Chuông hình ống tự động: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Tài liệu hướng dẫn này giải thích các bước chính mà tôi đã làm theo, để xây dựng nguyên mẫu đầu tiên của một bộ Chuông hình ống tự động mà tôi đã chế tạo vào năm 2006. Các tính năng của nhạc cụ tự động là: - 12 chuông (12 chuông hình ống) - Mỗi chuông sẽ phát một nốt nhạc, vì vậy nó có thể chơi một quãng tám đầy đủ (từ C đến B, bao gồm cả các quãng duy trì) - Nó có thể chơi tối đa 4 nốt đồng thời (vì vậy nó có thể chơi 4 hợp âm chuông nốt) - Nó được điều khiển thông qua cổng nối tiếp PC (standar RS-232) bao gồm hộp đơn vị điều khiển và ba tháp. Mỗi tháp chứa 4 chuông và hai động cơ, mỗi động cơ đánh vào hai trong bốn chuông. Tất cả các tháp được kết nối với hộp đơn vị điều khiển thông qua một bus 10 dây. Bộ phận điều khiển có nhiệm vụ cung cấp năng lượng và tốc độ chính xác cho mỗi động cơ để đánh từng tiếng chuông, phát các nốt nhạc mà phần mềm trong máy tính gửi đến nó. Bên trong nó bao gồm ba bảng. Bo mạch đầu tiên chứa bộ vi điều khiển, là Atmel ATMega16 và các phần tử giao tiếp RS-232. Cái thứ hai chứa các mạch điều khiển động cơ và cái thứ ba, bộ điều khiển vị trí động cơ. Tôi mất gần nửa năm để hoàn thành dự án này. Các bước tiếp theo là các bước chung, với các thông tin liên quan nhất của quá trình xây dựng dự án, các chi tiết nhỏ có thể xem trên hình. Video về Chuông hình ống tự động: Trang chính của dự án: Trang chủ Chuông hình ống tự động

Bước 1: Xây dựng chuông

Bước đầu tiên là tìm một vật liệu tốt và rẻ để chế tạo chuông. Sau khi ghé thăm một số cửa hàng và thực hiện một số thử nghiệm, tôi thấy rằng nhôm là vật liệu mang lại cho tôi chất lượng âm thanh tốt nhất so với mối quan hệ về giá cả. Vì vậy, tôi đã mua 6 thanh có chiều dài 1m mỗi thanh. Chúng có đường kính ngoài 1, 6cm và đường kính trong 1,5 cm (độ dày 1mm) Khi tôi đã có các thanh, tôi phải cắt chúng ở độ dài thích hợp để có được tần số của mỗi nốt. Tôi tìm kiếm trên internet và tìm thấy một số trang web thú vị cung cấp cho tôi nhiều thông tin thú vị về cách tính chiều dài của mỗi thanh để có được tần số mà tôi mong muốn (xem phần liên kết). Không cần phải nói rằng độ tự do mà tôi đang tìm kiếm là độ tự do cơ bản của mỗi nốt nhạc, và như xảy ra trong hầu hết các nhạc cụ, các thanh sẽ tạo ra độ tự do đồng thời khác phụ thuộc vào phần cơ bản. Các tần số tự do đồng thời khác này là các sóng hài thường là bội số của tần số tự do cơ bản. Số lượng, thời lượng và tỷ lệ của các sóng hài này là nguyên nhân tạo nên âm sắc của hệ thống. Mối quan hệ giữa tần số của một nốt và nốt đó trong quãng tám tiếp theo là 2. Vì vậy, nếu tần số cơ bản của nốt C là 261,6Hz, thì tần số cơ bản của C trong quãng tám tiếp theo sẽ là 2 * 261,6 = 523,25Hz. Như chúng ta biết rằng âm nhạc Tây Âu chia quãng tám thành 12 bậc thang (12 nửa cung được tổ chức thành 7 nốt và 5 nốt duy trì), chúng ta có thể tính tần số của nửa cung tiếp theo bằng cách nhân tần số nốt trước với 2 # (1/12). Như chúng ta biết rằng tần số C là 261,6Hz và tỷ lệ giữa 2 nửa âm hình nón là 2 # (1/12), chúng ta có thể suy ra tất cả các nốt tự do: LƯU Ý: ký hiệu # đại diện cho toán tử công suất. Ví dụ: "a # 2" giống với "a^2" Lưu ý Tần suất 01 C 261.6 Hz 02 Csust 261.6 * (2 # (1/12)) = 277.18 Hz 03 D 277.18 * (2 # (1/12)) = 293, 66 Hz 04 Dsust 293, 66 * (2 # (1/12)) = 311, 12 Hz 05 E 311, 12 * (2 # (1/12)) = 329,62Hz 06 F 329, 62 * (2 # (1/12)) = 349,22 Hz 07 Fsust 349,22 * (2 # (1/12)) = 369,99 Hz 08 G 369,99 * (2 # (1/12)) = 391,99 Hz 09 Gsust 391,99 * (2 # (1/12)) = 415,30 Hz 10 A 415,30 * (2 # (1/12)) = 440,00 Hz 11 Asust 440,00 * (2 # (1/12)) = 466, 16 Hz 12 B 466, 16 * (2 # (1/12)) = 493,88 Hz 13 C 493,88 * (2 # (1/12)) = 2 * 261,6 = 523,25 Hz Bảng trước chỉ dành cho mục đích thông tin và không cần thiết phải tính chiều dài thanh. Điều quan trọng nhất là hệ số quan hệ giữa các tần số: 2 cho cùng một nốt trong quãng tám tiếp theo và (2 # (1/12) cho nửa cung tiếp theo. Chúng tôi sẽ sử dụng nó trong công thức dùng để tính độ dài của các thanh Công thức ban đầu mà tôi tìm thấy trên Internet (xem phần liên kết) là: f1 / f2 = (L2 / L1) # 2Từ đó chúng ta có thể dễ dàng suy ra công thức cho phép chúng ta tính chiều dài của mỗi thanh. Vì f2 là độ dài của nốt tiếp theo mà chúng tôi muốn tính toán và chúng tôi muốn biết tần số nửa cung tiếp theo: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1 / (f1 * (2 # (1/12))) = (L2 / L1) # 2… L1 * (1 / (2 # (1/24))) = L2Công thức là: L2 = L1 * (2 # (- 1/24)) Vì vậy, với công thức này, chúng ta có thể suy ra độ dài của chuông cái nào sẽ phát nửa cung tiếp theo, nhưng rõ ràng chúng ta sẽ cần độ dài của tiếng chuông phát nốt đầu tiên. Làm thế nào chúng ta có thể tính nó? Tôi không biết cách tính độ dài của tiếng chuông đầu tiên. Tôi cho rằng tồn tại một công thức liên quan đến các đặc tính vật lý của vật liệu, kích thước của thanh (chiều dài, bên ngoài một d đường kính trong) với tần số nó sẽ phát, nhưng tôi không biết điều đó. Tôi chỉ đơn giản tìm thấy nó bằng cách điều chỉnh nó với sự trợ giúp của tai và cây đàn guitar của tôi (bạn cũng có thể sử dụng một âm thoa hoặc một máy đo tần số card âm thanh PC để điều chỉnh nó).

