Ein windgesteuertes MIDI-Instrument erstellen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Dieses Projekt wurde bei 'Creative Electronics' eingereicht, einem BEng Electronics Engineering Modul im 4. Jahr an der Universität von Málaga, Fakultät für Telekommunikation.

Die ursprüngliche Idee wurde vor langer Zeit geboren, weil mein Kumpel Alejandro mehr als die Hälfte seines Lebens damit verbracht hat, Flöte zu spielen. So fand er die Idee eines elektronischen Blasinstruments ansprechend. Dies ist also das Produkt unserer Zusammenarbeit; das Hauptaugenmerk dieser Herangehensweise lag auf einer ästhetisch nüchternen Konstruktion, ähnlich der einer Bassklarinette.

Demo:)

Lieferungen

• Ein Arduino-Board (wir haben den SAV MAKER I verwendet, basierend auf Arduino Leonardo).
• Ein Luftdrucksensor, der MP3V5010.
• Ein Dehnungsmessstreifen, der FSR07.
• Widerstände: 11 von 4K7, 1 von 3K9, 1 von 470K, 1 von 2M2, 1 von 100K.
• Ein Potentiometer von 200K.
• Ein Keramikkondensator von 33pF.
• Zwei Elektrolytkondensatoren von 10uF und 22uF.
• Ein LM2940.
• Ein LP2950.
• Ein LM324.
• Ein MCP23016.
• Eine Lochplatte von 30x20 Löchern.
• 30 Stiftleisten, sowohl weiblich als auch männlich (ein Geschlecht für den Arduino, das andere für das Cape).
• Ein Paar HD15-Stecker, sowohl männlich als auch weiblich (mit Lötkappen).
• Leihen Sie sich den Schrumpfschlauch und das Isolierband eines Freundes aus. Schwarz bevorzugt.
• Zwei 18650 Li-Ion Akkus und deren Akkuhalter.
• Ein Schalter.
• Ein Arduino-USB-Kabel.
• Mindestens 11 Tasten, wenn Sie ein hochwertiges Gefühl wünschen, verwenden Sie nicht unsere.
• Eine Art Gehäuse oder Fall. Ein Holzbrett von etwa einem Quadratmeter würde ausreichen.
• Ein halber Meter PVC-Schlauch, 32 mm außen.
• 67-Grad-PVC-Verbindung für das vorherige Rohr.
• Eine PVC-Reduzierung von 40 mm auf 32 mm (außen).
• Eine PVC-Reduzierung von 25 mm auf 20 mm (außen).
• Eine leere Flasche Betadine.
• Ein Altsaxophon-Mundstück.
• Ein Altsaxophonblatt.
• Eine Altsaxophon-Ligatur.
• Etwas Schaum.
• Viel Kabel (Audiokabel empfohlen, da es paarweise rot-schwarz geht).
• Einige Schrauben.
• Mattschwarzer Sprühlack.
• Matter Sprühlack.

Schritt 1: Körper

Als erstes wurde ein PVC-Rohr als Teil des Körpers ausgewählt. Sie können einen anderen Durchmesser wählen, obwohl wir einen Außendurchmesser von 32 mm und eine Länge von 40 cm empfehlen, da wir uns mit diesen Maßen wohl gefühlt haben.

Sobald Sie die Pfeife in die Hände bekommen, platzieren Sie ein Markierungslayout für die Tasten. Dies hängt von der Länge Ihrer Finger ab. Nun, wenn die Markierungen fertig sind, bohren Sie das entsprechende Loch für jeden Knopf. Wir empfehlen, mit einem dünnen Bohrer zu beginnen und das Loch mit zunehmendem Durchmesser des Bohrers zu vergrößern. Auch die Verwendung eines Stichels vor dem Bohren kann die Stabilität verbessern.

Sie sollten vier nicht angeschlossene Drähte einführen, um später das Manometer und den Luftdrucksensor anzuschließen; dieses Stück (der Korpus) und der Hals werden mit einem 67-Grad-Verbindungsrohr zusammengeklebt. Diese Pfeife wurde geschliffen und schwarz lackiert.

Um dieses Stück mit dem Fuß zu verbinden, haben wir eine PVC-Reduzierverbindung von 40 mm auf 32 mm (Außendurchmesser) verwendet. Zur Verstärkung der Verbindung wurden vier Holzschrauben hinzugefügt. Zwischen Repositionsgelenk und Körper haben wir einen Bohrer gemacht und eine breitere Schraube eingebracht, um Stabilität zu gewinnen. Wir empfehlen, die Rohre vor der Verkabelung zu bohren; andernfalls ist der Ruin gesichert.

