Interface MIDI Step (versão En Español): 12 Passos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Versión en inglés aquí.

Este é instrutível para mostrarmos cómo hacer una plataforma interactiva de luz e som, que pode ser usada para jugar o famoso “Simon Says” ao igual que como um controlador MIDI. Ambos os modos operados com los pies!

Antecedentes

El proyecto nació por la ideia de hacer una pieza interactiva con la que el público pudiera divertirse sin importar su edad, tanto para niños como para adultos. Y se hizo para um centro comercial, como parte de las atracciones que ofrece en sus instalaciones.

La primer referencia that recibimos for part del cliente es una versión del Simon Diz para tocar con los píes, básicamente teníamos que replicar algo así.

Nos dimos a la tarea de buscar otros tipos de plataforma, entre as abundantes pistas de baile, que en su mayoría trabajan con la luz, pero no con el sonido. En esta búsqueda también nos topamos con los pianos de gran formato for píes, y nos pareció buena idea hacer uma plataforma que nenhum solo fuera para jugar Simon Says, sin también to uselo como instrumento musical. Por el gusto a la música!

Otro aspecto que consideramos fue la forma de la plataforma. Todas as pistas de baile que vimos son rectangulares, con pads cuadrados, uma exceção de una que tenía pads circulares. Queríamos desde um início trabajar com uma forma diferente, que fuera llamativa visualmente e modular al mismo tiempo. Los hexágonos fueron la respuesta.

Al buscar formas hexagonales, lo más cercano que encontramos fue este proyecto. La idea de hacer hexágonos nos emocionaba cada vez más… No teníamos idea de lo que vendría después.

Teníamos ya um objetivo cada vez más claro: Una plataforma interactiva de luz y sonido que:

• Se pudiera jugar Simon diz
• Funcionara como instrumento musical
• Tuviera pads hexagonales

Etapa 1: materiais

Generales:

• 1) LattePanda
• 1) Gabinete para LattePanda
• 1) Eliminador 5 VDC a 2,5A micro usb
• 1) Perma-proto
• 1) Multiplexor de 16 canais
• 10) Resistores de 10k ohms
• 1) Fuente de voltaje 5 VDC a 50 A
• 5) Regletas de conectores de tornillo
• Cinchos
• Sujeta cinchos
• Velcro
• Cinta doble cara
• 1) Altavoz activo de alta potencia
• 1) Cabo auxiliar de 3,5 mm
• 1) Gabinete industrial

Por pad:

• 1.5) Metro de tira Neopixel de 96 LEDs
• 1) Interruptor de límite industrial
• 1) Hexágono de acrílico opalino de 1 cm
• 1) Hexágono de trovicel de 6 mm
• 1) Estructura de PTR
• Velcro
• Silício
• Cabo 5 vías
• Cabo 3 vías
• Cabo 2 vías
• Termofil

Etapa 2: Elegir La Tarjeta Que Controle Todo El Sistema

Arduino es, por antonomasia, la tarjeta de desarrollo que hemos ocupado desde hace varios años. Nunca nos ha fallado, sin embargo, es necesario detenerse un poco a pensar qué aspectos técnicos debemos cubrir para nuestro proyecto:

• Luz: Requerimos iluminar los pads con alto brillo y con patrones complejos, para ello pensamos usar Neopixeles.
• Pads: Los pads deben responder a la pisada del usuario, lo mais facil para esto son interruptores.
• Juego: Esto se refiere a la dinámica del juego, que debe ser programada y procesada por algún microcontrolador.
• Sonido: En un inicio, teniamos pensado diseñar nuestros propios sonidos en Pure Data, por lo tanto requeríamos um computadora que corriera dicho programa.

Más adelante se profundiza en estos aspectos, mientras tanto, la parte que nos mantenía en duda, era la del sonido.

Considere usar Pure Data, porque si bien con Arduino se pueden generar algunos sonidos, es limitado e complejo, mientras que con PD se puede hacer síntesis o bien un patch para activar sonidos via MIDI. Se requeria entonces, um computador para correr Pure Data, y Arduino para controlar os demás.

Comemos um segundo computador que usa, e nós fazemos o que ofrecía LattePanda: um computador com Windows 10 com uma tarjeta Arduino incorporada. Bingo!

LattePanda tiene un puerto GPIO en el que se encuentran mapeados los pines de un Arduino, a través de los cuales podriamos manejar los interruptores de los pads y los neopixeles.

La programación del juego sería en el mismo Arduino que trae incorporado, que por cierto, es un Arduino Leonardo.

