สร้างเครื่องมือ MIDI ที่ควบคุมด้วยลม: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

โครงการนี้ถูกส่งไปยัง 'Creative Electronics' ซึ่งเป็นโมดูลปีที่ 4 ของ BEng Electronics Engineering ที่มหาวิทยาลัยMálaga School of Telecommunications

แนวคิดดั้งเดิมนี้ถือกำเนิดขึ้นเมื่อนานมาแล้ว เนื่องจาก Alejandro เพื่อนของฉันใช้เวลามากกว่าครึ่งชีวิตในการเล่นขลุ่ย ดังนั้น เขาจึงพบว่าแนวคิดเกี่ยวกับเครื่องมือลมอิเล็กทรอนิกส์น่าสนใจ นี่คือผลงานของความร่วมมือของเรา จุดสนใจหลักของวิธีนี้คือเพื่อให้ได้โครงสร้างที่สวยงาม คล้ายกับคลาริเน็ตเบส

การสาธิต:)

เสบียง

• บอร์ด Arduino (เราใช้ SAV MAKER I จาก Arduino Leonardo)
• เซ็นเซอร์ความดันอากาศ MP3V5010
• เกจวัดความเครียด FSR07
• ตัวต้านทาน: 11 จาก 4K7, 1 จาก 3K9, 1 จาก 470K, 1 จาก 2M2, 1 จาก 100K
• หนึ่งโพเทนชิออมิเตอร์ 200K
• ตัวเก็บประจุเซรามิก 33pF หนึ่งตัว
• ตัวเก็บประจุไฟฟ้า 2 ตัวขนาด 10uF และ 22uF
• LM2940 หนึ่งตัว
• LP2950 หนึ่งคัน
• LM324 หนึ่งตัว
• หนึ่งMCP23016.
• แผ่นเจาะรูขนาด 30x20 รู 1 แผ่น
• ส่วนหัว 30 พิน ทั้งหญิงและชาย (เพศหนึ่งสำหรับ Arduino และอีกเพศสำหรับแหลม)
• ขั้วต่อ HD15 หนึ่งคู่ทั้งตัวผู้และตัวเมีย (พร้อมถ้วยบัดกรี)
• ยืมท่อหดความร้อนของเพื่อนและเทปแยก ชอบสีดำ.
• แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 18650 สองก้อนและที่ใส่แบตเตอรี่
• สวิตช์
• สายเคเบิล Arduino USB
• อย่างน้อย 11 ปุ่มถ้าคุณต้องการความรู้สึกที่มีคุณภาพอย่าใช้ของเรา
• ตู้หรือเคสบางชนิด แผ่นไม้ประมาณหนึ่งตารางเมตรก็เพียงพอแล้ว
• ท่อพีวีซีครึ่งเมตร ภายนอก 32 มม.
• ข้อต่อพีวีซี 67 องศาสำหรับท่อก่อนหน้า
• PVC ลดหนึ่งชิ้นจาก 40 มม. เป็น 32 มม. (ภายนอก)
• PVC ลดหนึ่งชิ้นจาก 25 มม. เป็น 20 มม. (ภายนอก)
• เบตาดีนขวดเปล่า.
• ปากเป่าอัลโตแซกโซโฟน.
• ลิ้นอัลโตแซกโซโฟน
• เอ็นอัลโตแซกโซโฟน
• โฟมบ้าง.
• สายไฟจำนวนมาก (แนะนำให้ใช้สายสัญญาณเสียง เนื่องจากมีสีแดง-ดำ)
• สกรูบางตัว
• สีสเปรย์สีดำด้าน
• สเปรย์เคลือบเงา.