Der nächste Schritt besteht darin, Drähte an die Anschlüsse der Taster zu löten, die Länge nach unten zu messen und eine zusätzliche Länge zu reservieren, um eine enge Verbindung zu vermeiden. Nachdem die Pfeife geschliffen und schwarz lackiert wurde (wir haben mattschwarze Sprühfarbe verwendet; geben Sie so viele Schichten auf, wie Sie möchten, bis sie unter Sonnenlicht schön aussieht), führen Sie die Knöpfe von oben nach unten ein und beschriften Sie jeden von ihnen. Wir empfehlen, für die Kabel zwei verschiedene Farben zu verwenden (z. B. schwarz und rot); Da sie alle an einem ihrer Pins mit Masse verbunden sind, haben wir das schwarze Kabel freigelassen und nur die roten Kabel beschriftet. Die Knöpfe wurden mit schwarzem Isolierband abgedeckt, damit sie dem Look entsprechen und gut sitzen, ohne herunterzufallen.

Löten Sie die HD15-Buchse (Lötbecher helfen sehr) mit dem im Diagramm von Schritt 4 vorgeschlagenen Layout (oder Ihrem eigenen) und verbinden Sie die Masse. Denken Sie daran, dass Schrumpfschläuche eine hohe Zuverlässigkeit gegen Kurzschlüsse bieten.

Schritt 2: Fußdesign

Die für dieses Design verwendete Schaltung ist im Grunde sehr einfach. Zwei Lithiumbatterien in Reihe speisen einen LDO (Low-Dropout) Spannungsregler, der 5V von seinem Ausgang an den Rest der Schaltung liefert. Die Operationsverstärker des LM324 dienen sowohl der Anpassung des Dynamikbereichs des Luftdrucksensors (MP3V5010, 0,2 bis 3,3 Volt) als auch des Verhaltens des Manometers (negativer variabler Widerstand) an die analogen Eingänge des Arduino-Boards (0 bis 5 Volt). So wird für den ersten ein Nicht-Inverter mit einstellbarer Verstärkung (1 < G < 3) und für den zweiten ein Spannungsteiler plus ein Folger verwendet. Diese sorgen für den adäquaten Spannungshub. Für weitere Details zu diesen Geräten klicken Sie hier und dort. Außerdem bietet der LP2950 eine Referenz für die 3,3 Volt, die dem MP3V5010 zugeführt werden müssen.

Jedes Modell der FSR-Serie (Force Sensing Resistor) reicht aus, und obwohl der 04 am schönsten ist, haben wir den 07 aufgrund von Lagerproblemen verwendet. Diese Sensoren ändern ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der aufgebrachten Biegekraft, und wir haben experimentell getestet, dass sie dies nicht tun, wenn sie entlang ihrer gesamten Oberfläche gedrückt werden. Dies war anfangs ein Fehler wegen der Stelle, an der wir das Stück ablegen wollten, aber die angenommene Lösung hat gute Arbeit geleistet und wird im vierten Schritt erklärt.

Einer der grundlegenden Teile des Boards ist der MCP23016. Dies ist ein 16-Bit-I2C-I/O-Expander, den wir für nützlich hielten, um die Komplexität des Codes (und möglicherweise der Verkabelung) zu verringern. Das Modul wird als schreibgeschütztes 2-Byte-Register verwendet; er erzeugt an seinem sechsten Pin einen Interrupt (erzwingt eine logische '0', daher wird ein Pull-up-Widerstand benötigt, um eine logische '1' zu setzen) an seinem sechsten Pin, wenn sich einer seiner Registerwerte ändert. Der Arduino ist so programmiert, dass er durch die Steigung dieses Signals ausgelöst wird; Danach fordert er die Daten an und dekodiert sie, um zu wissen, ob die Note gültig ist oder nicht, und wenn ja, speichert er sie und verwendet sie, um das nächste MIDI-Paket zu erstellen. Jeder der Knöpfe hat zwei Anschlüsse, die mit Masse bzw. mit einem Pull-Up-Widerstand (4,7K) auf 5 Volt verbunden sind. Daher wird beim Drücken eine logische „0“vom I2C-Gerät gelesen und eine logische „1“bedeutet freigegeben. Das RC-Paar (3,9K und 33p) konfiguriert seine interne Uhr; Pins 14 und 15 sind SCL- bzw. SDA-Signale. Die I2C-Adresse für dieses Gerät ist 0x20. Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt.

Das Anschlusslayout, das wir für die Verdrahtung des HD15-Steckers verwendet haben, ist natürlich nicht einzigartig. Wir haben dies so gemacht, weil es einfacher war, auf der von uns erstellten Leiterplatte zu routen, und der wichtige Punkt liegt darin, eine klare Liste der Knoten und der entsprechenden Schaltflächen zu führen. Unnötig zu sagen, aber ich werde; Tasten haben zwei Anschlüsse. Einer von ihnen (undeutlich) ist mit seinem entsprechenden Knoten am HD15-Anschluss verbunden, während der andere mit Masse verbunden ist. Somit teilen sich alle Tasten die gleiche Masse und sind mit nur einem Pin des HD15-Anschlusses verbunden. Das von uns bereitgestellte Bild ist die Rückansicht des Steckers, dh die Vorderansicht des Buchsenpaares. Löten Sie die Drähte sorgfältig, Sie möchten sie nicht falsch anschließen, vertrauen Sie uns.

