Ultraschall-Smart-Instrument - Gunook

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

Zweck

Dies ist ein Instrument, das einen Ultraschallsensor verwendet, um die Entfernung eines Objekts (dies könnte Ihre Hand sein) zu messen. Damit wird eine Note zum Spielen ausgewählt, in verschiedenen Modi spielt das Instrument verschiedene Dinge. Dies kann eine einzelne Note (für die Verwendung des Instruments als Bass) oder mehrere aufeinander folgende Noten (für die Verwendung als Synthesizer) sein.

Ich empfehle Ihnen, dies nur zu tun, wenn Sie ein grundlegendes Verständnis von Elektronik und Löten haben.

Werkzeuge:

- 3D-Drucker mit einer Mindestdruckfläche von 12x8cm- Laserschneider oder CNC-Maschine mit einer Mindestarbeitsfläche von 300x200mm- Schleifausrüstung- Heißklebepistole- Lötkolben- Abisolierzange

Materialien:

- Holz (MDF) 3 mm dick Die benötigte Gesamtgröße beträgt 600 x 400 mm, aber Sie können jedes Teil aus kleineren Dielen schneiden, die erforderliche Mindestseite beträgt dann 300 x 200 mm (dies ist die Außenabmessung eines benötigten Teils müssen weggeschnitten werden, wenn Sie diese Methode verwenden)

- Lautsprecher (5W 8Ohm 93mm Außendurchmesser) müssen Sie höchstwahrscheinlich die Abmessungen des Lautsprecherlochs bearbeiten, da nicht alle Lautsprecher gleich sind - Arduino (UNO)- Dupont-Kabel 20 und 10 cm22x 10cm Stecker - Stecker10x 20cm Stecker - Buchse4 x 20cm weiblich - weiblich (10cm Kabel) (20cm Kabel)

- Draht ca. 2x60cm (2mm dick, aber das ist nicht so wichtig)

- 2 Ferritringe (zur Rauschunterdrückung, für die Funktion nicht notwendig, aber empfehlenswert) - 4 Knöpfe (16mm) (16mm Knöpfe)

- 1 Klavierpedal - 20x4 LCD mit I2C-Adapter (20x4 LCD inkl. I2C-Adapter)

- TDA2030A Audioverstärkermodul (TDA 2030 Audioverstärkermodul)

- Arduino-Stromquelle 5V oder abgeschnittenes USB-Kabel zur Verwendung mit einer Powerbank - 3,5-mm-Audio-Klinkenanschluss (3,5-mm-Audio-Klinkenanschluss (nicht genau der gleiche wie ich)) (2. Option)

- Schrumpfschlauch (2 mm) (Schrumpfschlauchset) - Kleines Steckbrett (optional können Sie die Drähte auch zusammenlöten, wo ich dieses verwende) (Mini-Steckbrett)

Designprozess und Geschichte

Ich habe dieses Instrument für ein Schulprojekt gemacht, ich musste ein intelligentes Objekt entwerfen und bauen. Nach ein wenig Brainstorming kam ich auf die Idee, ein Instrument zu bauen, das mehrere Noten spielen würde, wenn der Benutzer dem Instrument nur 1 gab.

Als ich dieses Instrument zum ersten Mal entwarf, sah es etwas anders aus und hatte ein paar andere Funktionen als das Endprodukt. Meine ersten Kriterien für dieses Instrument waren, dass es in der Lage sein sollte, verschiedene Klänge (wie einen Klavier- oder Gitarrenklang) zu spielen und Akkorde zu spielen. Nach ein paar Überarbeitungen konnte ich jedoch nicht herausfinden, wie man die Sounddateien von einer SD-Karte abspielt, der Sound wurde immer wieder durcheinander. In einer späteren Iteration habe ich beschlossen, dass das Instrument nur PWM-Signale abspielen sollte, die auch gut klingen. Dies ist der Punkt, an dem sich von einem Klavier mit Ultraschallsensor zu einer intelligenten Version eines Theramin entwickelt hat.

Bei der Programmierung einiger anderer Funktionen wurde mir klar, dass ich im Zeitrahmen dieses Projekts nicht in der Lage sein würde, mehrere Töne gleichzeitig mit einem Lautsprecher zu spielen. Also beschloss ich, es zu einem Synthesizer zu machen, der, anstatt mehrere Töne gleichzeitig zu spielen, ein paar Noten nacheinander spielte.

