Faça um instrumento MIDI controlado pelo vento: 5 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Este projeto foi submetido a 'Creative Electronics', um módulo do 4º ano de Engenharia Eletrônica da BEng na Escola de Telecomunicações da Universidade de Málaga.

A ideia original nasceu há muito tempo, porque meu companheiro, Alejandro, passou mais da metade da vida tocando flauta. Assim, ele achou atraente a ideia de um instrumento eletrônico de sopro. Portanto, este é o produto da nossa cooperação; o foco principal desta abordagem foi a obtenção de uma construção esteticamente sóbria, semelhante à de um clarinete baixo.

Demo:)

Suprimentos

• Uma placa Arduino (usamos o SAV MAKER I, baseado no Arduino Leonardo).
• Um sensor de pressão de ar, o MP3V5010.
• Um medidor de tensão, o FSR07.
• Resistores: 11 de 4 K7, 1 de 3 K 9, 1 de 470 K, 1 de 2M2, 1 de 100 K.
• Um potenciômetro de 200K.
• Um capacitor de cerâmica de 33pF.
• Dois capacitores eletrólicos de 10uF e 22uF.
• Um LM2940.
• One LP2950.
• Um LM324.
• Um MCP23016.
• Uma placa perfurada de 30x20 orifícios.
• 30 cabeçalhos de pinos, femininos e masculinos (um gênero para o Arduino, o outro para a capa).
• Um par de conectores HD15, macho e fêmea (com copos de solda).
• Pegue emprestado o tubo termorretrátil e a fita isolante de um amigo. Preto preferido.
• Duas baterias 18650 Li-ion e seu suporte de bateria.
• Uma troca.
• Um cabo USB Arduino.
• No mínimo, 11 botões, se você quiser uma sensação de qualidade, não use os nossos.
• Algum tipo de gabinete ou caixa. Uma prancha de madeira de cerca de um metro quadrado seria suficiente.
• Meio metro de tubo de PVC, externo de 32mm.
• Junta de PVC de 67 graus para o tubo anterior.
• Uma redução de PVC de 40 mm para 32 mm (externo).
• Uma redução de PVC de 25mm para 20mm (externo).
• Uma garrafa vazia de Betadine.
• Uma boquilha para saxofone alto.
• Uma palheta de saxofone alto.
• Uma ligadura de saxofone alto.
• Um pouco de espuma.
• Muito fio (fio de áudio recomendado, já que vai no par vermelho-preto).
• Alguns parafusos.
• Tinta spray preta fosca.
• Verniz spray mate.

Etapa 1: Corpo

Primeiramente, um tubo de PVC foi escolhido para fazer parte do corpo. Você pode selecionar outro diâmetro, embora recomendamos um diâmetro externo de 32 mm e um comprimento de 40 cm, pois nos sentimos confortáveis com essas dimensões.

Depois de ter o tubo em suas mãos, coloque um layout de marca para os botões. Isso depende do comprimento de seus dedos. Agora, com as marcações feitas, faça o furo correspondente para cada botão. Recomendamos começar com uma broca fina e escovar o orifício incrementando o diâmetro usado para a broca. Além disso, usar uma broca antes da broca pode melhorar a estabilidade.

Deve-se introduzir quatro fios desconectados para depois conectar o manômetro e o sensor de pressão do ar; esta peça (o corpo) e o pescoço são presos um ao outro por um tubo de união de 67 graus. Este cachimbo foi lixado e pintado de preto.

Para unir esta peça com o pé, utilizamos uma junta de redução de PVC de 40mm a 32mm (diâmetro externo). Quatro parafusos de madeira foram adicionados para fortalecer a junção. Entre a junta de redução e o corpo, fizemos uma broca e introduzimos um parafuso mais largo para ganhar estabilidade. Recomendamos furar os tubos antes da fiação; caso contrário, a ruína está garantida.

A próxima etapa é soldar os fios aos terminais dos botões, medindo o comprimento até a parte inferior e reservando um comprimento adicional para evitar que a conexão seja apertada. Uma vez que o cachimbo tenha sido lixado e pintado de preto (usamos tinta spray preta fosca; dê quantas camadas quiser, até que fique bem sob a luz do sol), introduza os botões de cima para baixo, rotulando cada um deles. Recomendamos o uso de duas cores diferentes para os cabos (por exemplo, preto e vermelho); como todos eles estão conectados ao aterramento em um de seus pinos, deixamos o cabo preto livre e rotulamos apenas os cabos vermelhos. Os botões foram cobertos com fita isolante preta para que combinassem com a aparência e se encaixassem perfeitamente sem cair.

Solde o conector HD15 fêmea (os copos de solda ajudam muito), utilizando o layout proposto no diagrama do passo 4 (ou o seu), e junte os fundamentos. Lembre-se de que a tubulação termorretrátil fornecerá uma forte confiabilidade contra curtos-circuitos.