Bước 2: Tam tòa tháp

Sau khi cắt các thanh theo chiều dài thích hợp, tôi phải làm một giá đỡ để treo chúng. Tôi đã thực hiện một số bản phác thảo, và cuối cùng đã xây dựng ba tòa tháp này mà bạn có thể thấy trong hình. Tôi treo bốn chiếc chuông trên mỗi tháp, luồn một sợi dây nylon qua các lỗ mà tôi đã làm ở gần đỉnh và đáy của mỗi chiếc chuông. Tôi phải khoan lỗ ở trên và dưới vì cần cố định chuông ở cả hai bên để tránh chúng dao động không kiểm soát khi bị gậy đập vào. Khoảng cách chính xác để đặt các lỗ là một vấn đề mong manh và chúng phải trùng với hai nút dao động của tần số cơ bản của thanh, tần số này là 22,4% từ đỉnh và đáy. Các nút này là các điểm không chuyển động khi thanh dao động ở tần số cơ bản của nó và việc cố định thanh tại các điểm này sẽ không ảnh hưởng đến chúng khi dao động. Tôi cũng thêm 4 con vít trên đỉnh của mỗi tháp để cho phép điều chỉnh độ căng của mỗi dây nylon của chuông.

Bước 3: Động cơ và kẻ tấn công

Bước tiếp theo là xây dựng các thiết bị di chuyển gậy tiền đạo. Đây là một phần quan trọng khác, và như bạn có thể thấy trong hình, cuối cùng tôi đã quyết định sử dụng động cơ DC để di chuyển mỗi tiền đạo. Mỗi động cơ có một thanh gạt và một hệ thống kiểm soát vị trí gắn liền với nó, và được sử dụng để đánh một cặp chuông. Gậy tiền đạo là một mảnh xe đạp có hình trụ bằng gỗ màu đen ở cuối. Hình trụ này được bao phủ bởi một lớp màng nhựa mỏng dính tự động. Sự kết hợp của các vật liệu này mang lại một sự mềm mại nhưng sang trọng khi chạm vào các thanh. Trên thực tế, tôi đã thử nghiệm một số cách kết hợp khác, và đây là cách kết hợp mang lại cho tôi kết quả tốt nhất (Tôi sẽ rất biết ơn nếu ai đó cho tôi biết cách kết hợp tốt hơn). Hệ thống điều khiển vị trí động cơ là một bộ mã hóa quang học có độ phân giải 2 bit. Nó bao gồm hai đĩa: một trong các đĩa quay liền khối với thanh và có in mã hóa đen trắng trên bề mặt đáy của nó. Đĩa còn lại được gắn cố định vào động cơ và có hai cảm biến thụ thể phát CNY70 hồng ngoại có thể phân biệt màu đen và trắng của đĩa kia, và do đó, chúng có thể suy ra vị trí của thanh (TRƯỚC, PHẢI, TRÁI và LẠI) Biết được vị trí cho phép hệ thống căn giữa cây gậy trước và sau khi đánh chuông, điều đảm bảo chuyển động và âm thanh chuẩn hơn.

