm / s cho các chữ cái và 60mm / s cho màn hình LCD Vỏ bọc- Sử dụng quạt làm mát lớp cho vỏ màn hình LCD vì nó có nhiều phần nhô ra- Không cần hỗ trợ Sau khi in xong, hãy chà nhám các cạnh để làm cho chúng mịn hơn một chút và nếu màn hình LCD không vừa thì hãy thử chà nhám thêm một chút nữa. Sau khi hoàn thành xong các bộ phận và các bộ phận được in, bạn có thể bắt đầu lắp ráp mọi thứ.. Bây giờ bạn hãy dán phần vỏ màn hình LCD vào gỗ, bạn có thể dùng keo dán lên môi ở phần dưới của vỏ màn hình LCD. Bây giờ bạn hãy dán các chữ cái nút lên trên các nút. có một loa với một vỉ nướng nhỏ sử dụng 4 lỗ xung quanh lỗ loa. Tùy thuộc vào cách bạn chỉnh sửa lỗ loa cho loa của mình, bước này có thể khác với bạn. Gắn cảm biến siêu âm vào vị trí bằng cách sử dụng 2 lỗ ở phía dưới. Bạn cũng có thể dán (các) bảng mạch, Arduino và mô-đun bộ khuếch đại âm thanh vào vị trí nhưng đây không phải là công việc cần thiết. Hãy kết nối lại mọi thứ và bạn đã hoàn tất, bật nguồn và tận hưởng!

Bước 3: Các vấn đề và hạn chế đã biết

Nhạc cụ này không hoàn hảo Trước hết nó là một món đồ chơi chứ không phải một sản phẩm! Arduino không được sản xuất để sử dụng như một công cụ nên bạn đừng nghĩ rằng thời gian sẽ chính xác 100%. Do sự chậm trễ trong các hoạt động trong mã, không thể tạo ra công cụ này với thời gian chính xác. - Đôi khi cảm biến siêu âm bị trục trặc có thể dẫn đến việc phát một nốt nhạc ngẫu nhiên hoặc phát nốt nhạc không chính xác.

- Khi sử dụng thiết bị, tôi khuyên bạn nên sử dụng một vật phẳng như miếng bìa cứng hoặc gỗ để giữ phía trên cảm biến. Các bề mặt cong phản xạ tín hiệu từ cảm biến, do đó, điều này dẫn đến việc phát các nốt nhạc không chính xác. Bạn có thể sử dụng bàn tay của mình nhưng hãy giữ nó bằng phẳng và cố định phía trên cảm biến nhất có thể. - Không chuyển lại từ chế độ tự động phát sang bật. Điều này là do một lỗi trong mã mà tôi chưa tìm thấy. Bạn có thể giải quyết nó bằng cách nhấn nút tự động phát và đồng thời nhấn bàn đạp. Hoặc bạn có thể tắt và bật lại.

- Trễ khi chơi một nốt nhạc, điều này là do mã trong arduino mất vài mili giây không thể xóa vì arduino không được tạo ra để làm nhạc cụ. - Một số mã bằng tiếng Hà Lan, điều này là do tôi là người Hà Lan và một số tiếng Anh các từ không phù hợp trên màn hình LCD. Tôi đã cố gắng làm càng nhiều càng tốt bằng tiếng Anh.

Bước 4: Cải tiến Tự làm

Sau khi xây dựng cái này, bạn vẫn chưa hoàn thành! Bạn có thể cố gắng cải thiện kỹ năng của chính mình và thêm các tính năng cho cái này mà tôi không thể tích hợp trong khung thời gian mà tôi có. Những điều bạn có thể thử:

- thêm nhiều âm thanh- phát nhiều âm cùng lúc- thêm nhiều loa- Thêm nhiều phong cách! - Thêm đèn led nhảy theo nhạc của bạn