Sonifikation von Biodaten: 36 Schritte

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

Generieren Sie MIDI-Noten basierend auf Änderungen der galvanischen Leitfähigkeit über zwei Sonden.

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Schritt 1: Lötfreies Steckbrett

Ein Schlüsselwerkzeug beim Experimentieren mit Elektronik ist das Soldless Breadboard. Das Breadboard ermöglicht es Benutzern, Komponenten einfach miteinander zu verbinden und neu zu konfigurieren, und ermöglicht es Neulingen in der Elektronik und erfahrenen Ingenieuren, Prototypen zu entwerfen und elektronische Systeme einfach zu verbinden.

Steckbretter haben eine Reihe von Löchern, die elektrisch verbunden sind. Horizontale Reihen verlaufen über das Steckbrett in Klemmenleisten von 5 verbundenen Punktpunkten und sind mit den Buchstaben abcde und fghij gekennzeichnet. Eine große Unterteilung in der Mitte des Steckbretts trennt die horizontalen Reihen, dies erleichtert die Verwendung von Dual Inline Package (DIP)-Mikrochips. An den Seiten des Steckbretts befinden sich vertikale Lochreihen, die normalerweise mit roten und blauen Linien markiert sind. Diese vertikalen Säulen werden am häufigsten für Stromanschlüsse (positive Spannung und Masse) verwendet und werden als „Bus“bezeichnet. Wir werden alle unsere positiven und Masseverbindungen an diese Busse auf jeder Seite des Steckbretts anschließen. In einem späteren Schritt werden wir die Masse und die positiven Busse auf jeder Seite des Steckbretts zusammenbinden.

Um zwei elektronische Komponenten zu "verbinden", legen wir einfach die Leitungen (oder "Beine") der Teile in benachbarte horizontale Löcher. Dies ermöglicht einem Benutzer, mehrere Komponenten miteinander zu verbinden, indem jede horizontale Reihe von 5 Punkten verwendet wird.

Schritt 2: 555 Timer einfügen

Der 555-Timer ist ein 8-poliger DIP-Mikrochip, den wir als astabilen Multivibrator konfigurieren werden, der die elektrische Leitfähigkeit messen kann. Richten Sie den Chip so aus, dass Pin 1 oben ist - Sie sehen einen kleinen Kreis in der Nähe von Pin 1 auf dem Chip, siehe auch das Diagramm, das jeden der Pins auf dem 555 Timer identifiziert.

Platzieren Sie den 555-Timer unten auf dem Steckbrett. Das Steckbrett ist mit einer Lücke in der Mitte angeordnet, der Mikrochip sollte sich über diese Lücke spannen. Die Reihen des Steckbretts sind nummeriert, wir werden den 555-Timer in die Reihen 27, 28, 29 und 30 einfügen, mit Pin 1 in Reihe 27.

Schritt 3: Pin 1 an Masse

Verbinden Sie den 555 Pin 1 mit Masse und fügen Sie ein Überbrückungskabel von Zeile 27 Spalte A zum Massebus hinzu.

Schritt 4: Timing-Kondensator C1

Schließen Sie den Timing-Kondensator C1 (0,0042uF) zwischen Pin 1 und Pin 2 des 555 Timers an. Setzen Sie den kleinen blauen Kondensator in die Reihen 27 und 28 in Spalte B ein.

Dieser Kondensator legt den Gesamtfrequenzbereich des Timers fest. Hier verwenden wir einen sehr kleinen Wert, um die höchste Auflösung der Impulse aus dem 555 zu erhalten, wenn wir Schwankungen der elektrischen Kapazität über die beiden Sonden messen.

Schritt 5: Entkopplungskondensator C2

Verbinden Sie den Hochfrequenz-Entkopplungskondensator C2 (1uF) zwischen Plus und Masse des 555 Timers, Pins 1 und 8 in Reihe 27, Spalte D und G.

Es kann hilfreich sein, die Beine des Kondensators für einen besseren Sitz auf dem Steckbrett zuzuschneiden, aber achten Sie darauf, dass die Beine genügend Platz lassen, um den Mikrochip zu überspannen und vollständig mit den Steckbrettbuchsen zu verbinden.

