Krossande vinglas med ljud !: 10 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Hej och välkommen!

Här är en fullständig demo av projektet!

Högtalaren toppar cirka 130 dB vid kanten på röret, så hörselskydd krävs DEFINITIVT!

Idén för detta projekt är följande:

Jag vill kunna spela in en resonansfrekvens för ett vinglas med en liten mikrofon. Jag vill sedan återskapa samma frekvens med en mycket högre volym för att få glaset att gå sönder. Jag vill också kunna finjustera frekvensen om mikrofonen var något avstängd. Och slutligen vill jag att allt ska vara ungefär lika stort som en stor ficklampa.

Knappstyrning och drift:

- Den övre vänstra ratten är en roterande kodare. Den kan snurra oändligt och kommer att ta upp åt vilket håll den vänds. Detta gör att utgångsfrekvensen kan justeras i båda riktningarna. Den roterande kodaren har också en tryckknapp inuti så att du kan "klicka" den. Jag har den här för att återställa utgångsfrekvensen till vad du ursprungligen "fångade" frekvensen som. I grund och botten tar det bara bort din tuning.

- Överst till höger är en ON/OFF -omkopplare. Den slår på eller av strömmen till hela kretsen.

- Nederst till vänster är mikrofoninspelningsknappen. Det växlar mellan inspelningsfrekvenser som ska ignoreras och inspelningsfrekvenser som ska återges. På så sätt kan du ta bort "Omgivningsfrekvenser" i rummet du befinner dig i.

- Längst ner till höger är högtalarutmatningsknappen. Medan den hålls intryckt börjar högtalaren mata ut den frekvens som den tidigare fångade.

Om du också är intresserad av att krossa glas, följ den här instruktionsboken och kanske lär du dig något snyggt på vägen. Det här projektet innehåller bara mycket lödning och 3D-utskrift, så det kan vara lite svårt. Samtidigt är du redan ganska fantastisk på att göra saker (Du är på Instrucables, eller hur?).

Så, förbered dig och …

Låt oss göra robotar!

Steg 1: Material, verktyg och utrustning

Eftersom det här projektet inte behöver göras exakt som jag gjorde det, kommer jag att inkludera en "obligatorisk" lista och en "valfri" lista med material, beroende på hur mycket du vill bygga! Den valfria delen kommer att omfatta 3D -utskrift av ett hölje för högtalaren och elektronik.

NÖDVÄNDIG:

Material:

• Vinglas - alla är bra, jag gick till Goodwill och hittade en billig, ju tunnare desto bättre
• Wire (olika färger kommer att vara till hjälp, jag använde 12 gauge)

• 6S 22.2v Lipo -batteri (Du behöver verkligen inte en hög mAh, jag använde 1300):

  hobbyking.com/en_us/turnigy-1300mah-6s-35c…

• Någon sorts batterikontakt. Om du använde ovanstående är det en XT60:

• Kompressionsdrivhögtalare - Du behöver något med hög känslighet (~ 100 dB):

  www.amazon.com/dp/B075K3P2CL/ref=psdc_1098…

• Arduino-kompatibel mikrofon:

  www.amazon.com/Electret-Microphone-Amplifi …

• Arduino (Uno för icke-souldering eller Nano för souldering):

  www.amazon.com/ELEGOO-Arduino-ATmega328P-W…

• Rotary Encoder:

  www.amazon.com/Encoder-15%C3%9716-5-Arduin…

• Någon slags PÅ/AV -omkopplare är också användbar (jag använde dessa):

  www.amazon.com/Encoder-15%C3%9716-5-Arduin…

• Trycka på knappar:

  www.adafruit.com/product/1009

• Minst en 60W förstärkare:

  www.amazon.com/KKmoon-TPA3118-Digital-Ampl…

• 5v BEC för att driva Arduino:

  www.amazon.com/Servo-Helicopter-Airplane-R…

Verktyg / utrustning:

• HÖRSKYDD - Skämtar inte, den här killen toppar på cirka 130 dB, vilket kan orsaka omedelbar skada
• Lödkolv
• Löda
• Wire Strippers
• Sandpapper
• Lim pistol

KRÄVS INTE:

Följande krävs bara om du också vill göra hela 3D -tryckta huset för ditt projekt

Material:

• Bullet Connectors:
• Wire Heat Shrink:
• Massor av ABS -filament - jag mätte inte hur mycket jag använde, men det finns två ~ 24 timmars utskrifter och ett ~ 8 timmars tryck
• Sortiment av M3 -skruvar och bultar - Tekniskt sett kan du förmodligen använda vilken storlek som helst om du vill borra hålen för det. Men jag gjorde designen med M3 -skruvar i åtanke.