Bei diesem Projekt habe ich zum ersten Mal einen Laserschneider verwendet und musste Adobe Illustrator verwenden, daher hoffe ich, dass ich meine Arbeit gut genug erklären kann.

Schritt 1: Zusammenbau der Komponenten (Testphase)

Bevor wir das Ganze bauen, sollten wir alle unsere Komponenten testen, damit alles funktioniert.

Beginnen Sie mit dem Löten der Drähte, die gelötet werden müssen. Dies sind: - Der Audiobuchsenanschluss, dies sind 2 Drähte. Ein Draht ist die Masse und der andere ist ein Signaldraht. Es sind wahrscheinlich mehr Anschlüsse vorhanden, da ein Stereo-Klinkenstecker ein R- und L-Signal hat, wir verwenden nur einen. Die einzige Möglichkeit, zu überprüfen, welche Sie benötigen, besteht darin, den Draht einzeln zu verbinden und zu sehen, ob der Stromkreis geschlossen ist (Sie können dies mit einem Multimeter testen).

- 2 Drähte am Lautsprecher, positiv und negativ. - Die positiven und negativen Drähte an den 4 Druckknöpfen. Sie können das männliche Drahtende in die Kontaktstifte der Tasten einstecken. Verwenden Sie den Schrumpfschlauch, um die Drähte zu isolieren, wenn Sie mit dem Löten fertig sind

Jetzt ist es Zeit, die Drähte anzuschließen. Folgen Sie dem Diagramm und den Fotos, um die richtigen Drähte an die richtigen Stellen anzuschließen.

FerritringeDa das Arduino nicht für Audio ausgelegt ist, kann es elektromagnetische Störungen aufnehmen. Sie können dem Audiosignalkabel und dem Lautsprecherkabel einen Ferritring hinzufügen. Sie tun dies, indem Sie den Draht 2 oder 3 Mal um einen Ferritring wickeln. Dies sollte dazu beitragen, Zischgeräusche vom Instrument zu reduzieren oder vollständig zu entfernen.

(Stromoption 1) externe Stromquelle nicht durch ArduinoEs ist optional, Strom direkt in den Stromkreis hinzuzufügen, anstatt über den Arduino-Stromanschluss. Wenn Sie dies möchten, sollten Sie die positiven und negativen Drähte von der externen Stromquelle mit den positiven und negativen Leitungen auf dem Steckbrett verbinden. Es sollte ein Draht von der positiven Seite auf dem Steckbrett zum Vin-Pin (neben den GND-Pins) am Arduino und ein Draht von der negativen Seite zu einem GND-Pin am Arduino sein. (Stromoption 2) Externe Stromversorgung angeschlossen an Arduino-Steckdose Wenn Sie einen an die Arduino-Steckdose angeschlossenen Adapter verwenden möchten, sollten Sie einen Draht vom Arduino 5V-Pin an die positive Seite des Steckbretts und einen Draht von einem GND-Pin an die negative Seite anschließen

Hochladen der Dateien Stecken Sie nun das Arduino in Ihren Computer und laden Sie das Programm hoch. Beachten Sie, dass Sie code.ino und pitches.h in einem Ordner namens code ablegen müssen. In der Arduino-IDE (dem Programm) müssen Sie die folgenden Bibliotheken herunterladen, wenn Sie sie nicht haben: LiquidCrystal_I2C von Frank de BrabanderWire von adafruit (dieses einer sollte schon eingebaut sein)

Schritt 2: Den Fall herstellen

Wenn alles funktioniert, können Sie das Gehäuse herstellen. Laserschneiden / CNC (siehe Video) Bevor Sie mit dem Schneiden beginnen, müssen Sie möglicherweise die Lautsprecherlöcher bearbeiten, um sie an Ihren Lautsprecher anzupassen. Ich habe einen Lautsprecher mit einem kleinen Grill, der die 4 Löcher um das Lautsprecherloch herum verwendet. Bearbeiten Sie dies also zuerst, wenn Sie es benötigen.

Beginnen Sie mit dem Schneiden des Holzes mit einem Laserschneider oder einer CNC-Maschine. Die zu verwendende Datei ist Case_laser_cut.aiSobald Sie die Teile haben, können Sie sie testen, wenn sie zu groß sind, schleifen Sie sie einfach ein wenig, bis sie zusammenpassen. Sie können nun die Holzstücke mit Holzleim zusammenkleben. Das Oberteil (die Planke mit Löchern) sollten Sie nicht verkleben, da wir alle Teile einlegen müssen und wir in der Lage sein müssen, das Gehäuse zu öffnen, wenn es ein Problem gibt. Denken Sie daran, dass Sie alles zusammenziehen, während es trocknet (lassen Sie es etwa 24 Stunden lang vollständig aushärten).