ขั้นตอนที่ 1: ร่างกาย

อย่างแรกเลย เลือกท่อพีวีซีให้เป็นส่วนหนึ่งของร่างกาย คุณสามารถเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางอื่นได้ แม้ว่าเราจะแนะนำเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 32 มม. และความยาว 40 ซม. เนื่องจากเราสะดวกกับขนาดเหล่านี้

เมื่อคุณได้ท่อในมือแล้ว ให้วางเลย์เอาต์สำหรับปุ่มต่างๆ ขึ้นอยู่กับความยาวของนิ้วของคุณ ตอนนี้ เมื่อทำเครื่องหมายเสร็จแล้ว ให้เจาะรูที่เกี่ยวข้องสำหรับแต่ละปุ่ม เราแนะนำให้เริ่มด้วยดอกสว่านแบบบาง และรวบรูเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใช้สำหรับดอกสว่าน นอกจากนี้ การใช้บิวรินก่อนเจาะอาจช่วยเพิ่มความมั่นคงได้

คุณควรแนะนำสายไฟที่ไม่ได้เชื่อมต่อสี่เส้นเพื่อเชื่อมต่อมาตรวัดความดันและเซ็นเซอร์ความดันอากาศในภายหลัง ชิ้นนี้ (ตัว) และคอ ติดกันเป็นท่อร่วม 67 องศา ท่อนี้ถูกกระดาษทรายและทาสีดำ

เราใช้ข้อต่อลด PVC จาก 40 มม. เป็น 32 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก) ในการต่อชิ้นส่วนนี้กับเท้า เพิ่มสกรูไม้สี่ตัวเพื่อเสริมความแข็งแกร่งของทางแยก ระหว่างข้อต่อทดรอยกับตัวกล้อง เราได้เจาะและนำสกรูที่กว้างกว่าเข้ามาเพื่อให้มีความมั่นคง เราแนะนำให้เจาะท่อก่อนเดินสาย มิฉะนั้นจะรับประกันความพินาศ

ขั้นตอนต่อไปคือการบัดกรีสายไฟเข้ากับขั้วของปุ่มต่างๆ การวัดความยาวไปที่ด้านล่าง และสงวนความยาวเพิ่มเติมไว้เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้การเชื่อมต่อแน่น เมื่อท่อถูกกระดาษทรายและทาสีดำแล้ว (เราใช้สีสเปรย์สีดำด้าน ให้หลายชั้นเท่าที่คุณต้องการ จนกว่าจะดูดีภายใต้แสงแดด) ให้แนะนำปุ่มจากบนลงล่างโดยติดฉลากแต่ละอัน เราแนะนำให้ใช้สองสีที่ต่างกันสำหรับสาย (เช่น สีดำและสีแดง) เนื่องจากพวกเขาทั้งหมดเชื่อมต่อกับกราวด์บนหมุดตัวเดียว เราจึงปล่อยสายเคเบิลสีดำว่างไว้ และติดป้ายกำกับเฉพาะสายสีแดงเท่านั้น กระดุมปิดด้วยเทปแยกสีดำเพื่อให้เข้ากับรูปลักษณ์และสวมใส่ได้พอดีโดยไม่ล้ม

ขั้วต่อตัวเมียของ Solder HD15 (ถ้วยบัดกรีช่วยได้มาก) โดยใช้เลย์เอาต์ที่เสนอในไดอะแกรมของขั้นตอนที่ 4 (หรืออันของคุณเอง) และต่อสายดินเข้าด้วยกัน โปรดทราบว่าท่อหดด้วยความร้อนจะให้ความน่าเชื่อถืออย่างมากต่อการลัดวงจร

