Gör ett vindstyrt MIDI-instrument: 5 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Detta projekt överlämnades till 'Creative Electronics', en modul för fjärde året i BEng Electronics Engineering vid universitetet i Málaga, Telekommunikationshögskolan.

Den ursprungliga idén föddes för länge sedan, för min kompis, Alejandro, har spenderat mer än hälften av sitt liv på att spela flöjt. Således fann han tilltalande idén om ett elektroniskt blåsinstrument. Så detta är en produkt av vårt samarbete; huvudfokus för detta tillvägagångssätt var att få en estetiskt nykter konstruktion, liknande den för en basklarinett.

Demo:)

Tillbehör

• Ett Arduino -kort (vi använde SAV MAKER I, baserat på Arduino Leonardo).
• En lufttryckssensor, MP3V5010.
• En töjningsmätare, FSR07.
• Motstånd: 11 av 4K7, 1 av 3K9, 1 av 470K, 1 av 2M2, 1 av 100K.
• En potentiometer på 200K.
• En keramisk kondensator på 33pF.
• Två elektroliska kondensatorer på 10uF och 22uF.
• En LM2940.
• En LP2950.
• En LM324.
• En MCP23016.
• En perforerad skiva med 30x20 hål.
• 30 stifthuvuden, både kvinnliga och manliga (ett kön för Arduino, det andra för udden).
• Ett par HD15 -kontakter, både hane och hona (med lödkoppar).
• Låna en väns värmekrympslang och isoleringstejp. Svart föredras.
• Två 18650 Li-ion-batterier och deras batterihållare.
• En omkopplare.
• En Arduino USB -kabel.
• Minst 11 knappar, om du vill ha en kvalitetskänsla, använd inte vår.
• Någon form av hölje eller fodral. En träplanka på cirka en kvadratmeter skulle räcka.
• En halv meter PVC -rör, 32 mm utvändigt.
• 67 grader PVC -fog för föregående rör.
• En PVC -reduktion från 40 mm till 32 mm (extern).
• En PVC -reduktion från 25 mm till 20 mm (extern).
• En tom flaska Betadine.
• Ett altsaxofonmunstycke.
• En altsaxofonrör.
• En altsaxofonligatur.
• Lite skum.
• Mycket tråd (ljudkabel rekommenderas, eftersom det går i par röd-svart).
• Några skruvar.
• Matt svart sprayfärg.
• Matt spraylack.

Steg 1: Kropp

Först och främst valdes ett PVC -rör som en del av karossen. Du kan välja en annan diameter, även om vi rekommenderar en ytterdiameter på 32 mm och en längd på 40 cm, eftersom vi var bekväma med dessa dimensioner.

När du har fått röret i dina händer placerar du en markeringslayout för knapparna. Detta beror på fingrarnas längd. Nu, med markeringarna gjort, borra motsvarande hål för varje knapp. Vi rekommenderar att du börjar med en mager bit och graverar in hålet och ökar diametern som används för borren. Att använda en burin före borren kan också förbättra stabiliteten.

Du bör införa fyra icke anslutna ledningar för att senare kunna ansluta manometern och lufttryckssensorn. denna bit (kroppen) och nacken sitter ihop med ett 67 grader skarvrör. Detta rör slipades och målades svart.

För att förena denna bit med foten använde vi en PVC -reduceringsfog från 40 mm till 32 mm (yttre diameter). Fyra träskruvar tillsattes för att förstärka korsningen. Mellan reduceringsleden och karossen gjorde vi en borr och introducerade en bredare skruv för att få stabilitet. Vi rekommenderar att borra rören före kabeldragningen; annars är ruinen säker.

Nästa steg är att löda kablar till knapparnas terminaler, mäta längd till botten och reservera en extra längd för att undvika att anslutningen är tät. När röret är sandpapperat och svartmålat (vi använde matt svart sprayfärg; ge så många lager du vill, tills det ser snyggt ut under solljus), introducera knapparna uppifrån och ned, märk var och en av dem. Vi rekommenderar att du använder två olika färger för kablarna (t.ex. svart och rött); eftersom de alla är anslutna till jord på en av sina stift, lämnade vi den svarta kabeln fri och märkte bara de röda kablarna. Knapparna täcktes med svart isoleringstejp för att de skulle matcha utseendet och passa fint utan att falla ner.

Löd HD15 honkontakt (lödkoppar hjälper mycket) med hjälp av layouten som föreslås i diagrammet i steg 4 (eller din egen) och sammanfoga grunderna. Tänk på att värmekrympande slangar ger en stark tillförlitlighet mot kortslutning.