Bước 4: Xây dựng Phần cứng Đơn vị Điều khiển

Khi tôi đã hoàn thành ba tòa tháp, đã đến lúc xây dựng bộ phận điều khiển. Như tôi đã giải thích ở phần đầu của văn bản, thiết bị điều khiển là một hộp đen bao gồm ba bảng điện tử. Bo mạch chính chứa lôgic, bộ điều hợp giao tiếp nối tiếp (1 MAX-232) và vi điều khiển (vi điều khiển ATMega32 8 bit RISC). Hai bảng còn lại chứa mạch điện cần thiết để điều khiển các cảm biến vị trí (một số điện trở và 3 bộ kích hoạt-schimdt 74LS14) và cấp nguồn cho động cơ (3 trình điều khiển động cơ LB293). Bạn có thể xem sơ đồ để biết thêm thông tin.

Bạn có thể tải xuống ZIP với các hình ảnh toán học trong khu vực nhỏ hơn.

Bước 5: Phần mềm cơ sở và phần mềm

Phần sụn đã được phát triển bằng C, với trình biên dịch gcc được bao gồm trong môi trường phát triển WinAVR miễn phí (tôi đã sử dụng notepad của lập trình viên làm IDE). Nếu bạn xem mã nguồn, bạn sẽ thấy các mô-đun khác nhau:

- atb: chứa "main" của dự án và các thủ tục intial hóa hệ thống. Là từ "atb" nơi các mô-đun khác được gọi. - UARTparser: là mô-đun có mã của trình phân tích cú pháp nối tiếp, lấy các ghi chú do máy tính gửi qua RS-232 và chuyển chúng thành các lệnh dễ hiểu đối với mô-đun "chuyển động". - chuyển động: chuyển đổi một lệnh ghi chú nhận được từ UARTparser, thành một tập hợp các chuyển động cơ đơn giản khác nhau để tạo ra tiếng chuông. Nó báo cho mô-đun "động cơ" chuỗi năng lượng và hướng của mỗi động cơ. - động cơ: thực hiện 6 phần mềm PWM để cung cấp năng lượng cho động cơ với năng lượng chính xác và thời lượng chính xác do mô-đun "chuyển động" thiết lập. Phần mềm máy tính là một ứng dụng Visual Basic 6.0 đơn giản, cho phép người dùng nhập và lưu trữ trình tự các nốt nhạc tạo ra một giai điệu. Nó cũng cho phép gửi các ghi chú qua cổng nối tiếp PC và nghe chúng được phát bởi Atb. Nếu bạn muốn kiểm tra phần sụn, bạn có thể tải xuống trong khu vực tải xuống.

Bước 6: Cân nhắc Cuối cùng, Ý tưởng Tương lai và Liên kết…

Mặc dù âm thanh của nhạc cụ rất hay, nhưng nó không đủ nhanh để chơi một số giai điệu, trên thực tế, đôi khi nó sẽ khử đồng bộ một chút với giai điệu. Vì vậy, tôi đang lên kế hoạch cho một phiên bản mới hiệu quả hơn và hiệu quả hơn, bởi vì độ chính xác về thời gian là một vấn đề rất quan trọng khi chúng ta nói về nhạc cụ. Nếu bạn chơi một nốt nhạc với vài mili giây trước hoặc chậm lại, tai bạn sẽ thấy có gì đó lạ trong giai điệu. Vì vậy, mỗi nốt phải được chơi trong thời điểm chính xác với năng lượng chính xác. Nguyên nhân của những sự chậm trễ này trong phiên bản đầu tiên của nhạc cụ là do hệ thống bộ gõ mà tôi đã chọn không nhanh như mong muốn. Phiên bản mới sẽ có cấu trúc rất giống, nhưng sẽ sử dụng chất lỏng duy nhất thay vì động cơ. Solenoids nhanh hơn và precisse hơn nhưng chúng cũng đắt hơn và khó tìm hơn. Phiên bản đầu tiên này có thể được sử dụng để chơi các giai điệu đơn giản, làm nhạc cụ độc lập, hoặc trong đồng hồ, chuông cửa … Trang chính của dự án: Trang chủ của Chuông hình ống tự động Video về Chuông hình ống tự động: Video YouTube về Chuông hình ống tự độngLinks Trong trang web này, bạn sẽ tìm thấy Tất cả thông tin bạn sẽ cần để tạo chuông của riêng mình: Làm chuông gió của Jim HaworthLàm chuông gió của Jim Kirkpatrick