ขั้นตอนที่ 2: การออกแบบเท้า

วงจรที่ใช้สำหรับการออกแบบนี้มีพื้นฐานมาจากความเรียบง่าย แบตเตอรี่ลิเธียมสองก้อนในชุดป้อนตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LDO (low-dropout) ซึ่งจ่ายไฟ 5V จากเอาต์พุตไปยังส่วนที่เหลือของวงจร แอมพลิฟายเออร์ในการทำงานของ LM324 มีจุดประสงค์เพื่อปรับช่วงไดนามิกของเซ็นเซอร์ความดันอากาศ (MP3V5010, 0.2 ถึง 3.3 โวลต์) และพฤติกรรมของเกจวัดความดัน (ตัวต้านทานตัวแปรความชันเชิงลบ) กับอินพุตแบบอะนาล็อกของบอร์ด Arduino (0 ถึง 5 โวลต์) ดังนั้น เกนเนอร์แบบปรับได้ที่ไม่ใช่อินเวอร์เตอร์ (1 < G < 3) ถูกใช้สำหรับอันแรก และตัวแบ่งแรงดันไฟบวกกับผู้ติดตามสำหรับอันที่สอง สิ่งเหล่านี้ให้การแกว่งของแรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอ สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์เหล่านี้ คลิกที่นี่และที่นั่น นอกจากนี้ LP2950 ยังให้ข้อมูลอ้างอิงสำหรับแรงดันไฟ 3.3 โวลต์ที่จำเป็นต้องใช้กับ MP3V5010

ซีรีส์ FSR (ตัวต้านทานการตรวจจับแรง) รุ่นใดก็ได้ก็เพียงพอแล้ว และแม้ว่า 04 จะสวยที่สุด แต่เรากลับใช้ 07 เนื่องจากปัญหาเกี่ยวกับสต็อก เซ็นเซอร์เหล่านี้เปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าโดยขึ้นอยู่กับแรงดัดงอที่ใช้ และเราทดสอบในการทดลองว่าไม่เปลี่ยนเมื่อกดที่พื้นผิวทั้งหมด นี่เป็นความผิดพลาดในตอนแรกเนื่องจากสถานที่ที่เราจะวางชิ้นส่วน แต่วิธีแก้ปัญหาที่นำมาใช้นั้นทำงานได้ดีและจะอธิบายไว้ในขั้นตอนที่สี่

หนึ่งในองค์ประกอบพื้นฐานของบอร์ดนี้คือ MCP23016 นี่คือ I2C I/O Expander 16 บิตที่เราคิดว่ามีประโยชน์ในการลดความซับซ้อนของโค้ด โมดูลนี้ใช้เป็นรีจิสเตอร์ 2 ไบต์แบบอ่านอย่างเดียว มันสร้างการขัดจังหวะ (บังคับตรรกะ '0' และดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีตัวต้านทานแบบดึงขึ้นเพื่อตั้งค่าลอจิก '1') บนพินที่หกเมื่อค่ารีจิสเตอร์ใด ๆ เปลี่ยนแปลง Arduino ถูกตั้งโปรแกรมให้ทริกเกอร์โดยความชันของสัญญาณนี้ หลังจากเหตุการณ์นี้เกิดขึ้น เขาขอข้อมูลและถอดรหัสเพื่อให้ทราบว่าโน้ตนั้นถูกต้องหรือไม่ และหากเป็นเช่นนั้น เขาจะจัดเก็บและใช้เพื่อสร้างแพ็กเก็ต MIDI ถัดไป ปุ่มแต่ละปุ่มมีขั้วสองขั้ว เชื่อมต่อกับกราวด์และตัวต้านทานแบบดึงขึ้น (4.7K) ถึง 5 โวลต์ ตามลำดับ ดังนั้น เมื่อกด อุปกรณ์ I2C จะอ่านลอจิก '0' และตรรกะ '1' หมายถึงปล่อย คู่ RC (3.9K และ 33p) กำหนดค่านาฬิกาภายใน พิน 14 และ 15 เป็นสัญญาณ SCL และ SDA ตามลำดับ ที่อยู่ I2C สำหรับอุปกรณ์นี้คือ 0x20 ตรวจสอบแผ่นข้อมูลสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม

เลย์เอาต์การเชื่อมต่อที่เราใช้ในการเดินสายคอนเน็กเตอร์ HD15 นั้นแน่นอนว่าไม่ซ้ำกัน เราทำวิธีนี้เพราะง่ายกว่าในการกำหนดเส้นทางบน PCB ที่เราทำ และจุดสำคัญอยู่ที่การรักษารายการโหนดและปุ่มที่เกี่ยวข้องให้ชัดเจน ไม่จำเป็นต้องพูด แต่ฉันจะ; ปุ่มมีขั้วสองขั้ว หนึ่งในนั้น (ไม่ชัด) เชื่อมต่อกับโหนดตามลำดับบนตัวเชื่อมต่อ HD15 ในขณะที่อีกอันหนึ่งเชื่อมต่อกับกราวด์ ดังนั้น ปุ่มทั้งหมดจะใช้กราวด์เดียวกัน และเชื่อมต่อกับขั้วต่อ HD15 เพียงพินเดียว รูปภาพที่เรานำเสนอคือมุมมองด้านหลังของขั้วต่อตัวผู้ นั่นคือ มุมมองด้านหน้าของคู่เพศหญิง บัดกรีสายไฟอย่างระมัดระวัง คุณไม่ต้องการเชื่อมต่อผิด ไว้วางใจเรา

เพื่อให้ชัดเจน เราจึงออกแบบวงจรสำหรับ Arduino เพื่อเชื่อมต่อกับมัน ควรมีที่ว่างเพียงพอสำหรับวงจรให้พอดีกับด้านล่างของเขา และเพื่อให้กล่องมีขนาดเล็กกว่าของเรา แผนผังอาคารที่เสนอมีอยู่ในภาพด้านล่าง เราใช้ซิลิโคนเพื่อติดชิ้นส่วนที่ยึดแบตเตอรี่เข้ากับด้านในของกล่อง เจาะแหลมที่ขอบของมัน และใช้สกรูเพื่อยึดด้วยวิธีนี้

เราใช้ข้อต่อลด PVC จาก 40 มม. เป็น 32 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก) เพื่อเชื่อมชิ้นส่วนนี้กับตัวเครื่อง เพิ่มสกรูไม้สี่ตัวเพื่อเสริมความแข็งแกร่งของทางแยก ระหว่างข้อต่อทดรอยกับตัวกล้อง เราได้เจาะและนำสกรูที่กว้างกว่าเข้ามาเพื่อให้มีความมั่นคง ระวังอย่าให้สายไฟเสียหาย

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบหลอดเป่า

นี่อาจเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของการชุมนุม เป็นไปตามแผนภาพที่แสดงในภาพแรกเท่านั้น ชิ้นส่วนขนาดใหญ่พิเศษสามารถใส่ลงในท่อพีวีซีขนาด 32 มม. (ภายนอก) ได้

เมื่อออกแบบชิ้นส่วนนี้ (ส่วนคอ) เราตัดสินใจใช้ PCB เพื่อติดตั้ง MP3V5010 แม้ว่าคุณจะมองข้ามมันไปได้ ตาม PDF เทอร์มินัลที่ใช้คือ 2 (การจ่าย 3.3 โวลต์) 3 (กราวด์) และ 4 (สัญญาณไฟฟ้าแรงดันอากาศ) ดังนั้น เพื่อหลีกเลี่ยงการสั่งซื้อ PCB สำหรับเรื่องนี้ เราขอแนะนำให้คุณตัดหมุดที่ไม่ได้ใช้ออก และติดส่วนประกอบเข้ากับท่อพีวีซีเมื่อเดินสายเสร็จแล้ว นี่เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดที่เราคิดได้ นอกจากนี้ เซ็นเซอร์ความดันนี้มีปุ่มสัมผัสสองปุ่ม คุณต้องการครอบคลุมหนึ่งในนั้น สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงการตอบสนอง เราทำโดยการใส่ชิ้นส่วนโลหะเล็กๆ เข้าไปในท่อหดด้วยความร้อน หุ้มปุ่มนี้ และทำให้ท่อร้อนขึ้น