Schritt 6: Entkopplung des Elektrolytkondensators C3

Verbinden Sie den Niederfrequenz-Entkopplungs-Elektrolytkondensator C3 (41uF) über den Pluspol und die Masse des 555 Timers, Pins 1 und 8 in Reihe 27, Spalte C und H.

Beachten Sie, dass Elektrolytkondensatoren polarisiert sind und das negative Ende mit einem weißen Streifen an der Seite der Kappe gekennzeichnet ist; Stellen Sie sicher, dass die negative Seite des Kondensators zu Pin 1 (Masse) Spalte C und die positive Seite des Kondensators zu Pin 8 (Positiv) Spalte H geht.

Schritt 7: LED-Ausgang

Fügen Sie die rote LED dem Ausgangspin 3 des 555 Timer Row 29 Pin A und gegenüber dem Erdungsbus hinzu. Platzieren Sie die längere Leitung der LED (Anode) in Reihe 29 Spalte A, mit dem kürzeren Bein der LED in einem der Erdungsbuslöcher.

**- LEDs sind polarisiert und müssen lagerichtig eingesetzt werden. Der Kathodenschenkel (negativ) der LED ist an einer abgeflachten Kante an der Seite der LED und die positive Anode am längeren Schenkel zu erkennen. Die Polarität und Farbe der LED kann mit einer einfachen Knopfbatterie identifiziert werden. Wenn Sie die Batterie zwischen die LED-Leitungen schieben, sehen Sie entweder die LED leuchten oder nicht. Versuchen Sie, die Batterie in die andere Richtung zu drehen. Die LED leuchtet, wenn das Batterie + (breites flaches) Ende an die Anode (längeres Bein) und die Batterie - (kleinerer Knopf) an das Kathoden-Massebein angeschlossen ist. Schnappen Sie sich eine CR2032 3v Knopfbatterie und probieren Sie es aus!

Nachdem Sie im letzten Schritt alles zum Laufen gebracht haben, können Sie zurückkommen und die Beine der LED auf Wunsch trimmen.

HINWEIS: Unter normalen Umständen würde zwischen dem Ausgangspin und der LED ein Widerstand hinzugefügt. Um den Bau dieses Bausatzes zu vereinfachen, wurden die Strombegrenzungswiderstände weggelassen. Wir haben Widerstände für jede LED im Kit enthalten. Geänderte Anleitungen einschließlich Strombegrenzungswiderständen werden als Anhang bereitgestellt.

Schritt 8: Jumper 555 Trigger auf Threshold

Verbinden Sie ein Überbrückungskabel zwischen Pin 2 und Pin 6 des 555 Timer Row 28 Spalte D mit Row 29 Spalte G.

Damit werden der Schwellwert und die Trigger-Pins des 555-Timers befestigt, die den Eingangsanschluss für die Primärelektrode bilden.

Schritt 9: Jumper 555 auf V+. zurücksetzen

Verbinden Sie Pin 4 des 555 Timers mit dem positiven Bus mit einem Jumper-Draht Reihe 30 Spalte D mit dem positiven Bus

Verbinden Sie Pin 8 des 555-Timers mit dem positiven Bus mit einem Jumper-Draht Reihe 27 Spalte I mit dem positiven Bus

(Bild und Schritt für 555 VCC zu V+ hinzufügen)

Schritt 10: Widerstand R1 100K 555 Entladung zum positiven Bus

Verbinden Sie den Widerstand R1 (100k) zwischen Pin 7 des 555 und dem positiven Bus. Legen Sie eine Seite des Widerstands in Zeile 28 Spalte J und die andere Seite des Widerstands auf den positiven Bus.

Schritt 11: Sondeneingangsbuchse

Der Probe-Eingang ist eine 3,5-mm-Monobuchse, die über zwei gelötete Pins mit dem Steckbrett verbunden ist. Obwohl es sich um eine enge Stelle handelt, passen die an die Buchse gelöteten Kopfstifte in die Reihen 28 und 29, Spalte H.