Nur damit es klar ist, haben wir die Schaltung entworfen, damit das Arduino daran angeschlossen wird. Es sollte genug Platz sein, damit die Schaltung unter ihn passt, und so kann die Box kleiner als unsere sein. Das vorgeschlagene Gebäudelayout wird im Bild unten angeboten. Das Halterteil der Batterien haben wir mit Silikon auf das Innere der Box geklebt, das Cape an den Rändern gebohrt und mit Schrauben befestigt.

Um dieses Stück mit dem Körper zu verbinden, haben wir eine PVC-Reduzierverbindung von 40 mm auf 32 mm (Außendurchmesser) verwendet. Zur Verstärkung der Verbindung wurden vier Holzschrauben hinzugefügt. Zwischen Repositionsgelenk und Körper haben wir einen Bohrer gemacht und eine breitere Schraube eingebracht, um Stabilität zu gewinnen. Achten Sie darauf, die Drähte nicht zu beschädigen.

Schritt 3: Mundstückmontage

Dies ist wahrscheinlich der wichtigste Teil der Montage. Es basiert ausschließlich auf dem im ersten Bild gezeigten Diagramm. Das übergroße Teil ist groß genug, um in das 32 mm (äußere) PVC-Rohr zu passen.

Beim Entwerfen dieses Stücks (dem Hals) haben wir uns entschieden, eine Platine für die Montage des MP3V5010 zu verwenden, obwohl Sie dies ignorieren können. Laut PDF sind die verwendeten Klemmen 2 (3,3-Volt-Versorgung), 3 (Masse) und 4 (das elektrische Luftdrucksignal). Um eine Leiterplattenbestellung zu vermeiden, empfehlen wir daher, die unbenutzten Pins abzuschneiden und das Bauteil nach Abschluss der Verdrahtung auf das PVC-Rohr zu kleben. Dies ist der einfachste Weg, über den wir nachdenken können. Außerdem verfügt dieser Drucksensor über zwei Sensorknöpfe; Sie möchten einen von ihnen abdecken. Dies verbessert seine Reaktion. Wir taten es, indem wir ein winziges Metallstück in ein Schrumpfrohr einführten, das den Knopf bedeckte, und das Rohr aufheizte.

Das erste, was Sie tun möchten, ist, ein Stück mit einer konischen Form zu finden, das in das Luftdrucksensorrohr passt, wie im zweiten Bild gezeigt. Dies ist das gelbe Stück im vorherigen Diagramm. Mit Hilfe eines winzigen Bohrers oder einer schmalen Lötkolbenspitze ein schmales Loch an der Spitze des Kegels schnitzen. Testen Sie, ob es fest sitzt; Wenn nicht, vergrößern Sie den Durchmesser des Lochs, bis dies der Fall ist. Wenn dies abgeschlossen ist, möchten Sie ein Stück finden, das um das vorherige passt und es abdeckt, um den Luftstrom nach außen zu behindern. Tatsächlich möchten Sie bei jedem Schritt testen, dass keine Luft aus dem Gehäuse entweicht; Wenn dies der Fall ist, versuchen Sie, Silikon an den Fugen hinzuzufügen. Dies sollte das nächste Bild ergeben. Um es zu helfen, haben wir zu diesem Zweck eine Betadine-Flasche verwendet: Das gelbe Teil ist der innere Spender, während das Teil, das es bedeckt, die Kappe mit einem Schnitt am Kopf ist, um sie in eine Tubenform zu verwandeln. Der Schnitt erfolgte mit einem heißen Messer.

Das nächste Stück war eine PVC-Reduzierung von 25 (extern) auf 20 (intern). Dieses Stück passte gut in das bereits angeordnete Rohr, obwohl wir es schleifen und seine Wände kleben mussten, um den erwähnten Luftstrom zu behindern. Im Moment wollen wir, dass dies ein geschlossener Hohlraum ist. Im Diagramm ist dieses Stück, über das wir sprechen, das dunkelgraue, das direkt auf das gelbe folgt. Sobald dieses Stück hinzugefügt wurde, ist der Hals des Instruments fast fertig. Der nächste Schritt besteht darin, ein Stück aus dem PVC-Rohr mit 32 mm (Außen-) Durchmesser zu schneiden und ein Loch in dessen Mitte zu bohren, sodass die Drähte des Manometers herausgehen. Löten Sie die vier Drähte, die wir zuvor in Schritt 1 erwähnt haben, wie im nächsten Diagramm gezeigt, und kleben Sie den Hals an die abgewinkelte Verbindung (nachdem Sie ihn aus ästhetischen Gründen schwarz gestrichen haben).