Steg 2: Fotdesign

Kretsen som används för denna design är i sin rot mycket enkel. Två litiumbatterier i serie matar en LDO (low-dropout) spänningsregulator, som levererar 5V från dess utgång till resten av kretsen. LM324: s operationsförstärkare tjänar syftet att både anpassa lufttryckssensorns dynamiska område (MP3V5010, 0,2 till 3,3 volt) och tryckmätarens beteende (negativt lutnings variabelt motstånd) till de analoga ingångarna på Arduino -kortet (0 till 5 volt). Således används en icke-inverter med justerbar förstärkning (1 <G <3) för den första och en spänningsdelare plus en följare för den andra. Dessa ger tillräcklig spänningssvängning. För mer information om dessa enheter, klicka här och där. LP2950 ger också en referens för de 3,3 volt som måste hämtas till MP3V5010.

Varje modell av FSR -serien (Force Sensing Resistor) kommer att räcka, och även om 04 är den snyggaste, använde vi 07 på grund av lagerproblem. Dessa sensorer ändrar sitt elektriska motstånd beroende på den böjkraft som appliceras, och vi testade experimentellt att de inte gör det när de pressas längs hela ytan. Detta var ett misstag inledningsvis på grund av platsen där vi skulle lägga ner biten, men den antagna lösningen gjorde ett bra arbete och kommer att förklaras i det fjärde steget.

En av de grundläggande delarna av brädet är MCP23016. Detta är en 16-bitars I2C I/O-expander som vi tyckte var användbar för att sänka komplexiteten i koden (och kanske kabeldragningen). Modulen används som ett skrivskyddat 2-byte register; det producerar ett avbrott (tvingar ett logiskt '0', och därför behövs ett uppdragningsmotstånd för att ställa in ett 1 ') på sitt sjätte stift när något av dess registervärden ändras. Arduino är programmerad att triggas av denna signals lutning; efter detta händer begär han informationen och avkodar den för att veta om anteckningen är giltig eller inte, och om det är så lagrar han den och använder den för att bygga nästa MIDI -paket. Var och en av knapparna har två terminaler, anslutna till jord och till ett uppdragningsmotstånd (4,7K) till 5 volt, respektive. Således, när den trycks in, läses logiken '0' av I2C -enheten, och en logik '1' betyder att den släpps. RC -paret (3.9K och 33p) konfigurerar sin interna klocka; stiften 14 och 15 är SCL- respektive SDA -signaler. I2C -adressen för den här enheten är 0x20. Kontrollera databladet för mer information.

Anslutningslayouten vi använde för att ansluta HD15 -kontakten är naturligtvis inte unik. Vi gjorde det på det här sättet eftersom det var lättare att dirigera på kretskortet vi gjorde, och den viktiga punkten ligger i att hålla en tydlig lista över noder och dess respektive knappar. Onödigt att säga, men jag kommer; knapparna har två terminaler. En av dem (otydligt) är ansluten till sin respektive nod på HD15 -kontakten, medan den andra är ansluten till jord. Således delar alla knappar samma jord och är anslutna till bara ett stift på HD15 -kontakten. Bilden vi tillhandahåller är baksidan av hankontakten, det vill säga framifrån av honparet. Löd kablarna noggrant, du vill inte koppla den fel, lita på oss.

Bara så att det står klart, konstruerade vi kretsen för att Arduino skulle anslutas till den. Det bör finnas tillräckligt med utrymme för kretsen att passa under honom, och så kan lådan vara mindre än vår. Den föreslagna byggnadslayouten erbjuds på bilden nedan. Vi använde silikon för att fästa batteriernas hållare på insidan av lådan, borrade kappen på kanterna och använde skruvar för att fixa den på detta sätt.

För att förena denna del med kroppen använde vi en PVC -reduceringsfog från 40 mm till 32 mm (yttre diameter). Fyra träskruvar tillsattes för att förstärka korsningen. Mellan reduceringsleden och karossen gjorde vi en borr och introducerade en bredare skruv för att få stabilitet. Var försiktig så att du inte skadar ledningarna.

Steg 3: Montering av munstycke

Detta är förmodligen den viktigaste delen av monteringen. Det är enbart baserat på diagrammet som visas i den första bilden. Den överdimensionerade delen är tillräckligt stor för att passa in i 32 mm (yttre) PVC -rör.

När vi designade det här stycket (halsen) bestämde vi oss för att använda ett kretskort för montering av MP3V5010, även om du kan ignorera det. Enligt PDF är de använda terminalerna 2 (3,3 volt matning), 3 (jord) och 4 (lufttryckets elektriska signal). För att undvika att beställa ett kretskort för den här saken föreslår vi att du skär av de oanvända stiften och klistrar komponenten på PVC -röret när kabeln är klar. Detta är det enklaste sättet vi kan tänka oss. Denna trycksensor har också två avkänningsrattar; du vill täcka en av dem. Detta förbättrar dess respons. Vi gjorde det genom att införa en liten metallbit i ett värmekrympande rör, som täcker vredet och värmer upp röret.