สิ่งแรกที่คุณต้องทำคือหาชิ้นส่วนที่มีรูปทรงกรวยที่สามารถใส่ลงในท่อเซ็นเซอร์ความดันอากาศได้ดังแสดงในภาพที่สอง นี่คือชิ้นส่วนสีเหลืองในแผนภาพก่อนหน้า ใช้สว่านขนาดเล็กหรือปลายหัวแร้งแบบบาง เจาะรูแคบๆ ที่ยอดกรวย ทดสอบว่าแน่นหรือไม่ ถ้าไม่เช่นนั้น ให้ขยายเส้นผ่านศูนย์กลางของรูต่อไปจนกว่าจะโต เมื่อเสร็จแล้ว คุณต้องการหาชิ้นส่วนที่พอดีกับชิ้นก่อนหน้า ที่ปิดไว้เพื่อขัดขวางการไหลของอากาศออกสู่ภายนอก อันที่จริง คุณต้องการทดสอบในทุกขั้นตอนที่คุณทำว่าอากาศไม่ได้หลุดออกจากตัวเครื่อง ถ้าใช่ให้ลองเพิ่มซิลิโคนที่ข้อต่อ ซึ่งจะส่งผลให้ภาพถัดไป วิธีนี้ช่วยได้ เราใช้ขวดเบตาดีนเพื่อจุดประสงค์นี้: ชิ้นสีเหลืองคือที่จ่ายยาภายใน ส่วนขวดที่ปิดฝาคือหมวกที่มีการตัดที่หัวเพื่อแปลงเป็นรูปทรงท่อ ตัดด้วยมีดร้อน

ชิ้นต่อไปลด PVC จาก 25 (ภายนอก) เป็น 20 (ภายใน) ชิ้นนี้พอดีกับท่อที่จัดไว้แล้วอย่างดี แม้ว่าเราจะต้องใช้กระดาษทรายและทากาวที่ผนังเพื่อขัดขวางการไหลของอากาศที่กล่าวถึง สำหรับตอนนี้เราต้องการให้เป็นช่องปิด ในแผนภาพ ชิ้นนี้ที่เราพูดถึงคือสีเทาเข้มที่ตามหลังสีเหลืองโดยตรง เมื่อเพิ่มส่วนนี้เข้าไปแล้ว คอของเครื่องดนตรีก็เกือบจะเสร็จแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการตัดชิ้นส่วนจากท่อพีวีซีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 32 มม. (ภายนอก) แล้วเจาะรูตรงกลางเพื่อให้สายไฟของเกจวัดแรงดันหลุดออก บัดกรีสายไฟสี่เส้นที่เรากล่าวถึงก่อนหน้านี้ในขั้นตอนที่ 1 ตามที่แสดงในแผนภาพถัดไป และติดกาวที่จุดต่อที่ทำมุม (หลังจากทาสีดำแล้ว เพื่อความสวยงาม)

ขั้นตอนสุดท้ายคือการปิดผนึกปากเป่าให้สะดวก เพื่อให้งานนี้สำเร็จลุล่วง เราใช้กกอัลโตแซ็กซ์ เทปฉนวนสีดำ และสายรัด เกจวัดความดันอยู่ใต้กก ก่อนติดเทป การเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับเกจเสริมด้วยท่อหดความร้อนสีดำ ชิ้นนี้ออกแบบมาให้แยกออกมาเพื่อให้สามารถทำความสะอาดโพรงได้หลังจากเล่นไประยะหนึ่ง ทั้งหมดนี้สามารถเห็นได้ในสองภาพสุดท้าย

ขั้นตอนที่ 4: ซอฟต์แวร์

โปรดดาวน์โหลดและติดตั้ง Virtual MIDI Piano Keyboard นี่คือลิงค์

วิธีที่สมเหตุสมผลในการดำเนินการขั้นตอนนี้มีดังต่อไปนี้: ขั้นแรกให้ดาวน์โหลด Arduino Sketch ที่ให้ไว้ใน Instructables นี้ และโหลดลงในบอร์ด Arduino ของคุณ ตอนนี้ เปิด VMPK และตรวจสอบการตั้งค่าของคุณ ดังที่แสดงในภาพแรก 'การเชื่อมต่ออินพุต MIDI' ควรเป็นบอร์ด Arduino ของคุณ (ในกรณีของเราคือ Arduino Leonardo) หากคุณใช้ Linux คุณไม่จำเป็นต้องติดตั้งอะไร เพียงตรวจสอบให้แน่ใจว่าไฟล์ VPMK ของคุณมีคุณสมบัติดังแสดงในรูปที่สอง