Der letzte Schritt besteht darin, das Mundstück bequem abzudichten. Für diese Aufgabe verwendeten wir ein Altsaxophonblatt, schwarzes Isolierband und eine Ligatur. Das Manometer befand sich vor dem Anbringen des Bandes unter dem Blatt; die elektrischen Anschlüsse zum Messgerät wurden mit schwarzen Schrumpfschläuchen verstärkt. Dieses Stück ist so konzipiert, dass es herausgezogen werden kann, damit der Hohlraum nach längerem Spielen gereinigt werden kann. All dies ist auf den letzten beiden Bildern zu sehen.

Schritt 4: Software

Bitte laden Sie Virtual MIDI Piano Keyboard herunter und installieren Sie es, hier ist der Link.

Der logische Weg, diesen Schritt auszuführen, ist der folgende: Laden Sie zuerst die Arduino-Skizze in diesem Instructables herunter und laden Sie sie auf Ihr Arduino-Board. Starten Sie nun VMPK und überprüfen Sie bitte Ihre Einstellungen. Wie im ersten Bild gezeigt, sollte "Input MIDI Connection" Ihr Arduino-Board sein (in unserem Fall Arduino Leonardo). Wenn Sie Linux verwenden, müssen Sie nichts installieren. Stellen Sie einfach sicher, dass Ihre VPMK-Datei die in der zweiten Abbildung gezeigten Eigenschaften aufweist.

Schritt 5: Fehlerbehebung

Fall 1. Das System scheint nicht zu funktionieren. Wenn die LED des Arduino nicht leuchtet oder etwas dunkler als gewöhnlich ist, überprüfen Sie bitte, ob das System ordnungsgemäß mit Strom versorgt wird (siehe Fall 6).

Fall 2. Es scheint Rauch zu sein, weil etwas wie verbrannt riecht. Vermutlich liegt irgendwo ein Kurzschluss vor (Strom und Kabelbäume prüfen). Vielleicht sollten Sie (mit Vorsicht) jede Komponente berühren, um ihre Temperatur zu überprüfen; Wenn es heißer als gewöhnlich ist, keine Panik, sondern einfach ersetzen.

Fall 3. Arduino wird nicht erkannt (in der Arduino IDE). Laden Sie die bereitgestellten Skizzen erneut hoch. Wenn das Problem weiterhin besteht, stellen Sie sicher, dass das Arduino richtig an den Computer angeschlossen ist und die Arduino IDE-Einstellungen auf Standard gesetzt sind. Wenn nichts funktioniert, sollten Sie das Arduino ersetzen. In einigen Fällen kann es beim Hochladen der Skizze helfen, die Reset-Taste während des "Kompilierens" zu drücken und dann während des "Hochladens" loszulassen.

Fall 4. Einige Tasten scheinen nicht richtig zu funktionieren. Bitte isolieren Sie, welcher Schlüssel nicht funktioniert. Ein Durchgangstest kann sinnvoll sein, oder Sie können die mitgelieferte Skizze zum Testen der Tasten verwenden; der Pull-Up-Widerstand ist möglicherweise nicht richtig verlötet oder der Taster ist defekt. Wenn die Schlüssel in Ordnung sind, kontaktieren Sie uns bitte, um Ihre Probleme aufzudecken.

Fall 5. Ich kann keine Notiz zu VMPK erhalten. Bitte überprüfen Sie, ob das Arduino richtig an den Computer angeschlossen ist. Befolgen Sie dann auf VMPK die in Schritt 3 gezeigten Schritte. Wenn das Problem weiterhin besteht, führen Sie einen Tasten-Reset durch oder kontaktieren Sie uns.

Fall 6. Elektrischer Einschalttest. Führen Sie die nächsten Messungen durch: Nachdem Sie den Arduino vom Umhang entfernt haben, schalten Sie den Schalter ein. Legen Sie die schwarze Sonde auf den Erdungsstift (jeder reicht aus) und verwenden Sie die rote Sonde, um die Stromknoten zu überprüfen. Am Pluspol der Batterie sollte mindestens ein Spannungsabfall von 7,4 Volt vorhanden sein, ansonsten Batterien aufladen. Am Eingang des LM2940 sollte der gleiche Spannungsabfall vorhanden sein, wie im Schaltplan zu sehen. An seinem Ausgang muss ein Abfall von 5 Volt vorhanden sein; vom LM324 (Pin 4), dem MCP23016 (Pin 20) und dem LP2950 (Pin 3) wird der gleiche Wert erwartet. Der Ausgang des letzten sollte einen Wert von 3,3 Volt anzeigen.