Verktyg / utrustning:

• 3D -skrivare - jag använde Ultimaker 2
• En Dremel är också användbar om skrivaren lämnar några rester från din sida.

Steg 2: Bygg testkrets

Nästa kommer vi att vilja bygga kretsen med hjälp av bygeltrådar och brödbräda mest troligt!

Tekniskt sett krävs inte detta steg om du vill gå direkt till lödning på en Arduino Nano, men jag rekommenderar starkt att du gör detta ändå. Det är ett bra sätt att testa alla dina delar och se till att du vet vart allt går innan du stoppar allt i ett litet slutet utrymme.

På den första bilden som postades har jag inte anslutit förstärkarkortet eller strömbrytaren, jag har precis anslutit stiften 9 och 10 till en minitesthögtalare som jag hade, men jag uppmuntrar dig att sätta ihop ALLT innan du går vidare.

Till kretsen:

För att driva arduino, anslut den till din dator med hjälp av USB -kabeln. Om något inte är klart kommer jag att gå in på detaljer om varje del individuellt nedan.

Låt oss börja med strömförsörjningen:

Den positiva änden av batteriet går in i omkopplaren. Detta gör att vi kan slå på och stänga av vår krets utan att behöva koppla bort något helt eller göra något för galet för att starta om kretsen om det behövs. Den faktiska omkopplaren jag använde hade bara två terminaler, och omkopplaren antingen kopplade dem eller lämnade dem öppna.

Den positiva änden går sedan från omkopplaren till förstärkarkortet.

Batteriets negativa ände behöver INTE gå igenom omkopplaren. Den kan gå direkt till förstärkarens effekt.

Därefter förstärkarkortet:

Förstärkarkortet har fyra uppsättningar av stift, varje uppsättning har två genomgångar. Jag använder inte 'Mute' -funktionen på det här kortet, så oroa dig inte för det. Jag har redan beskrivit ovan att Power + och Power - ska få direkt 22.2v från batteriet. För utmatningen bör du ansluta detta direkt till ledningarna på kompressionsdrivrutinen. Det spelar ingen roll direkt vilken ledning som går till vilken stift, men ibland får du bättre ljudkvalitet när du byter dem. Slutligen, Input + och Input - gå till stift 10 och 9 på Arduino, återigen spelar ordningen inte nödvändigtvis någon roll.

Mikrofon:

Mikrofonen är superenkel. Vcc får 5v från arduino, GND går till GND på Arduino och OUT går till A0 -stift på Arduino.

Knappar:

Om du någonsin har använt knappar på en Arduino tidigare kan du bli lite förvirrad när du ser knapparna anslutna utan motstånd. Detta beror på att jag har dem inställda för att använda de interna pullup -motstånden som finns inuti Arduino. Detta gör att de i princip alltid läser som HÖG tills du trycker på knappen, sedan läser de som LÅG. Det gör bara kablarna enklare och enklare. Om du vill ha mer information, kolla in den här instruerbara:

www.instructables.com/id/Arduino-Button-wi…

Knappen som läser från mikrofonen kommer att anslutas till stift 6 och knappen som faktiskt talar om för högtalaren att börja producera ljud är på stift 5. De andra stiften på båda knapparna är anslutna till GND.

Rotary Encoder:

Den roterande kodaren som jag använde inkluderade också en knapp inbäddad inuti den. Så du kan faktiskt klicka på ratten, och den kan läsas som ett knapptryck.

Ledningarna för detta går enligt följande: GND till Arduino GND, + till Arduino + 5v, SW till stift 4, DT till stift 3, CLK till stift 2

Om du vill ha mer information om hur roterande kodare fungerar, kolla in den här länken:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ro…

Och det är det för kretsen!

