Ultrasonic Smart Instrument: 4 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

วัตถุประสงค์

นี่คือเครื่องมือที่ใช้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกในการวัดระยะห่างของวัตถุ (ซึ่งอาจเป็นมือของคุณก็ได้) ด้วยสิ่งนี้ โน้ตจะถูกเลือกให้เล่น ในโหมดต่างๆ เครื่องดนตรีจะเล่นสิ่งต่าง ๆ อาจเป็นโน้ตตัวเดียว (สำหรับใช้เครื่องดนตรีเป็นเบส) หรือโน้ตหลายตัวตามลำดับ (สำหรับใช้เป็นเครื่องสังเคราะห์เสียง)

ฉันแนะนำให้คุณทำสิ่งนี้ก็ต่อเมื่อคุณมีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการบัดกรี

เครื่องมือ:

- เครื่องพิมพ์ 3D ที่มีพื้นที่การพิมพ์ขั้นต่ำ 12x8cm- เครื่องตัดเลเซอร์หรือเครื่อง CNC ที่มีพื้นที่ทำงานขั้นต่ำ 300x200mm- อุปกรณ์ขัด- ปืนกาวร้อน- หัวแร้ง- คีมปอกสายไฟ

วัสดุ:

- ไม้ (MDF) หนา 3 มม. ขนาดรวมที่ต้องการคือ 600x400 มม. แต่คุณสามารถตัดแต่ละส่วนออกจากไม้กระดานขนาดเล็กได้ ด้านต่ำสุดที่จำเป็นแล้วคือ 300x200 มม. (นี่คือขนาดภายนอกของชิ้นส่วนที่ต้องการ ดังนั้นโปรดทราบว่าภายนอกไม่ ต้องตัดทิ้งถ้าใช้วิธีนี้)

- ลำโพง (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 5W 8Ohms 93mm) คุณมักจะต้องแก้ไขขนาดของรูลำโพงเนื่องจากลำโพงไม่เหมือนกันทั้งหมด - Arduino (UNO)- สายดูปองท์ 20 และ 10 ซม. 22x 10 ซม. ตัวผู้ - ตัวผู้10x 20 ซม. ตัวผู้ - ตัวเมีย4 x 20 ซม. หญิง - หญิง (สาย 10 ซม.) (สาย 20 ซม.)

- ลวดประมาณ. 2x60 ซม. (หนา 2 มม. แต่นี่ไม่สำคัญขนาดนั้น)

- แหวนเฟอร์ไรต์ 2 วง (สำหรับลดเสียงรบกวน ไม่จำเป็นสำหรับฟังก์ชัน แต่แนะนำ)- 4 ปุ่ม (16 มม.) (ปุ่ม 16 มม.)

- แป้นเหยียบเปียโน 1 ชิ้น- LCD ขนาด 20x4 พร้อมอะแดปเตอร์ I2C (จอ LCD ขนาด 20x4 พร้อมอะแดปเตอร์ I2C)

- โมดูลเครื่องขยายเสียง TDA2030A (โมดูลเครื่องขยายเสียง TDA 2030)

- แหล่งพลังงาน Arduino 5V หรือตัดสาย usb เพื่อใช้กับ power bank- พอร์ตแจ็คเสียง 3.5 มม. (พอร์ตแจ็คเสียง 3.5 มม. (ไม่เหมือนกับที่ฉันใช้ทุกประการ)) (ตัวเลือกที่ 2)

- Heat Shrink tubing (2mm)(Heat Shrink tubing set)- เขียงหั่นขนมขนาดเล็ก (ตัวเลือกคุณสามารถบัดกรีสายไฟเข้าด้วยกันที่ฉันใช้สิ่งนี้) (Mini Breadboard)

กระบวนการออกแบบและประวัติศาสตร์

ฉันสร้างเครื่องมือนี้สำหรับโครงการโรงเรียน ฉันต้องออกแบบและสร้างวัตถุอัจฉริยะ หลังจากการระดมสมองกันเล็กน้อย ฉันก็เกิดไอเดียในการสร้างเครื่องดนตรีที่จะเล่นโน้ตหลายตัวเมื่อผู้ใช้เพิ่งให้เครื่องดนตรีชิ้นที่ 1