3D-Druck Jetzt können Sie das LCD-Gehäuse und die Buchstaben für die Tasten (Case LCD.stl und letter.stl) drucken. Ich empfehle diese Einstellungen: - Schichthöhe 0,1 mm - Geschwindigkeit 30 mm / s für die Buchstaben und 60 mm / s für die LCD Gehäuse- Verwenden Sie einen Schichtlüfter für das LCD-Gehäuse, da es viel Überhang hat- Unterstützung wird nicht benötigtWenn die Drucke fertig sind, schleifen Sie die Kanten, um sie etwas glatt zu machen, und wenn das LCD nicht passt, versuchen Sie es noch einmal zu schleifen, es sollte passen. Sobald das Gehäuse fertig ist und die Teile gedruckt sind, können Sie mit dem Zusammenbau beginnen. Setzen Sie das LCD in das LCD-Gehäuse und stecken Sie den Audio-Klinkenstecker für das Pedal in das Loch auf der Rückseite. Kleben Sie den LCD- und Klinkenstecker an Ort und Stelle. Kleben Sie nun das LCD-Gehäuse auf das Holz, Sie können den Kleber auf die Lippe an der Unterseite des LCD-Gehäuses auftragen. Kleben Sie nun die Tastenbuchstaben auf die Tasten einen Lautsprecher mit einem kleinen Gitter haben, das die 4 Löcher um das Lautsprecherloch herum verwendet. Abhängig davon, wie Sie das Lautsprecherloch für Ihren Lautsprecher bearbeitet haben, kann dieser Schritt für Sie unterschiedlich sein. Kleben Sie den Ultraschallsensor mit den 2 Löchern an der Unterseite an aber das ist nicht nötig. Alles wieder anschließen und fertig, Strom einschalten und genießen!

Schritt 3: Bekannte Probleme und Einschränkungen

Dieses Instrument ist nicht perfektZuallererst ist es ein Spielzeug, kein Produkt!Das Arduino ist nicht für die Verwendung als Instrument gedacht, also denken Sie nicht, dass das Timing zu 100% korrekt ist. Aufgrund von Verzögerungen bei Operationen im Code ist es unmöglich, dieses Instrument mit genauem Timing zu erstellen. - Manchmal weist der Ultraschallsensor eine Störung auf, die dazu führen kann, dass eine zufällige Note oder ungenaue Noten gespielt werden.

- Bei der Verwendung des Instruments empfehle ich, einen flachen Gegenstand wie ein Stück Pappe oder Holz über dem Sensor zu halten. Gekrümmte Oberflächen reflektieren die Signale des Sensors, so dass ungenaue Noten gespielt werden. Sie können Ihre Hand benutzen, aber halten Sie sie so flach und ruhig wie möglich über dem Sensor.- Nicht von Autoplay aus auf ein zurückschalten. Dies wird durch einen Fehler im Code verursacht, den ich noch nicht gefunden habe. Sie können es lösen, indem Sie die Autoplay-Taste drücken und gleichzeitig das Pedal drücken. Oder Sie können es aus- und wieder einschalten.

- Verzögerung beim Spielen einer Note, dies liegt daran, dass der Code im Arduino einige Millisekunden dauert, was unmöglich zu entfernen ist, da das Arduino nicht für den Instrumentenbau gemacht ist. - Einige Codes sind auf Niederländisch, weil ich Holländer und etwas Englisch bin Wörter passten nicht auf das LCD. Ich habe versucht, so viel wie möglich auf Englisch zu machen.

Schritt 4: DIY-Verbesserungen

Nachdem Sie dies erstellt haben, sind Sie noch nicht fertig! Sie können versuchen, Ihre eigenen Fähigkeiten zu verbessern und Funktionen hinzuzufügen, die ich in dem Zeitrahmen, den ich hatte, nicht integrieren konnte. Dinge, die Sie versuchen könnten:

- Mehrere Sounds hinzufügen - Mehrere Töne gleichzeitig spielen - Mehr Lautsprecher hinzufügen - Mehr Stile hinzufügen! - LEDs hinzufügen, die mit Ihrer Musik tanzen