Steg 3: Testkod

Nu är det dags att ladda upp lite kod till din Arduino

Du kan ladda ner min repo på GitHub som har alla filer du behöver:

Eller, jag har laddat upp bara GlassGun.ino -filen till botten av det här steget

Låt oss nu prata lite om vad som händer. För det första använder jag ett par olika bibliotek i det här projektet som du behöver ladda ner. Bibliotek är ett sätt att dela modulkod med någon, vilket ger dem ett enkelt sätt att integrera något i sitt projekt.

Jag använder alla dessa:

• LinkedList -
• ToneAC -
• Rotary -

Var och en av dem har instruktioner om hur du installerar i din Arduino -katalog. Om du behöver mer information om Arduino Libraries, kolla in den här länken:

www.arduino.cc/en/Guide/Libraries

Med den här flaggan kan användaren enkelt stänga av eller på skärmutskrifterna till serieraden:

// Debug Flag

booleska printDebug = true;

Detta initierar de variabler som används för att fånga frekvensen och returnera den som visade sig mest:

// Frequency captureLinkedList freqData; LinkedList NOT_DATA; int modeHold; int modeCount = 1; int modeSubCount = 1; booleska gotData = false; booleska badData = true;

Detta anger värdena för utmatning av högtalaren. freqModifier är vad vi lägger till eller subtraherar utmatningen baserat på inställningen av roterande kodare. modeValue är det som håller inspelningen från mikrofonen. Den slutliga utdata är bara modeValue + freqModifier.

// Frekvensutsläpp

int freqModifier = 0; int modeValue;

Konfigurerar Rotary Encoder med biblioteket:

// Stämning med roterande pulsgivare

int val; #define encoderButtonPin 4 #define encoderPinA 2 #define encoderPinB 3 Rotary r = Rotary (encoderPinA, encoderPinB);

Definierar stiften som knapparna är fästa på:

// Knappar för att aktivera mikrofon och högtalare

#define högtalarknapp 5 #definiera mikrofon Knapp 6

Det här värdet anger om den inspelade frekvensen är exceptionellt hög eller låg:

// klippningsindikatorvariabler

boolsk klippning = 0;

Används vid inspelning av frekvensen:

// datalagringsvariabler

byte newData = 0; byte prevData = 0;

Används vid själva beräkningen av frekvensnumret baserat på svängningar:

// freq -variabler

osignerad int timer = 0; // räknar period av våg osignerad int period; int frekvens;

Nu, till själva koden i koden:

Här ställer vi in mikrofon- och högtalarknapparna för att inte använda ett motstånd när du trycker på knappen som tidigare beskrivits i testkretssteget (Mer information: https://www.instructables.com/id/Arduino-Button-wi…) I ring också resetMicInterupt, som gör en mycket låg nivåinställning av stift för att lyssna på A0-stiftet vid mycket olika tidsperioder. Jag använde denna instruerbara för att vägleda mig genom hur jag får frekvens från dessa värden:

www.instructables.com/id/Arduino-Frequency …

void setup () {pinMode (13, OUTPUT); // LED -indikatorstift pinMode (microphoneButton, INPUT_PULLUP); // Microphone Pin pinMode (speakerButton, INPUT_PULLUP); if (printDebug) {Serial.begin (9600); } resetMicInterupt (); } void resetMicInterupt () {cli (); // deaktiverbara avbrott // ställa in kontinuerlig provtagning av analog pin 0 // rensa ADCSRA- och ADCSRB -register ADCSRA = 0; ADCSRB = 0; ADMUX | = (1 << REFS0); // ställ in referensspänning ADMUX | = (1 << ADLAR); // vänsterjustera ADC-värdet- så att vi kan läsa de högsta 8 bitarna från ADCH-registret endast ADCSRA | = (1 << ADPS2) | (1 << ADPS0); // ställ in ADC-klocka med 32 förskalare- 16mHz/32 = 500kHz ADCSRA | = (1 << ADATE); // aktivera auto trigger ADCSRA | = (1 << ADIE); // aktivera avbrott när mätningen är klar ADCSRA | = (1 << ADEN); // aktivera ADC ADCSRA | = (1 << ADSC); // starta ADC -mätningar sei (); // aktivera avbrott} ISR (ADC_vect) {// när nytt ADC -värde klart prevData = newData; // lagra tidigare värde newData = ADCH; // få värde från A0 if (prevData = 127) {// om ökning och korsning av mittpunktsperiod = timer; // få period timer = 0; // reset timer} if (newData == 0 || newData == 1023) {// if clipping PORTB | = B00100000;/ /set pin 13 high-turn on clipping indicator led clipping = 1; // för närvarande klippande} timer ++; // inkrement timer med en hastighet av 38,5 kHz}