Die Buchsen wurden mit Kopfstiften versehen, um dem Benutzer den Bau des Bausatzes zu erleichtern. Bitte beachten Sie, dass eine übermäßige Belastung der Buchse oder der Pins zu Schäden an der Lötverbindung führen kann. Wenn bei Ihrem Kit die Header-Pins nicht an die Buchse gelötet sind, finden Sie im Anhang Lötanweisungen für die Buchse und den Header.

Schritt 12: Positiver Bus-Jumper

Verbinden Sie den positiven Bus auf beiden Seiten des Steckbretts, indem Sie einen Überbrückungsdraht zwischen den höchsten Punkten auf dem linken und rechten (roten) Strombus einfügen.

Schritt 13: Erdungsbus-Jumper

Verbinden Sie den Erdungsbus auf beiden Seiten des Steckbretts, indem Sie einen Überbrückungsdraht zwischen den höchsten Punkten auf dem linken und rechten (blauen) Erdungsbus einfügen.

Schritt 14: Testen des Galvanometers

Jetzt können wir einige Batterien anschließen und das Galvanometer testen, das wir gerade aus dem 555 Timer gebaut haben.

Legen Sie 3 AA-Batterien in die schwarze Batteriebox ein und stellen Sie sicher, dass sich der Netzschalter an der Box in der Position „OFF“befindet. Verbinden Sie das rote Kabel des Batteriekastens mit dem positiven (roten) Bus des Breadboards, verbinden Sie das schwarze Kabel des Batteriekastens mit dem Breadboard Ground (blau) Bus. Schieben Sie nun den Netzschalter am Batteriekasten auf 'ON'. Die LED sollte leuchten und anzeigen, dass der 555-Timer eingeschaltet ist.

Befestigen Sie die weißen Elektrodenkabel (benutzen Sie noch nicht die Klebepads) an der 3,5-mm-Buchse, die mit dem Galvanometer verbunden ist. Durch Berühren der Metallknopfenden der Elektroden mit den Fingern können Sie das LED-Blitzen basierend auf Änderungen der Leitfähigkeit sehen. Durch leichtes Berühren der Elektroden kann der LED-Blitz langsam ein- und ausgeschaltet werden, durch starkes Drücken der Elektroden blinkt die LED sehr schnell und sieht so aus, als ob die LED weiterhin leuchtet oder leicht abgedunkelt wird.

Schritt 15: ATMEGA328 28pin DIP einsetzen

Ihr MIDIsprout-Kit wird mit einem vorprogrammierten ATMEGA328-Mikrocontroller geliefert, dessen Sicherungen auf 8 MHz des internen Oszillators eingestellt sind (Sicherungen: Low-E2 High-D9 Ext-FF) und mit der MIDIsprout-Firmware vorinstalliert ist. Dieser 28-Pin-DIP hat zwei parallele Reihen von 14 Pins.

Setzen Sie den 328p-Chip oben auf dem Steckbrett ein, wobei Sie Pin 1 durch den kleinen Kreis auf dem Chip identifizieren, in die Reihen 1 - 14, die den DIP über die Lücke in den Spalten E und F überspannen.

** Um einfach neu zu programmieren und zu experimentieren, ist es möglich, einen 16-MHz-Oszillator an den Pins 9 und 10 des Steckbretts hinzuzufügen und mit einem Arduino Uno-Board mit Modifikationen des MIDIsprout-Codes zu programmieren. Der ATMEGA328 kann auch über ICSP mit einem externen Programmierer (anderes Arduino) und einem Labyrinth von Jumper-Drähten neu programmiert werden;)

**Auch als Nachtrag kann das MIDIsprout-Kit mit den vorherigen Schritten zum Zusammenbau des Galvanometers gebaut werden, wobei das Steckbrett direkt an einem Arduino Uno befestigt ist! Bleiben Sie dran…

Als Referenz der Code, der in der aktuellen Version MIDIsprout vorinstalliert ist:

Arduino-Code:

Schritt 16: Schalten Sie den ATMEGA328 ein

Verbinden Sie den VCC-Pin des 328 mit dem positiven Bus mit einem Jumper zwischen Reihe 7 Spalte A und dem positiven Bus.