Para el sonido, LattePanda tiene un jack 3.5 que más adelante conectariamos a un altavoz.

Hay un montón de otras computeras that pudimos haber usado, seguro te preguntas for qué noend Raspberry Pi. Y las razones son las siguientes:

• Adafruit sugere não controlar Neopixeles com Raspberry, por cuestiones del reloj. Cosa que Arduino sí puede.
• Para controlar os pinheiros GPIO de la Raspy, se tiene que hacer com Python, lenguaje que no dominamos.
• Si bien se puede conectar um Arduino a la Raspy, queríamos uma solução de uma sola tarjeta.
• Raspberry corre Windows 10 IoT Core.

Ciertamente LattePanda es costosa y no hay mucha comunidad that la utilice. Si esto lo ves como una adversidad, te invitamos a utilizar otra plataforma. Estaremos encantados de saber que hiciste este projeto com Raspy, UDOO, BeagleBone, etc…

Etapa 3: Diseñar Y Fabricar La Estructura

La idea de hacer la plataforma con hexágonos nadie no la iba a quitar. Como estábamos seguros de ello, comenzamos a diseñar la estructura.

Hay muchas deve ser considerado para esta etapa, e nossa estructura debía cubrir lo siguiente:

• Soportar el peso de personas
• Exposición a la intemperie
• Resguardar la electrónica

Considere enseguida usar PTR por su dureza, bajo costo y fácil acceso.

Dado que los hexágonos irían acomodados juntos el uno con el otro, se tenía que pensar de qué manera pasarían los cabos entre ellos, y por esa razón se diseñó cada módulo como una especie de sandwich, donde por enmedio pasarían los cabos de la electrónica.

Teníamos entonces que fabricar una estructura de doble hexágono, con unos postes que los separaran.

Al tratarse de uma plataforma para tortas, se nos hizo fácil considerar um diámetro externo para o hexágono de unos 70 cm, para que fuera de buen tamaño. Hicimos el ejercicio de cortar en papel varios hexágonos con ese diámetro antes de hacer la estructura.

Con todo esto definido, comenzamos la fabricación de nuestro primer prototipo.

Lo primero que hicimos fue cortar en MDF con láser un hexágono con las dimensiones that tendría la estructura, usaria esta pieza para guiarnos en cuanto a los ángulos y longitud que deberían tener los tramos de PTR.

Cortar de manera precisa los tramos de PTR es una tarea bastante difícil, y más cuando no tienes la herramienta adecuada. Nosotros a falta de una sierra ingletadora, deficiente una esmeriladora, lo cual complicó mucho este proceso. Debes ser cuidadoso usando esta herramienta, ya que es muy fácil cortar de más y não seguir cortes retos.

Cortamos 12 tramos (6 por cada hexágono) e 6 postes (los que separan a los hexágonos). Uma vez que probamos que coincidian with el hexágono de MDF, continuamos with la soldadura.

Soldamos primero los hexágonos por separado, y luego los soldamos a los postes de separación. Todo un reto!

Somos unos principiantes en soldadura y pronto nos dimos cuenta que nos ibamos a limitar a soldar sólo ese prototipo, y el resto encomendarlo a un herrero experimentado. Si tu eres un buen soldador, anima a fabricar todos los hexágonos tú mismo!

Ya con la estructura finalizada, la pintamos de blanco con aerosol. Te recomendamos hacer esto em um lugar ventilado y donde se pueda colgar la estructura para que puedas pintarla por todos los ángulos.

Etapa 4: Colocar Las Superficies En La Estructura

Ya con la estructura metal, ahora seguía pensar en dos cosas:

• La superficie que resguardaría la electrónica.
• La superficie que el usuario pisaría.

La electrónica que iría en cada hexágono consiste apenas em la tira de neopixeles. Necesitábamos algo que fuera resistente à água, em caso de lloviera e se acumular a água debajo de cada hexágono.

Elegimos trovicel, es barato, fácil de cortar, acessível, y resistente al agua.

Por su parte, para la superficie que pisaría el usuario, queríamos que fuera con acrílico, la duda era qué tan grueso había que ponerlo. A cor única possível era blanco opalino, para que ocultara a tira de neopixeles e para difuminar a luz. Infelizmente, no hay mucha Variaad en cuanto a grosores, el más grueso disponible era de 1 cm.

En este primer prototipo, diseñamos una especie de tapa para evitar que el agua se filtrara por alguna orilla. Para registrar o hexágono tenía la orilla dentada para que se pudiera armar em conjunto com as paredes da tapa, e posteriormente fijar las partes com pegacril.