Jag tror att det mesta av koden här är tillräckligt enkelt och borde vara ganska läsbart, men jag lyfter fram några av de mer förvirrande områdena:

Denna del kommer mestadels från Rotary -biblioteket. Allt det säger är att om du har flyttat medurs, öka freqModifer upp med en, om du inte gick upp, måste du ha gått ner, så ta freqModifier ner med en.

osignerat rödningsresultat = r.process (); // Se om den roterande givaren har flyttat

if (resultat) {firstHold = true; if (resultat == DIR_CW) freqModifier ++; // Om vi flyttade medurs, öka, annars, minska annars freqModifier--; if (freqModifier 50) freqModifier = 50; if (printDebug) {Serial.print ("FreqMod:"); Serial.println (freqModifier); }}

I det här nästa avsnittet kör jag min algoritm på de fångade frekvensdata för att försöka få den mest konsekventa frekvensavläsningen från vinglaset. För det första gör jag ett kort tryck på mikrofonknappen. Denna korta knapptryckning fångar upp "dåliga data" från mikrofonen. Detta motsvarar värden som vi vill ignorera. Vi håller fast vid dessa, så att när vi får "Bra data" kan vi gå igenom det och ta bort alla de dåliga.

void getMode () {boolean doAdd = true // Det första knapptrycket bör vara kort för att få "dåliga värden" eller värden som vi vet är dåliga // Detta växlar mellan inspelning av "dålig data" och "bra data" om (badData) {if (printDebug) Serial.println ("Dåliga data:"); för (int j = 0; j <freqData.size (); j ++) {för (int i = 0; i <NOT_DATA.size (); i ++) {if (freqData.get (j) == NOT_DATA.get (i)) {doAdd = false; ha sönder; }} if (doAdd) {NOT_DATA.add (freqData.get (j)); } doAdd = true; } if (printDebug) {Serial.println ("-----"); för (int i = 0; i <NOT_DATA.size (); i ++) {Serial.println (NOT_DATA.get (i)); } Serial.println ("-------"); }}

Här går vi igenom "Goda data" och tar ut alla som matchar "Dåliga data från tidigare"

När vi tar bort ett element från listan måste vi gå tillbaka ett steg i vår yttre loop (j--) eftersom vi annars hoppar över värden.

annat {

if (printDebug) Serial.println ("Inte dåliga data:"); för (int j = 0; j <freqData.size (); j ++) {för (int i = 0; i <NOT_DATA.size (); i ++) {if (freqData.get (j) == NOT_DATA.get (i)) {if (printDebug) {Serial.print ("Borttagen:"); Serial.println (freqData.get (j)); } freqData.remove (j); j--; ha sönder; }}} freqData.sort (minToMax); modeHold = freqData.get (0); modeValue = modeHold; för (int i = 0; i modeSubCount) {modeSubCount = modeCount; modeValue = modeHold; } modeCount = 1; modeHold = freqData.get (i); }} modeCount = 1; modeSubCount = 1; if (printDebug) {Serial.println ("--------"); Serial.println (modeValue); Serial.println ("---------"); } NOT_DATA.clear (); } if (badData) badData = false; annars badData = true; freqData.clear (); }

Steg 4: Ställ in din mikrofon

Detta var förmodligen ett av de svåraste stegen för mig, eftersom jag gjorde det i samband med att jag redigerade koden för att producera rätt utgångsfrekvens.

Eftersom Arduino inte kan läsa negativa spänningar (som ljudvågor), omvandlar kretsen inbyggd i mikrofonen allt till en positiv spänning. Istället för några millivolts positiva och några millivolts negativa försöker kretsen ändra det till ett positivt 5v och 0v. Det kan dock inte riktigt veta hur högt ditt källljud är. För att fixa detta lägger de till en liten potentiometer (skruv) till kretsen.

Detta låter dig "ställa in" din mikrofon på vinglasets ljudnivå.

Så hur uppnår du detta egentligen?