ขั้นตอนที่ 5: การแก้ไขปัญหา

กรณีที่ 1 ระบบดูเหมือนจะไม่ทำงาน หากไฟ LED ของ Arduino ไม่สว่างขึ้นหรือมืดกว่าปกติเล็กน้อย โปรดตรวจสอบว่าระบบได้รับพลังงานอย่างเหมาะสม (ดูกรณีที่ 6)

กรณีที่ 2 ดูเหมือนว่าจะมีควันเพราะมีกลิ่นเหม็นไหม้ อาจมีไฟฟ้าลัดวงจรอยู่ที่ไหนสักแห่ง (ตรวจสอบสายไฟและชุดสายไฟ) บางทีคุณควรสัมผัส (ด้วยความระมัดระวัง) แต่ละส่วนประกอบเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิ ถ้าร้อนกว่าปกติ ไม่ต้องตกใจ แค่เปลี่ยน

กรณีที่ 3 ไม่รู้จัก Arduino (ใน Arduino IDE) อัปโหลดภาพสเก็ตช์ที่ให้มาอีกครั้ง หากปัญหายังคงอยู่ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ต่อ Arduino เข้ากับคอมพิวเตอร์อย่างถูกต้อง และการตั้งค่า Arduino IDE ถูกตั้งค่าเป็นค่าเริ่มต้น หากไม่ได้ผล ให้ลองเปลี่ยน Arduino ในบางกรณี การกดปุ่มรีเซ็ตขณะ "คอมไพล์" แล้วปล่อยขณะ "อัปโหลด" สามารถช่วยอัปโหลดภาพสเก็ตช์ได้

กรณีที่ 4. ดูเหมือนว่าคีย์บางตัวทำงานผิดปกติ โปรดแยกคีย์ที่ใช้ไม่ได้ การทดสอบความต่อเนื่องอาจเป็นประโยชน์ หรือคุณสามารถใช้ภาพร่างที่ให้มาเพื่อทดสอบปุ่มต่างๆ ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นอาจบัดกรีไม่ถูกต้องหรือปุ่มทำงานผิดปกติ หากกุญแจไม่เป็นไร โปรดติดต่อเราเพื่อแจ้งปัญหาของคุณ

กรณีที่ 5. ฉันไม่สามารถรับบันทึกใด ๆ บน VMPK โปรดตรวจสอบว่าต่อ Arduino เข้ากับคอมพิวเตอร์อย่างถูกต้อง จากนั้นบน VMPK ให้ทำตามขั้นตอนที่แสดงในขั้นตอนที่ 3 หากปัญหายังคงอยู่ ให้ทำการรีเซ็ตปุ่มหรือติดต่อเรา

กรณีที่ 6. การทดสอบการเปิดเครื่องด้วยไฟฟ้า ทำการวัดครั้งต่อไป: หลังจากถอด Arduino ออกจาก Cape แล้ว ให้เปิดสวิตช์ วางโพรบสีดำบนพินกราวด์ (ใครก็ได้ที่เพียงพอ) และใช้โพรบสีแดงเพื่อตรวจสอบโหนดกำลัง ที่ขั้วบวกของแบตเตอรี่ควรมีแรงดันไฟตกอย่างน้อย 7.4 โวลต์ มิฉะนั้น ให้ชาร์จแบตเตอรี่ ควรมีแรงดันตกที่อินพุตของ LM2940 ดังที่เห็นในแผนผัง ที่เอาต์พุตต้องมีการดรอป 5 โวลต์ คาดว่าค่าเดียวกันจาก LM324 (พิน 4), MCP23016 (พิน 20) และ LP2950 (พิน 3) เอาต์พุตสุดท้ายควรแสดงค่า 3.3 โวลต์