Cortamos en láser ambos hexágonos: el de trovicel e el de acrílico.

Nota: Con antecipación, sabíamos que es peligroso cortar trovicel con láser, puesto que está hecho de PVC. Com ayuda e consentimento do operador da cortadora láser, lo cortamos rápido, com ventilação, e com mascarillas. Lo hicimos porque não disponíamos de um roteador CNC, y cortarlo con sierra era impreciso y tardado. Assumimos este riesgo solo para o prototipo, o resto de hexágonos de trovicel los cortamos com roteador. Tú no ocupes cortadora láser!

Com las piezas ya cortadas, montamos todo junto y comenzamos a probarlo.

Durante algunos días nos subimos al hexágono para probar su resistencia, pero não pasó una semana para que las paredes de la tapa de acrílico empezaran a despegarse. Además el acrílico se pandeaba mucho com o peso de uma pessoa prometida.

Como ya no había acrílico opalino más grueso, optamos por reduzir o perímetro do hexágono a 50 cm, haciendo a superficie más pequeña ésta sería más resistente. Si bien pudimos colocar algunos soportes de refuerzo na parte de abajo del acrílico, ver a sombra de estos ficando iluminada el hexágono.

Ya não teníamos tempo para fabricar nosotros otro hexágono, así que lo mandamos a hacer con un herrero.

Esta última estructura sería la definitiva for nuestro proyecto, en el modelo 3D that acá te compartimos vienen especificadas sus dimensiones.

También descartamos la idea tener una tapa compuesta de varias caras pegadas con pegacril. En su lugar decidimos uasr solo una superficie de acrilico que atornillamos por arriba a la estructura. Tanto el acrílico como el trovicel se tuvieron que ajustar al nuevo tamaño. Cortamos en láser 10 hexágonos de acrílico, e com roteador CNC 10 hexágonos de trovicel.

Etapa 5: Instalar La Tira De Neopixeles

Para a iluminación, probamos de qué manera se podía iluminar mejor el acrílico. En definitiva fue colocando la tira por la orilla. Checa las fotos para que veas la diferencia.

Las tiras que existem 96 neopixeles por metro y las venden por metros separados, es decir, no venden rollos de 5 metros continuos. Esto se volvería pronto un problem, porque un solo metro no alcanza para cubrir toda la orilla de nuestro hexágono, por lo que tuvimos que unir pedazos.

Adafruit tiene una guía bastante completa sobre estas tiras, te recomendamos leerla antes de usarlas.

Con las tiras hicimos lo siguiente:

• Al inicio de cada tira, soldamos un resistor de 470 ohms. Recomenda-se que este resistor seja o mais próximo possível na tira, no lugar do pino de Arduino.
• En el otro extremo, unimos a tira de um metro, com um tramo de unos 20 cm para completar o perímetro do hexágono.
• Como la plataforma iba a estar expuesta a lluvia e intemperie, compramos tiras a prueba de agua, que traen un recubrimiento. Al unir tiras, tuvimos that open este recubrimiento for that los LEDs estuvieran lo mas juntos possíveis, y luego sellarlo con ayuda de unas tapitas impresas en 3D y silicón. En las fotos puedes ver más a detalle esto.
• Fijamos las tiras a la estructura con velcro.
• Finalmente, a la tira le soldamos una extensión (de unos 20 cm) de cabo de 3 vías, that baja by una perforación en el trovicel.

Etapa 6: Instalar o Interruptor El

Hay várias alternativas para sensar las pisadas del usuario: sensor capacitivo, sensor de distancia, sensor de fuerza, velostat, etc. Por outro lado, sólo necesitabamos detectar um señal de encendido / apagado e um interruptor hace justamente eso.

Sobre qué interruptor elegir, fuimos a la tienda de electrónica para ver las opciones. Buscábamos algo robusto-industrial, y nos encontramos con un gran surtido. A seleção se basea de acuerdo al tamaño de nuestra estructura y a la forma de montaje. En las fotos podrás enquadra que el switch que tem uma especie de cuello con cuerda que permite poder atornillarlo uma una superficie horizontal. Justo lo que necesitábamos!

Usar este tipo de switches es muy fácil, en la parte de abajo trae unos tornillos como terminais a los que se le puede enrolllar el cabo, no es necesario usar soldadura, además estos switches filho para intemperie ya que traen una carcasa que los aisla del agua. Les conectamos uma extensão de cabo de polos de 20 cm aprox.