Schritt 17: Erden Sie den ATMEGA328

Verbinden Sie den Erdungsstift des 328 mit dem Erdungsbus, indem Sie einen Jumper zwischen Reihe 8 Spalte B und dem Erdungsbus verwenden.

Schritt 18: Stromversorgung des ATMEGA328 (analog)

Verbinden Sie den analogen Spannungsstift des 328 mit dem positiven Bus mit einem Jumper zwischen Reihe 9 Spalte J und dem positiven Bus.

Schritt 19: Erden Sie den ATMEGA328 (analog)

Verbinden Sie den Erdungsstift des 328 mit dem Erdungsbus, indem Sie einen Jumper zwischen Reihe 7 Spalte J und dem Erdungsbus verwenden.

Schritt 20: 555 Timer-Ausgang zum ATMEGA328-Eingang

Verbinden Sie den Ausgangspin des 555 Timers mit dem Eingangspin 4 des 328 mit einem Überbrückungsdraht zwischen 555 Timer Pin 3, Reihe 29, Spalte D und Reihe 4, Spalte D.

Hier löst der digitale Ausgang des 555 einen Interrupt-Pin am 328 aus, INT0, der die Pulsdauer misst und vergleicht.

Schritt 21: Knopf

Der mitgelieferte Knopf sollte vorbereitet werden, indem seine drei Beine vorsichtig gebogen werden (alle drei gleichzeitig biegen), damit der Knopf vertikal stehen kann. Setzen Sie den Knopf auf die linke Seite des Steckbretts in Spalte A, Reihen 19, 20 und 21.`

Schritt 22: Knopfwischer zum analogen Eingang ATMEGA328

Verbinden Sie den mittleren Stift des Knopfes mit dem Analogeingang (A0) des 328 mit einem Jumper-Kabel. Bringen Sie einen Jumper zwischen dem Knopf Reihe 20 Spalte E und 328 (A0-Pin) Reihe 6 Spalte G an.

Schritt 23: MIDI-Buchse

Stecken Sie die MIDI-Buchse in das Steckbrett. Bereiten Sie die Buchse vor, indem Sie die beiden spitzen Befestigungsstifte an der Vorderseite der MIDI-Buchse identifizieren und sie nach oben biegen, um die Vorderseite der MIDI-Buchse zu zeigen. Platzieren Sie die MIDI-Buchse auf der rechten Seite des Steckbretts, wobei die Buchse nach rechts zeigt. Stecken Sie die MIDI-Buchse in Spalte I und J, Reihen 18, 19, 21, 23 und 24. Die fünf MIDI-Buchsenstifte passen (passend) in das Steckbrett, achten Sie darauf, nicht zu stark zu drücken.

Schritt 24: MIDI-Daten-Pin zu ATMEGA328 Tx

Verbinden Sie den MIDI-Datenausgangs-Pin mit dem ATMEGA328-Serial Transmit (Tx)-Pin, indem Sie einen Jumper zwischen Spalte F Reihe 23 (MIDI-Daten-Pin 5) und Spalte B Reihe 3 (328 Tx) anbringen.

Schritt 25: MIDI-Leistungswiderstand zu V +

Schließen Sie einen Widerstand zwischen dem MIDI-Power-Pin (4) und V+ an, indem Sie einen 220-Ohm-Widerstand verwenden, der an Spalte H, Reihe 19 (MIDI-Strom) und den positiven Bus auf der rechten Seite der Platine angeschlossen ist.

Schritt 26: MIDI-Erdungsbrücke

Verbinden Sie den MIDI-Ground-Pin mit dem Ground-Bus, indem Sie ein Jumper-Kabel zwischen Spalte F, Reihe 21 (MIDI-Ground) und dem Ground-Bus verwenden.

Schritt 27: Positive Spannung des Knopfes

Verbinden Sie den positiven Spannungsstift des Knopfes mit dem positiven Bus, indem Sie eine Brücke zwischen Spalte D, Reihe 19 und dem positiven Bus verwenden.