Tja, du kan ansluta din Arduino till din dator via USB -kabeln, öppna seriell bildskärm genom att klicka på ikonen längst upp till höger i Arduino Editor.

Ställ in överföringshastigheten till 9600.

När du sedan laddar upp din kod till Arduino ska du se alla "printDebug" -meddelanden komma upp i det nya fönstret.

För att faktiskt få din mikrofon att ställas in korrekt skulle jag rekommendera att skaffa en app på din telefon som läser i frekvenser (som den här) och faktiskt ta reda på vad rätt glasfrekvens är. Rikta glaset med appen öppen, hitta rätt frekvens och börja sedan ställa in din mikrofon tills du får ganska konsekventa resultat.

Så processen är:

1. Rikta glaset med spektrometerappen öppen och se vad den sanna resonansfrekvensen är
2. Spela in "dåliga data" genom att snabbt trycka på den trådbundna mikrofonknappen på din krets
3. Håll mikrofonknappen nere på din krets med själva mikrofonen nära glaset och stick glaset med en skruvmejsel eller något
4. Titta på utgången på den seriella bildskärmen och se om den är nära det sanna frekvensvärdet
5. Justera potentiometerskruven på mikrofonen något och upprepa

Du kan också bara köra 'mic_test' -skriptet, som ständigt kör mikrofonen och skickar det till skärmen. Om du gör det på detta sätt måste du vrida skruvpotentiometern medan koden körs för att se var den bästa platsen för den är.

Steg 5: Bryt lite glas

Det är dags att bryta det gamla glaset!

Först och främst, se till att du bär öronskydd!

Det finns en konst att få allt att falla på plats för att få glaset att gå sönder.

1. Du måste slipa vinglasets kant
2. Du måste få rätt frekvens
3. Du måste få vinkeln rätt
4. du måste se till att ditt vinglas inte tappar värdefull vibrationsenergi i att skaka

Så det bästa sättet jag hittade på är att:

För det första, som sagt, slipa vinglasets kant. Om du inte gör detta har glaset ingen startbrottpunkt och kommer aldrig att kunna göra en spricka. En lätt slipning är allt som krävs, bara tillräckligt för några mikroskav.

Se till att din frekvens är rätt genom att stoppa något som ett sugrör eller dragkedja i glaset efter att du har registrerat frekvensen. Detta låter dig se när frekvensen får objektet att studsa och vibrera mest.

För det andra, försök att rikta högtalaren mot den bredaste delen av glaset precis innan glaset börjar böja sig tillbaka till nacken. Det är här det tenderar att få halmen eller dragkedjan att studsa mycket, så du borde kunna se vilken del som fungerar bäst.

Slutligen tejpade jag mitt glas mot bordet. Om glaset har möjlighet att vibrera hela glaset och skottar över bordet förlorar det vibrationer som annars skulle göra att glasets kant skakar. Så min rekommendation är att löst tejpa glaset på bordet med skotstejp. Om du tejper in den för mycket kommer den inte att kunna vibrera alls!

Spela lite tid med att försöka få nivåerna lagom och se till att du spelar in det så att du kan visa alla dina vänner!

Steg 6: (Valfritt) Lödning

Så du har bestämt dig för att göra det hela eller hur? Bra för dig! Jag njöt verkligen av att göra det!

Tja, först saker först. Kretsen är i princip densamma, det finns bara några subtila skillnader.

1. Du kommer att lödas direkt på högtalarens ledningar
2. Du kommer att lägga till Bullet -kontakterna i högtalaren
3. Du kommer att lägga till BEC för att driva Arduino Nano

En snabb anteckning, du vill inte lödda på huvudströmbrytaren förrän den är inuti fodralet. Detta beror på att omkopplaren måste matas in uppifrån, till skillnad från de andra delarna som kan slitsas in från botten. Om du lödde på omkopplaren innan det är i höljet kommer du inte att kunna sätta in det.

Den positiva änden av vårt batteri går först till omkopplaren, till BEC. Detta minskar vår spänning från 22.2v till 5v för att ge ström till Arduino. Den positiva änden av batteriet går också till Power+ -änden på vår förstärkare. Detta ger 22.2v direkt till förstärkaren.

BEC -lägre spänningsände går från + till + 5v på Arduino, och - till GND på Arduino.