เมื่อฉันออกแบบเครื่องมือนี้ครั้งแรก มันดูแตกต่างออกไปเล็กน้อยและมีฟังก์ชันอื่นๆ อีกสองสามอย่างที่ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เกณฑ์แรกของฉันสำหรับเครื่องดนตรีนี้ว่าควรจะสามารถเล่นเสียงต่างๆ (เช่นเสียงเปียโนหรือกีตาร์) และเล่นคอร์ดได้ อย่างไรก็ตาม หลังจากแก้ไขเล็กน้อย ฉันไม่สามารถหาวิธีเล่นไฟล์เสียงจากการ์ด sd ได้ เสียงก็ยังเลอะเทอะ ดังนั้นในการทำซ้ำในภายหลัง ฉันตัดสินใจว่าเครื่องมือควรเล่นสัญญาณ PWM ซึ่งฟังดูดีเช่นกัน นี่คือจุดที่เปลี่ยนจากเปียโนที่มีเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกไปเป็น Theramin เวอร์ชันอัจฉริยะ

เมื่อตั้งโปรแกรมฟังก์ชันอื่นๆ สองสามรายการ ฉันรู้ว่าฉันไม่สามารถเล่นหลายโทนพร้อมกันด้วยลำโพงหนึ่งตัวภายในกรอบเวลาของโปรเจ็กต์นี้ ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจทำให้มันเป็นซินธิไซเซอร์ที่แทนที่จะเล่นหลายโทนพร้อมกัน ให้เล่นโน้ตสองสามตัวตามลำดับ

โครงการนี้เป็นครั้งแรกที่ฉันใช้เครื่องตัดเลเซอร์และต้องใช้ Adobe Illustrator ดังนั้นฉันจึงหวังว่าจะสามารถอธิบายงานของฉันได้ดีพอ

ขั้นตอนที่ 1: การประกอบส่วนประกอบ (ขั้นตอนการทดสอบ)

ก่อนที่เราจะสร้างสิ่งทั้งหมด เราควรทดสอบส่วนประกอบทั้งหมดของเราเพื่อให้ทุกอย่างทำงานได้

เริ่มต้นด้วยการบัดกรีสายไฟที่ต้องการบัดกรี เหล่านี้คือ:- ขั้วต่อแจ็คเสียง มี 2 สาย สายหนึ่งเป็นสายกราวด์และอีกสายหนึ่งเป็นสายสัญญาณ มีการเชื่อมต่อที่เป็นไปได้มากขึ้นเนื่องจากปลั๊กสเตอริโอมีสัญญาณ R และ L เราใช้เพียงอันเดียว วิธีเดียวในการตรวจสอบสิ่งที่คุณต้องการคือการทดสอบการเชื่อมต่อสายไฟทีละเส้นและดูว่าวงจรปิดอยู่หรือไม่ (คุณสามารถทดสอบสิ่งนี้ด้วยมัลติมิเตอร์)

- สายลำโพง 2 เส้น ขั้วบวกและขั้วลบ - สายบวกและลบบนปุ่มกด 4 ปุ่ม คุณสามารถเสียบปลายสายตัวผู้เข้ากับหมุดสัมผัสบนปุ่มได้ ใช้ท่อระบายความร้อนเพื่อป้องกันสายไฟเมื่อคุณบัดกรีเสร็จแล้ว

ตอนนี้ได้เวลาเชื่อมต่อสายไฟแล้ว ทำตามไดอะแกรมและภาพถ่ายเพื่อเชื่อมต่อสายไฟเข้ากับตำแหน่งที่ถูกต้อง

แหวนเฟอร์ไรต์เนื่องจากอาร์ดิโนไม่ได้ผลิตมาเพื่อเสียงจึงสามารถรับสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้ คุณสามารถเพิ่มวงแหวนเฟอร์ไรท์เข้ากับสายสัญญาณเสียงและสายลำโพงได้ ทำได้โดยการพันลวดรอบวงแหวนเฟอร์ไรท์ 2 หรือ 3 ครั้ง ซึ่งจะช่วยลดหรือขจัดเสียงฟู่ออกจากเครื่องดนตรีได้ทั้งหมด

