Bucky Touch: Aufleuchtendes Dodekaeder-Instrument - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

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Vor etwa zwei Jahren baute ich eine große LED-Geodätekuppel mit 120 Flächen, die Musik über einen MIDI-Ausgang abspielt. Es war jedoch ein schwieriger Aufbau und die Sensoren waren nicht ganz zuverlässig. Ich beschloss, den Bucky Touch zu bauen, eine kleinere Version meiner geodätischen Kuppel, die einfacher zu konstruieren ist und über verbesserte kapazitive Berührungssensoren verfügt. Der Bucky Touch ist sowohl mit einem MIDI- als auch mit einem Audioausgang ausgestattet, sodass Sie entweder ein MIDI-Gerät (z.

Mein erster Prototyp in diesem Projekt war ähnlich, hat aber keine berührungsempfindlichen Gesichter und bietet stattdessen Breakout-Pins, die den Zugriff auf digitale I / O-Pins ermöglichen, einen TX-Pin (Senden), einen RX-Pin (Empfang) und einen Reset-Pin, und Erdungsstift. Diese Version habe ich Bucky Glow genannt. Die Pins ermöglichen es Ihnen, den Bucky Glow mit Sensoren (z. B. kapazitiver Berührung, Infrarot, Ultraschall), Motoren, MIDI-Buchsen und jeder anderen Elektronik zu verbinden, die Sie sich vorstellen können.

Dieses anweisbare geht durch die Montage des Bucky Touch, der im Vergleich zum Bucky Glow eher wie ein Musikinstrument ist.

Schritt 1: Lieferliste

Materialien:

1. Zwei Blätter 16 "x 12" 0,118" dickes MDF

2. Ein Blatt 12 "x 12" 0,118" dickes durchscheinendes weißes Plexiglas

3. WS2801 oder WS2811 Pixel LED Streifen (11 LEDs):

4. Arduino Nano:

5. Prototypenplatine

6. ITO (Indium Tin Oxide) beschichteter PET-Kunststoff - 100 mm x 200 mm

7. 11X 2MOhm Widerstände

8. 11X 1kOhm Widerstände

9. 10k Widerstand für Audioausgang

10. 2X 0.1uF Kondensatoren für Audioausgang

11. MIDI-Buchse:

12. Kippschalter:

13. Taster:

14. Stereo-Audiobuchse:

15. Kopfstifte

16. 2X M3-Muttern

17. 2X M3x12 Schrauben

18. Wire-Wrap-Draht

19. Klebeband

20. Löten

21. Isolierband

22. MIDI-zu-USB-Kabel, wenn Sie MIDI mit dem Computer spielen möchten

Werkzeuge:

1. Laserschneider

2. 3D-Drucker

3. Drahtschneider

4. Lötkolben

5. Schere

6. Inbusschlüssel

7. Heißklebepistole

8. Wire-Wrap-Tool

Schritt 2: Systemübersicht

Das Herzstück des Bucky Touch ist ein Arduino Nano. Der Daten-Pin und der Takt-Pin eines adressierbaren LED-Streifens WS2081 sind mit Pin A0 bzw. A1 verbunden. Jede Fläche des Dodekaeders verfügt über einen kapazitiven Berührungssensor, der mit einem 2,2-Mohm-Widerstand an das von Pin A2 kommende Sendesignal angeschlossen ist. Die Empfangspins sind A3, D2-D8 und D10-D12. Hier ist ein Link zu kapazitiven Berührungssensoren:

Der Bucky Touch hat sowohl einen MIDI-Ausgang als auch ein Mono-Audiosignal. Beide Signale werden in Schritt 6 besprochen. Der TX-Pin wird für MIDI verwendet und ein PWM-Signal von Pin 9 wird für das Audio verwendet. Um zwischen MIDI- und Mono-Ausgang umzuschalten, ist ein Kippschalter an Pin A3 angeschlossen.

Der Arduino ist so programmiert, dass er alle kapazitiven Berührungssensoren liest, um festzustellen, welche Fünfecktaste vom Benutzer gedrückt wird. Es gibt dann Signale aus, um die LEDs zu aktualisieren und einen Ton zu erzeugen, entweder MIDI- oder Mono-Audio, je nachdem, in welche Richtung der Kippschalter umgelegt wird.

Schritt 3: Entwerfen und Schneiden des Chassis

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Der Bucky Glow hat sowohl einen MIDI- als auch einen Mono-Audioausgang. Eine Überprüfung von MIDI und Arduino finden Sie unter diesem Link. Ich mag MIDI, weil es mit Arduino einfach einzurichten ist und Audio von unzähligen sauber klingenden Instrumenten mit einem Knopfdruck liefert. Der Nachteil ist, dass ein MIDI-Wiedergabegerät erforderlich ist, um die Signale zu decodieren und in ein Audiosignal umzuwandeln. Darüber hinaus erhalten Sie durch die Entwicklung eigener analoger Signale mehr Kontrolle und ein besseres Verständnis des tatsächlich erzeugten und über Lautsprecher wiedergegebenen Signals.