Det första du vill göra är att hitta en bit med en konisk form som kan passa in i lufttryckssensorröret, som visas i den andra bilden. Detta är den gula biten i föregående diagram. Skär ett smalt hål på toppen av konen med hjälp av en liten borr eller en smal järnspets. Testa om det sitter tätt; Om inte, fortsätt att öka hålets diameter tills det gör det. När detta är klart vill du hitta ett stycke som passar runt det föregående och täcker det för att hindra luftflödet utåt. Faktum är att du vill testa vid varje steg du tar att luften inte slipper höljet; om det gör det, försök att lägga till silikon vid lederna. Detta bör resultera i nästa bild. Bara för att det hjälper, använde vi en Betadine -flaska för detta ändamål: den gula biten är den inre dispensern, medan biten som täcker den är locket med ett snitt på huvudet för att förvandla den till en rörform. Snittet gjordes med en het kniv.

Nästa bit var en PVC -reduktion från 25 (extern) till 20 (intern). Denna bit passade fint in i den redan arrangerade slangen, även om vi behövde slipa den och limma väggarna för att hindra det nämnda luftflödet. För närvarande vill vi att det här ska vara ett slutet hålrum. I diagrammet är den här biten vi pratar om den mörkgrå som följer direkt den gula. När denna bit har lagts till är instrumentets hals nästan färdig. Nästa steg är att klippa en bit ur PVC -röret med 32 mm (yttre) diameter och borra ett hål i mitten, så att manövermätarens trådar släpper ut. Löd de fyra trådarna som vi nämnde tidigare i steg 1 som visas i nästa diagram och limma halsen till den vinklade korsningen (efter att ha målat den svart, för estetiska ändamål).

Det sista steget är att täta munstycket bekvämt. För att denna uppgift skulle kunna utföras använde vi en altsaxrör, svart isoleringstejp och en ligatur. Manometern var placerad under vassen innan tejpen applicerades; de elektriska anslutningarna till mätaren förstärktes med svarta värmekrympande rör. Detta stycke är utformat för att extraheras, så att hålrummet kan rengöras efter att ha spelat en stund. Allt detta kan ses på de två sista bilderna.

Steg 4: Programvara

Ladda ner och installera Virtual MIDI Piano Keyboard, här är länken.

Det logiska sättet att utföra detta steg är följande: Ladda ner först Arduino -skissen som finns i denna instruktionsbok och ladda den på ditt Arduino -kort. Starta nu VMPK och kontrollera dina inställningar. Som visas i den första bilden ska "Input MIDI -anslutning" vara ditt Arduino -kort (i vårt fall Arduino Leonardo). Om du använder Linux behöver du inte installera någonting, se bara till att din VPMK -fil har egenskaperna som visas i den andra figuren.

Steg 5: Felsökning

Fall 1. Systemet verkar inte fungera. Om Arduinos LED inte lyser eller om det är något mörkare än vanligt, kontrollera att systemet är ordentligt drivet (se fall 6).

Fall 2. Det verkar finnas rök eftersom något luktar bränt. Förmodligen finns det en kortslutning någonstans (kontrollera ström och kabelnät). Kanske bör du vidröra (med försiktighet) varje komponent för att kontrollera dess temperatur; om det är varmare än vanligt, inte få panik, bara byt ut det.

Fall 3. Arduino känns inte igen (i Arduino IDE). Ladda upp de medföljande skisserna igen, om problemet kvarstår, se till att Arduino är korrekt ansluten till datorn och att Arduino IDE -inställningarna är inställda som standard. Om ingenting fungerar, överväg att byta ut Arduino. I vissa fall kan du trycka ner återställningsknappen medan du "kompilerar" och sedan släppa den medan du "laddar upp".

Fall 4. Vissa tangenter verkar inte fungera. Vänligen isolera vilken nyckel som inte fungerar. Ett kontinuitetstest kan vara användbart, eller så kan du använda den medföljande skissen för att testa knapparna; uppdragsmotståndet kanske inte löds korrekt eller om knappen är felaktig. Om nycklarna är okej, vänligen kontakta oss för att avslöja dina problem.

Fall 5. Jag kan inte få någon anteckning om VMPK. Kontrollera att Arduino är ordentligt ansluten till datorn. Följ sedan stegen som visas i steg 3. på VMPK. Om problemet kvarstår, utför en knappåterställning eller kontakta oss.

Fall 6. Elektrisk påslagningstest. Utför nästa mätningar: när du har tagit bort Arduino från kapen, sätt på strömbrytaren. Placera den svarta sonden på marknålen (vem som helst räcker) och använd den röda sonden för att kontrollera strömnoderna. På batteriets plusplatta bör det finnas minst ett spänningsfall på 7,4 volt, annars laddar du batterierna. Det bör finnas samma spänningsfall vid ingången till LM2940, som ses i schemat. Vid dess utgång måste det vara en 5 volts droppe; samma värde förväntas från LM324 (stift 4), MCP23016 (stift 20) och LP2950 (stift 3). Utgången från den sista bör visa ett värde på 3,3 volt.