(ตัวเลือกพลังงาน 1) แหล่งพลังงานภายนอกไม่ผ่าน Arduino เป็นทางเลือกในการเพิ่มพลังงานลงในวงจรโดยตรงแทนรางพอร์ตไฟ Arduino หากคุณต้องการสิ่งนี้ คุณควรเชื่อมต่อสายบวกและลบจากแหล่งพลังงานภายนอกกับสายบวกและลบบนเขียงหั่นขนม ควรมีสายจากด้านบวกบนเขียงหั่นขนมไปยังพิน Vin (อยู่นอกเหนือจากหมุด GND) บน Arduino และลวดจากด้านลบไปยังพิน GND บน Arduino (ตัวเลือกพลังงาน 2) พลังงานภายนอกที่เชื่อมต่อ ปลั๊กไฟ Arduino หากคุณต้องการใช้อะแดปเตอร์ที่เชื่อมต่อกับปลั๊กไฟ Arduino คุณควรเชื่อมต่อสายไฟจากพิน 5V ของ Arduino กับด้านบวกของเขียงหั่นขนมและสายจากพิน GND ไปด้านลบ

การอัปโหลดไฟล์ ตอนนี้เสียบ Arduino เข้ากับคอมพิวเตอร์ของคุณและอัปโหลดโปรแกรม โปรดทราบว่าคุณต้องใส่ code.ino และ pitches.h ลงในโฟลเดอร์ชื่อ code ใน arduino IDE (โปรแกรม) คุณต้องดาวน์โหลดไลบรารี่ต่อไปนี้หากคุณไม่มี: LiquidCrystal_I2C จาก Frank de BrabanderWire จาก adafruit (นี่ ควรสร้างไว้แล้ว)

ขั้นตอนที่ 2: การสร้างเคส

หากทุกอย่างทำงานได้ดี คุณสามารถสร้างเคสได้ การตัดด้วยเลเซอร์ / CNC (ดูวิดีโอ) ก่อนที่คุณจะเริ่มตัด คุณอาจต้องแก้ไขรูลำโพงให้พอดีกับลำโพงที่คุณมี ฉันมีลำโพงที่มีตะแกรงขนาดเล็กที่ใช้ 4 รูรอบรูลำโพง ดังนั้นแก้ไขสิ่งนี้ก่อนถ้าคุณต้องการ

เริ่มต้นด้วยการตัดไม้ด้วยเครื่องตัดเลเซอร์หรือเครื่อง CNC ไฟล์ที่จะใช้คือ Case_laser_cut.aiเมื่อคุณมีชิ้นส่วนแล้ว คุณสามารถทดสอบว่าใส่มันได้หรือไม่ ถ้าชิ้นใหญ่มาก ก็แค่ขัดมันเล็กน้อยจนเข้ากัน ตอนนี้คุณก็สามารถติดชิ้นไม้ด้วยกาวไม้ได้แล้ว คุณไม่ควรทากาวส่วนบน (แผ่นที่มีรู) เนื่องจากเราจำเป็นต้องใส่ชิ้นส่วนทั้งหมดเข้าไป และหากเกิดปัญหาขึ้นจะต้องสามารถเปิดกล่องได้ จำไว้ว่าคุณต้องขันทุกอย่างให้แน่นในขณะที่แห้ง (ทิ้งไว้ประมาณ 24 ชั่วโมงเพื่อให้แข็งตัวเต็มที่)