Das Erstellen analoger Audiosignale ist eine anspruchsvolle Arbeit, die Kenntnisse über Schwingkreise und komplexere Schaltungskonstruktionen erfordert. Ich begann mit dem Entwerfen von Oszillatoren für dieses Projekt und machte einige Fortschritte, als ich einen großartigen Artikel von Jon Thompson über das Erstellen komplexer Audiosignale mit einem einzigen PWM-Pin auf dem Arduino fand. Ich denke, dies war ein perfekter Mittelweg zwischen MIDI-Signalen und komplizierterem analogem Schaltungsdesign. Die Signale werden noch digital erzeugt, aber ich habe im Vergleich zum Bau eigener Schwingkreise viel Zeit gespart. Ich möchte dies noch einige Zeit versuchen, daher wäre ich über Vorschläge für gute Ressourcen sehr dankbar.

Jon erklärt, wie Sie mit einem einzigen Pin einen 2MHz 8-Bit-Digitalausgang erzeugen können, der nach Glättung durch einen Tiefpassfilter in ein analoges Audiosignal umgewandelt werden kann. Sein Artikel erklärt auch einige Grundlagen der Fourier-Analyse, die zum Verständnis komplexerer Wellenformen erforderlich ist. Anstelle eines reinen Tons können Sie diesen Ansatz verwenden, um interessantere Audiosignale zu erzeugen. Es funktioniert für mich bisher gut genug, aber ich denke, es gibt noch mehr Potenzial mit dieser Technik! Sehen Sie sich das obige Video an, um einen vorläufigen Test zum Umschalten zwischen Audio- und MIDI-Ausgabe zu erhalten.

Testen Sie den MIDI- und Audioausgang auf einem Steckbrett, bevor Sie mit dem Löten von Komponenten auf der Prototypenplatine fortfahren.

Schritt 7: Löten der Platine und Montage von Arduino

Sammeln Sie die Widerstände, Kondensatoren, Header-Pins und die Prototypenplatine. Zerlegen Sie die Prototypenplatine auf 50 mm x 34 mm. Fügen Sie die 10MOhm-Widerstände in der oberen linken Abdeckung hinzu, gefolgt von den Kopfstiften. Diese Header-Pins werden mit den kapazitiven Berührungssensoren verbunden. Fahren Sie mit dem Hinzufügen der Komponenten fort, indem Sie dem Schema des Bucky Touch folgen. Sie sollten Pins für das kapazitive Touch-Sendesignal, die elf kapazitiven Touch-Empfangssignale, das MIDI-Signal, das Audiosignal (aus Arduino und in die Mono-Stereobuchse), 5V und GND haben.

Ich entwarf eine benutzerdefinierte Halterung zum Halten der Arduino- und Prototypenplatine in der unteren Basis des Bucky Touch. 3D-Drucken Sie dieses Teil mit der bereitgestellten STL-Datei. Schieben Sie nun das Arduino Nano und die Prototypenplatine in die Halterung. Beachten Sie, dass die Pins des Arduino Nano nach oben zeigen müssen. Schieben Sie zwei M3-Muttern in die Halterung. Diese werden verwendet, um die Halterung mit der Basis des Bucky Touch zu verbinden.

Verwenden Sie Wire-Wrap-Draht, um Verbindungen zwischen dem Arduino und der Prototypenplatine herzustellen, wie im Schaltplan gezeigt. Verbinden Sie auch die kapazitiven Berührungsdrähte mit den Kopfstiften auf der Prototypenplatine.

Schritt 8: Zusammenbau der Basis

Schieben Sie die Midi-Buchse, die Audiobuchse und den Kippschalter mit den entsprechenden Löchern durch die Basisfläche. Sie können die Buchsen entweder einschrauben oder hinten einkleben. Für den Reset-Schalter müssen Sie ein kleines Quadrat herausschneiden, damit es bündig mit der Vorderseite des Gesichts abschließt. Löten Sie Wire-Wrap-Draht auf die Schalter, damit sie mit der Prototypenplatine und dem Arduino verbunden werden können.