Etapa 2: Design do pé

O circuito utilizado para este projeto é, em sua raiz, muito simples. Duas baterias de lítio em série alimentam um regulador de tensão LDO (baixa queda), que fornece 5 V de sua saída para o resto do circuito. Os amplificadores operacionais do LM324 servem ao propósito de adaptar a faixa dinâmica do sensor de pressão de ar (MP3V5010, 0,2 a 3,3 volts) e o comportamento do manômetro (resistor variável de inclinação negativa) para as entradas analógicas da placa Arduino (0 a 5 volts). Assim, um não inversor de ganho ajustável (1 <G <3) é usado para o primeiro, e um divisor de tensão mais um seguidor para o segundo. Eles fornecem a oscilação de tensão adequada. Para mais detalhes sobre esses dispositivos, clique aqui e ali. Além disso, o LP2950 fornece uma referência para os 3,3 volts que precisam ser fornecidos ao MP3V5010.

Qualquer modelo da série FSR (Force Sensing Resistor) será suficiente, e embora o 04 seja o mais bonito, usamos o 07 por causa de problemas de estoque. Esses sensores mudam sua resistência elétrica dependendo da força de flexão aplicada, e testamos experimentalmente que não mudam quando pressionados ao longo de toda a sua superfície. Este foi um erro inicialmente devido ao local em que íamos assentar a peça, mas a solução adotada funcionou bem e será explicada no quarto passo.

Uma das peças fundamentais do tabuleiro é o MCP23016. Este é um I2C I / O Expander de 16 bits que consideramos útil para diminuir a complexidade do código (e, talvez, a fiação). O módulo é usado como um registro de 2 bytes somente leitura; ele produz uma interrupção (força um '0' lógico e, portanto, um resistor pull-up é necessário para definir um '1' lógico) em seu sexto pino quando qualquer um de seus valores de registro muda. O Arduino está programado para ser acionado pela inclinação deste sinal; depois disso, ele solicita os dados e os decodifica para saber se a nota é válida ou não, e se é, ele a armazena e usa para construir o próximo pacote MIDI. Cada um dos botões possui dois terminais, conectados ao aterramento e a um resistor pull-up (4,7K) a 5 volts, respectivamente. Assim, quando é pressionado, um '0' lógico é lido pelo dispositivo I2C e um '1' lógico significa liberado. O par RC (3,9K e 33p) configura seu relógio interno; os pinos 14 e 15 são sinais SCL e SDA, respectivamente. O endereço I2C para este dispositivo é 0x20. Verifique a folha de dados para mais detalhes.

O layout de conexão que usamos para a fiação do conector HD15 não é, obviamente, o único. Fizemos assim porque era mais fácil rotear no PCB que construímos, e o importante é manter uma lista clara dos nós e seus respectivos botões. Desnecessário dizer, mas eu irei; os botões têm dois terminais. Um deles (indistintamente) é conectado ao seu respectivo nó no conector HD15, enquanto o outro é conectado ao aterramento. Assim, todos os botões compartilham o mesmo aterramento, e são conectados a apenas um pino do conector HD15. A imagem que fornecemos é a vista posterior do conector macho, ou seja, a vista frontal do par feminino. Solde os fios com cuidado, você não quer desconectá-los, confie em nós.

Para que fique claro, projetamos o circuito para o Arduino ser conectado a ele. Deve haver espaço suficiente para o circuito caber abaixo dele, e assim a caixa pode ser menor que a nossa. O layout do edifício proposto é apresentado na imagem abaixo. Usamos silicone para colar a peça de suporte das baterias no interior da caixa, perfuramos a capa nas bordas e usamos parafusos para fixá-la dessa forma.

Para a união desta peça com o corpo, foi utilizada uma junta de redução de PVC de 40mm a 32mm (diâmetro externo). Quatro parafusos de madeira foram adicionados para fortalecer a junção. Entre a junta de redução e o corpo, fizemos uma broca e introduzimos um parafuso mais largo para ganhar estabilidade. Tenha cuidado para não danificar os fios.

Etapa 3: montagem do bocal

Esta é provavelmente a parte mais importante da montagem. É puramente baseado no diagrama mostrado na primeira imagem. A parte superdimensionada é grande o suficiente para caber no tubo de PVC de 32 mm (externo).

Ao projetar esta peça (o pescoço), decidimos usar um PCB para montar o MP3V5010, embora você possa ignorá-lo. De acordo com o PDF, os terminais utilizados são 2 (alimentação de 3,3 volts), 3 (terra) e 4 (sinal elétrico da pressão do ar). Assim, a fim de evitar o pedido de uma placa de circuito impresso para este assunto, sugerimos que você corte os pinos não utilizados e cole o componente no tubo de PVC assim que a fiação for concluída. Esta é a maneira mais fácil em que poderíamos pensar. Além disso, este sensor de pressão possui dois botões de detecção; você deseja cobrir um deles. Isso melhora sua resposta. Fizemos isso introduzindo uma pequena peça de metal em um tubo termorretrátil, cobrindo o botão, e aquecendo o tubo.