การพิมพ์ 3 มิติตอนนี้ คุณสามารถพิมพ์ตัวเรือน LCD และตัวอักษรสำหรับปุ่มด้านบน (Case LCD.stl และ letters.stl) ฉันขอแนะนำการตั้งค่าเหล่านี้:- เลเยอร์สูง 0.1 มม.- ความเร็ว 30 มม./วินาที สำหรับตัวอักษร และ 60 มม./วินาที สำหรับ LCD ตัวเรือน- ใช้พัดลมระบายความร้อนเป็นชั้นสำหรับเคส LCD เนื่องจากมีระยะยื่นมาก- ไม่จำเป็นต้องรองรับเมื่อพิมพ์เสร็จแล้ว ขัดขอบให้เรียบบ้าง และหาก LCD ไม่พอดี ให้ลองขัดเพิ่มเติม ควรจะพอดี เมื่อทำเคสเสร็จแล้วและพิมพ์ชิ้นส่วนต่างๆ ออกมาแล้ว คุณสามารถเริ่มประกอบทุกอย่างได้ ใส่จอ LCD ในกล่อง LCD และใส่ขั้วต่อแจ็คเสียงสำหรับคันเหยียบลงในรูที่ด้านหลัง ติดขั้วต่อ LCD และแจ็คให้เข้าที่. ตอนนี้ทากาวตัวเรือน LCD กับไม้ คุณสามารถทากาวที่ขอบปากที่ด้านล่างของกล่อง LCD ได้ ตอนนี้ติดตัวอักษรปุ่มที่ด้านบนของปุ่ม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลำโพงที่คุณมี คุณสามารถติดมันให้เข้าที่ มีลำโพงพร้อมตะแกรงขนาดเล็กที่ใช้ 4 รูรอบรูลำโพง ขึ้นอยู่กับว่าคุณแก้ไขรูลำโพงสำหรับลำโพงของคุณอย่างไร ขั้นตอนนี้อาจแตกต่างออกไปสำหรับคุณ กาวเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกเข้าที่โดยใช้ 2 รูที่ด้านล่าง คุณยังสามารถติดเขียงหั่นขนม Arduino และโมดูลเครื่องขยายเสียงเข้าที่ แต่นี่ไม่ใช่ความจำเป็น เชื่อมต่อทุกอย่างอีกครั้งและคุณทำเสร็จแล้ว เปิดเครื่องแล้วสนุกได้เลย!

ขั้นตอนที่ 3: ปัญหาและข้อจำกัดที่ทราบ

เครื่องมือนี้ไม่สมบูรณ์แบบ ก่อนอื่นมันเป็นของเล่น ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์! Arduino ไม่ได้ทำมาเพื่อใช้เป็นเครื่องมือ ดังนั้นอย่าคิดว่าเวลาจะถูกต้อง 100% เนื่องจากการทำงานในโค้ดมีความล่าช้า จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเครื่องมือนี้ด้วยจังหวะเวลาที่แม่นยำ - บางครั้งเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกมีข้อผิดพลาดซึ่งอาจส่งผลให้มีการเล่นโน้ตแบบสุ่มหรือเล่นโน้ตที่ไม่ถูกต้อง

- เมื่อใช้เครื่องมือนี้ ขอแนะนำให้ใช้วัตถุแบนๆ เช่น แผ่นกระดาษแข็งหรือไม้ ไว้เหนือเซนเซอร์ พื้นผิวโค้งสะท้อนสัญญาณจากเซ็นเซอร์ ส่งผลให้มีการเล่นโน้ตที่ไม่ถูกต้อง คุณสามารถใช้มือของคุณ แต่ถือให้แบนและมั่นคงเหนือเซ็นเซอร์ให้มากที่สุด - ไม่เปลี่ยนกลับจากปิดการเล่นอัตโนมัติเป็นเปิด สาเหตุเกิดจากข้อผิดพลาดในรหัสที่ฉันยังไม่พบ คุณสามารถแก้ไขได้โดยกดปุ่มเล่นอัตโนมัติและกดแป้นเหยียบพร้อมกัน หรือคุณสามารถปิดและเปิดใหม่อีกครั้ง

- แล็กเวลาเล่นโน้ต นี่เป็นเพราะว่าโค้ดใน Arduino ใช้เวลาสองสามมิลลิวินาที ซึ่งไม่สามารถลบออกได้ เนื่องจาก Arduino ไม่ได้สร้างมาเพื่อใช้ทำเครื่องดนตรี- รหัสบางตัวเป็นภาษาดัตช์ นั่นเป็นเพราะฉันเป็นชาวดัตช์และเป็นภาษาอังกฤษบ้าง คำไม่พอดีกับจอ LCD ฉันพยายามทำเป็นภาษาอังกฤษให้มากที่สุด

ขั้นตอนที่ 4: การปรับปรุง DIY

หลังจากสร้างสิ่งนี้ คุณยังทำไม่เสร็จ! คุณสามารถลองพัฒนาทักษะของคุณเองและเพิ่มคุณสมบัติให้กับสิ่งนี้ ซึ่งฉันไม่สามารถรวมเข้ากับกรอบเวลาที่ฉันมีได้ สิ่งที่คุณสามารถลอง:

- เพิ่มหลายเสียง- เล่นหลายโทนพร้อมกัน- เพิ่มลำโพงมากขึ้น- เพิ่มสไตล์มากขึ้น!- เพิ่มไฟ LED ที่เต้นไปกับเพลงของคุณ