Jetzt ist es an der Zeit, die Sockelwände mit dem Sockelboden zu verbinden. Schieben Sie jeweils eine Wand in die Sockelunterseite und die Sockelverbinderverbindungen (Teil G). Sie müssen die Wand mit größeren Kerben in die Seite schieben und dann die Wand nach unten drücken. Die Wand sollte einrasten. Nachdem Sie die Wände mit den Löchern für das Arduino verbunden haben, schieben Sie die Arduino / Prototyp-Platine in Position und verbinden Sie sie mit den M3x12-Schrauben. Möglicherweise müssen Sie an den M3-Muttern wackeln, bis sie in der richtigen Position sind.

Nachdem Sie alle Basisseiten verbunden haben, löten Sie die Klinkendrähte an die entsprechenden Pins. An dieser Stelle ist es eine gute Idee, die Audio- und MIDI-Signale mit dem hier bereitgestellten Code zu testen. Wenn es nicht funktioniert, überprüfen Sie Ihre Verbindungen, bevor Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren.

Schritt 9: Plexiglas leitfähig machen

Ich habe verschiedene Möglichkeiten ausprobiert, um das Plexiglas zu einem Schlüssel für das Instrument zu machen. In meinem geodätischen Kuppelprojekt habe ich IR-Sensoren verwendet, um zu erkennen, wann sich die Hand des Benutzers in der Nähe der Oberfläche befand. Sie waren jedoch aufgrund von IR-Strahlung der Umgebung, Übersprechen zwischen IR-Sensoren und ungenauen Messungen nicht zuverlässig. Für den Bucky Touch habe ich mir drei mögliche Lösungen überlegt: frequenzcodierte IR-Sensoren, Drucktasten und kapazitive Berührung. Die Drucktasten und frequenzcodierten IR-Sensoren funktionierten aufgrund von Problemen, über die ich auf meiner Hackaday-Seite spreche, nicht.

Die Herausforderung für den kapazitiven Berührungssensor besteht darin, dass das meiste leitfähige Material undurchsichtig ist, was für den Bucky Touch nicht funktionieren würde, da das Licht durch das Plexiglas gelangen muss. Dann entdeckte ich die Lösung: ITO-beschichteter Kunststoff! Sie können ein 200 mm x 100 mm großes Blatt von Adafruit für 10 Dollar kaufen.

Zuerst schneide ich den ITO-beschichteten Kunststoff in Streifen und klebte sie in einem "X" auf das Plexiglas. Stellen Sie sicher, dass die leitfähigen Seiten des Kunststoffs einander zugewandt sind. Überprüfen Sie den Widerstand mit einem Multimeter. Zuerst habe ich den Kunststoff gebogen und Kupfer mit Lötdrähten für die kapazitive Berührung verbunden. GROßER FEHLER: Verbiegen Sie den ITO-beschichteten Kunststoff nicht! Das Biegen des Kunststoffs unterbricht die Verbindung. Stattdessen klebte ich etwa einen Zoll Wire-Wrap-Draht auf den Kunststoff und das funktionierte großartig. Erinnern Sie sich an den Drahtwickeldraht aus Schritt 4, der durch die fünfeckige LED-Fläche geführt wurde? Jetzt ist es an der Zeit, sie für die kapazitiven Touch-Sensoren zu verwenden. Legen Sie den Draht frei und kleben Sie ihn auf den leitfähigen Kunststoff, der mit dem Plexiglas verbunden ist. Wiederholen Sie dies für alle 11 Plexiglasflächen.

Jetzt ist ein guter Zeitpunkt, um einige Tests durchzuführen, um sicherzustellen, dass Ihre Plexiglas-Gesichter als kapazitive Berührungssensoren funktionieren.

Schritt 10: Montage des Plexiglases

Fügen Sie die Gelenke (Teil E und F) an der Unterseite des Bucky Touch hinzu, die die Unterseite mit der gesamten Elektronik mit der Oberseite mit den LEDs verbinden. Schieben Sie dann die Pup-Joints (Part H) teilweise in die Bucky Touch-Wände, damit genügend Platz zum Einschieben des Plexiglases vorhanden ist. Das Plexiglas kann nur passen, wenn Sie die Pup-Joints nicht ganz hineindrücken, also seien Sie vorsichtig. Nachdem Sie alle 11 Plexiglasflächen platziert haben, drücken Sie die Welpengelenke vollständig ein, um die Plexiglasflächen zu verriegeln. Es sollte eng anliegen.

Wickeln und löten Sie das andere Ende der kapazitiven Berührungsdrähte an die entsprechenden Pins auf der Prototypenplatine und testen Sie Ihre kapazitiven Berührungssensoren erneut. Verbinden Sie abschließend Ober- und Unterteil mit den Gelenken (Teil E und F). Achten Sie darauf, nicht an irgendwelchen Drähten zu ziehen. Herzlichen Glückwunsch, der Bucky Touch ist fertig montiert!

Schritt 11: Ältere Prototypen

Zweiter Preis beim Audio Contest 2018