Schritt 28: Knopf Ground

Verbinden Sie den Erdungsstift des Knopfes mit dem Erdungsbus, indem Sie einen Jumper zwischen Spalte D, Reihe 21 und dem Erdungsbus verwenden.

Schritt 29: LEDs (rot)

Im MIDIsprout befinden sich 5 farbige LEDs, die eine Lichtshow anzeigen und den Status der gespielten MIDI-Noten anzeigen.

Verbinden Sie die LED (rot) Anode - langes Bein mit Spalte A Reihe 5 und die LED-Kathode mit dem Massebus.

**- Der Einfachheit halber verzichten wir in diesem Build auf strombegrenzende Widerstände. Die Schritte zum Einschließen von Widerständen in die LEDs finden Sie im Anhang.

Schritt 30: LEDs (gelb)

Verbinden Sie die LED (gelb) Anode - langes Bein mit Spalte A Reihe 11 Verbinden Sie die LED (rot) Anode - langes Bein mit Spalte A Reihe 5 und die LED-Kathode mit dem Erdungsbus.und die LED-Kathode mit dem Erdungsbus.

Schritt 31: LEDs (grün)

Verbinden Sie die LED (grün) Anode - langes Bein mit Spalte A Reihe 12 und die LED-Kathode mit dem Massebus.

Schritt 32: LEDs (blau)

Verbinden Sie die LED (blau) Anode - langes Bein mit Spalte J Reihe 14 und die LED-Kathode mit dem Massebus.

Schritt 33: LEDs (weiß)

Verbinden Sie die LED (weiß) Anode - langes Bein mit Spalte J Reihe 13 und die LED-Kathode mit dem Massebus.

Schritt 34: 16MHz Quarzoszillator PlaceHolder

Der 16-MHz-Quarzoszillator sollte an den Pins 9 und 10 des ATMEGA328 Reihe 9 und 10 Spalte C hinzugefügt werden. Das Teil ist nicht polarisiert und der Quarz kann in jeder Ausrichtung in die Pins 9 und 10 eingesetzt werden.

Schritt 35: Batteriepack

Befestigen Sie den Akku am Steckbrett, indem Sie den roten Draht des Akkus in den positiven Spannungsbus des Steckbretts und den hinteren Draht in den Erdungsbus des Steckbretts legen. Legen Sie 3 AA-Batterien ein und schalten Sie die Batteriebox ein. Beim Einschalten sollte die LED des 555 Galvanometers aufleuchten.

Verbinden Sie die Elektrodenkabel mit der Buchse an der Unterseite des Steckbretts und berühren Sie die beiden Knopfenden der Kabel. Die Galvanometer-LED sollte als Reaktion auf die Leitfähigkeit Ihrer Finger blinken.

Schritt 36: Sonifikation von Biodaten

Wenn die Elektrodenkabel berührt oder mit Gelpads befestigt werden, erkennt das MIDIspout-Programm kleine Änderungen der Leitfähigkeit und stellt diese Änderungen als MIDI-Noten und bunte Lichter dar!

Durch Anschließen eines MIDI-Kabels an die MIDI-Buchse des Steckbretts kann das MIDIsprout-Kit an Synthesizer, Keyboards, Klangerzeuger und Computer angeschlossen werden, die MIDI unterstützen, um Klänge als Reaktion auf die MIDI-Noten zu erzeugen.

Durch Drehen des Reglers kann Threshold/Sensitivity des MIDIsprout eingestellt werden. Durch Herabsetzen des Schwellenwerts können kleinere Leitfähigkeitsschwankungen des Galvanometers erkannt werden; durch Erhöhen der Schwelle sind größere Änderungen erforderlich, um Noten zu erzeugen. Bei Langzeitinstallationen verwende ich eine niedrige Threshold-Einstellung, die einen angenehmen plätschernden MIDI-Datenstrom erzeugt. Bei öffentlichen interaktiven Veranstaltungen mit mehreren Pflanzen drehe ich die Schwelle ziemlich hoch, was dazu führt, dass MIDI-Noten nur dann erzeugt werden, wenn eine Person der Pflanze sehr nahe kommt oder sie physisch berührt.