A primeira coisa que se quer fazer é encontrar uma peça de formato cônico que caiba no tubo sensor de pressão do ar, como mostra a segunda imagem. Esta é a peça amarela no diagrama anterior. Com a ajuda de uma pequena broca ou de uma ponta fina de ferro de solda, faça um buraco estreito no topo do cone. Teste se ele está bem ajustado; se não, continue aumentando o diâmetro do orifício até que isso aconteça. Quando terminar, você deseja encontrar uma peça que se encaixe em torno da anterior, cobrindo-a de forma a impedir o fluxo de ar para fora. Na verdade, você deseja testar a cada passo que der se o ar não está escapando do invólucro; se isso acontecer, tente adicionar silicone nas juntas. Isso deve resultar na próxima imagem. Só para ajudar, usamos para isso um frasco de Betadine: a peça amarela é o dispensador interno, enquanto a peça que a cobre é a tampa com um corte na cabeça para transformá-la em tubo. O corte foi feito com faca quente.

A próxima peça foi uma redução de PVC de 25 (externo) para 20 (interno). Essa peça se encaixou perfeitamente no tubo já arranjado, embora tenhamos que lixar e colar suas paredes para impedir o fluxo de ar mencionado. Por enquanto, queremos que esta seja uma cavidade fechada. No diagrama, essa peça de que falamos é o cinza escuro que segue diretamente o amarelo. Uma vez que esta peça foi adicionada, o braço do instrumento está quase terminado. O próximo passo é cortar um pedaço do tubo de PVC de 32 mm (externo) de diâmetro e fazer um orifício no centro, deixando sair os fios do manômetro. Solde os quatro fios que mencionamos anteriormente na etapa 1, conforme mostrado no próximo diagrama, e cole o pescoço na junção em ângulo (depois de pintá-lo de preto, para fins estéticos).

A última etapa é selar o bocal convenientemente. Para que esta tarefa fosse realizada, utilizamos uma palheta de sax alto, fita isolante preta e uma ligadura. O manômetro foi colocado sob a palheta, antes de aplicar a fita; as conexões elétricas com o medidor foram reforçadas com tubos retráteis de calor pretos. Esta peça foi desenhada para ser extraída, para que a cavidade possa ser limpa após algum tempo de jogo. Tudo isso pode ser visto nas duas últimas fotos.

Etapa 4: Software

Baixe e instale o teclado virtual MIDI Piano, aqui está o link.

A maneira lógica de realizar essa etapa é a seguinte: primeiro, baixe o esboço do Arduino fornecido neste Instructables e carregue-o na placa do Arduino. Agora, inicie o VMPK e verifique suas configurações. Conforme mostrado na primeira imagem, 'Input MIDI connection' deve ser sua placa Arduino (em nosso caso, Arduino Leonardo). Se você estiver usando Linux, não há necessidade de instalar nada, apenas certifique-se de que seu arquivo VPMK tenha as propriedades mostradas na segunda figura.

Etapa 5: solução de problemas

Caso 1. O sistema parece não estar funcionando. Se o LED do Arduino não acender ou estiver um pouco mais escuro do que o normal, verifique se o sistema está alimentado corretamente (consulte o caso 6).

Caso 2. Parece haver fumaça porque algo cheira a queimado. Provavelmente, há um curto-circuito em algum lugar (verifique a alimentação e os chicotes de fios). Talvez você deva tocar (com cuidado) em cada componente para verificar sua temperatura; se estiver mais quente do que o normal, não entre em pânico, apenas substitua-o.

Caso 3. O Arduino não está sendo reconhecido (no IDE do Arduino). Carregue novamente os esboços fornecidos, se o problema persistir, certifique-se de que o Arduino está conectado corretamente ao computador e as configurações do IDE do Arduino estão definidas para o padrão. Se nada funcionar, considere substituir o Arduino. Em alguns casos, pressionar o botão reset durante a "compilação" e, em seguida, liberá-lo durante o "upload" pode ajudar a fazer o upload do esboço.

Caso 4. Algumas teclas parecem estar com defeito. Isole qual chave não está funcionando. Um teste de continuidade pode ser útil, ou você pode usar o esboço fornecido para testar os botões; o resistor pull-up pode não estar soldado corretamente ou o botão está com defeito. Se as chaves estiverem corretas, entre em contato conosco expondo seu problema.

Caso 5. Não consigo receber nenhuma nota sobre VMPK. Verifique se o Arduino está conectado corretamente ao computador. Em seguida, no VMPK, siga as etapas mostradas na etapa 3. Se o problema persistir, reinicie o botão ou entre em contato conosco.

Caso 6. Teste de ligação elétrica. Faça as próximas medições: após remover o Arduino da capa, ligue o switch. Coloque a ponta de prova preta no pino terra (qualquer um bastará) e use a ponta de prova vermelha para verificar os nós de energia. Na placa positiva da bateria deve haver pelo menos uma queda de tensão de 7,4 volts, caso contrário, carregue as baterias. Deve haver a mesma queda de tensão na entrada do LM2940, conforme ilustrado no esquema. Em sua saída, deve haver uma queda de 5 volts; o mesmo valor é esperado do LM324 (pino 4), do MCP23016 (pino 20) e do LP2950 (pino 3). A saída do último deve mostrar um valor de 3,3 volts.