Det rekommenderas starkt att du använder lite trådisolering på kulanslutningarna, så att de inte vidrör varandra och kortsluter kretsen.

Du kommer inte att lödda till något särskilt. Man lödde bara upp i luften, det är en teknik som jag kallar "Air Soldering" Det är lite svårt att få tag på i början, men man vänjer sig efter ett tag.

När du är klar med lödningen är det en bra idé att ta lite varmt lim och täcka eventuell exponerad tråd eller delar. Varmt lim är en utmärkt isolator som kan appliceras på nästan vilken elektronik som helst. Det kommer ut med viss ansträngning, vilket gör det omformabelt om du röra. Men försök definitivt att täcka alla knappben, stifthuvuden eller andra exponerade delar, så att inget blir kort.

Steg 7: (Valfritt) Skrivarhölje

Det finns tre filer att skriva ut med detta projekt:

1. Den främre delen som rymmer högtalaren och mikrofonen
2. Den mellersta biten som har all elektronik, knappar och batteri
3. Batteriluckan

Delarna tillsammans handlar om ett tryck på 48 timmar på Georgia Techs Ultimaker 2. Se till att du skriver ut med stöd, eftersom det finns några stora överhäng på detta tryck.

Alla delar var utformade för att ha en ganska tät passform, så de kan kräva lite slipning eller en lätt dremel för att få precis rätt. Jag hade inga problem på de maskiner jag använde.

Steg 8: (Valfritt) Färg - för extra svalhet

Jag tyckte att det skulle vara häftigt att lägga till lite färg på utskriften. Gör det som du tycker ser coolt ut med de färger du har. Jag hade lite akrylfärg på mig, och det verkade fungera bra. Tejpen jag använde tycktes inte hålla ut färgen nästan så mycket som jag hoppades, så det blöder lite, men jag tycker att det blev bra.

Steg 9: (Valfritt) Montera

Nu när alla delar är tryckta, lödet är fast och koden fungerar, är det dags att sätta ihop allt på ett ställe.

Jag tyckte att det var lättast att sätta Arduino i sidled mot väggen, då kunde förstärkarkortet sitta platt på botten.

Tryckknapparna var utformade för att passa en komprimering. Så de borde bara kunna tvingas upp i sina slots och stanna där. Men om din skrivare inte har den typen av tolerans kan du skaffa ett tejpstycke eller lite hett lim för att fästa dem på sina fack.

Den roterande givaren har en egen skruv på den, så du kan bara dra åt den från toppen med muttern.

Strömbrytaren måste fästas uppifrån. Det kan krävas lite tvingande för att få in den, men den ska passa snyggt när den väl är i platsen.

När de är på plats bör du först sätta i mikrofonen och sedan högtalaren. Jag upptäckte också att mikrofonen inte behövde skruvas in, eftersom hålets komprimering och högtalaren ovanpå den höll bra.

Batteriet ska sitta tätt på baksidan av brickan, men jag hade inga problem med att få det att passa in där.

Jag fann också att det bara var att sätta en M3 -skruv på båda storlekarna på batteriluckans hål på sidorna för att hålla den på plats utan mutter alls. Jag planerade ursprungligen att få en riktigt lång skruv som gick hela vägen genom och ut i det andra hålet, men jag ville inte hitta en online, och den mutterlösa skruven verkade fungera bra.

Steg 10: (Valfritt) Bryt glas igen

Blev fri att sola i härligheten av allt krossat glas runt dig i detta ögonblick. Ta ett andetag, du klarade det. Luktar skärvorna när de flyger runt dig.

Du har nu en fullt fungerande, handhållen, oklanderligt utformad, glasskadande ljudkanon. Om någon kommer till dig med ett vinglas, piska gärna ut den här dåliga pojken och bara krossa den där saken framför dem. Sanningen sades, du skulle förmodligen bryta deras öratrummor innan glaset skulle krossas, men oavsett, på vilket sätt de är oförmögna.

Men på allvar, tack för att du tog dig tid att bygga mitt lilla projekt. Om du har feedback eller förbättringar som du vill att jag ska göra, meddela mig! Jag är mer än nere för att lyssna!

Och en sista gång …

Låt oss göra robotar!

Tvåa i ljudtävlingen 2018