A forma de calibrar a sensibilidade dos switches vai na função qué tan cerca estén del acrílico. Para calibrarlos nosotros nos apoyamos de unas rondanas que imprimios en 3D com o grosor necesario para que o switch quedara adapte al nivel que requeríamos. No boletim rondanas comerciales porque eran muy gruesas.

Etapa 7: Soldar La Extensión De Cable De Cada Hexágono

A cada hexágono, você terá o interruptor e a tira de neopixeles, dando um total de 5 cabos. Estos cabos tenían que llegar um circuito de control from donde se mandarían y recibirían las señales. Empleamos entra um cabo de controle de 5 vias. Usamos termofil para proteger os pontos de união com a soldadura.

No outro extremo desta extensão, precisamos de um conector de 5 pinheiros. Hay unos DIN 5 industriales de propósito geral pero son muy caros y elevarían mucho el costo del proyecto, era incluso más barato usar dos conectores XLR de audio that uno industrial. Soldamos entonces dos conectores XLR: uno para los neopixeles (3 cabos) y otro para el switch (2 cabos).

Usar dos conectores por hexágono es algo aparatoso, si tienes suficiente pressupuesto, te recomendamos ampliamente que usa um conector industrial, te ahorrará trabajo y se verá mejor.

También calculamos o largo de cada cabo tomando na cuenta as dimensões de uma estructura que iría por alrededor de los hexágonos. Es de gran utilidad, por su parte, planear por dónde pasarán los cabos entre hexágonos y diseñar un diagrama de referencia.

Etapa 8: Preparar El Gabinete Que Resguarda El Circuito De Control

A partir de que conectores XLR macho, requeríamos usar conectores XLR hembra e estos debían ser montados em um gabinete. O número de conectores junto com o tamanho da fonte de voltaje e o LattePanda são as referências das dimensões que devemos considerar para o gabinete.

Compramos un gabinete industrial, y para perforarlo utiliza un taladro de columna y una sierra broca para los agujeros de los conectores XLR, los cabos de alimentación AC y audio. Este processo fue muy tardado debido al amplio grosor de este tipo de cajas, aunado a que el taladro necesita operar a su máximo fuerza y para ello requiere cierto tiempo de reposo por cada tiempo de trabajo (é importante que busques estabeleçam informações con el de tu taladro, pues si no respetas estos tiempos, tu taladro se sobre-calentará con riesgo a dañarse).

Antes de perforar la caja, planifica la ubicación de los circuitos, el flujo de señal dentro y fuera del gabinete, la orientación de ésta, y si va a estar dentro de un mueble ou a la intemperie. Nenhuma solução deve considerar a facilidade de conexão para o usuário.

Etapa 9: Soldar Circuito De Control Y Conexiones Para La LattePanda

El circuito de control é bastante simples. Como nossa plataforma é composta de 10 almofadas, com 10 interruptores (entradas) e 10 tiras de neopixeles (salidas). São 20 dispositivos de um interativo com o Arduino que faz parte do LattePanda, um través de sus pines digitais. Pese a que esta tarjeta cuenta con 20 pines digitales, dos de ellos están dedicados la comunicación serial (Rx y Tx) y lo recomendable es no uselos. Tuvimos que recorrem ao uso de um multiplexador (MUX).

Los interruptores los conectamos a um multiplexador de 16 entradas para que no lugar de usar 10 pines del Arduino para la lectura, sólo usemos 5.

Por su parte, los neopixeles decidimos sí conectarlos directo a los pines de Arduino, dado que en diferentes pruebas que hicimos, pueden llegar a tener problemas cuando se manejan a través de um MUX y hacen más complejo el código. No embargo, si tienes un buen nivel de programción, no tendrás problemas para usar un MUX dedicado a las tiras.

Para proteger e darle ventilación a la LattePanda deficiente um gabinete dedicado que incluye ventilador. Com o gabinete puesto, a sería difícil montar sobre os pinheiros um escudo a donde irían soldadas las conexiones de los cabos y el MUX, motivo por el cual diseñamos un circuito aparte muy sencillo al cual le soldamos conectores, algunos resistores y el MUX.

Como o circuito es tan básico, o soldamos diretamente sobre um perma-proto, igual a puedes soldar sobre uma placa perforada, ou bien, fabricar tú mismo el PCB. Aquí te compartimos el diseño en Fritzing.

Etapa 10: Conectar Los Pads Al Circuito De Control Y a La Alimentación

Teniendo el circuito de control ya soldado a los pines de la LattePanda y con el gabinete perforado, hicimos lo siguiente:

• Atornillar los conectores XLR hembra al gabinete
• Etiquetar los conectores con sus repectivos nombres
• Soldar el cableado de los conectores XLR a unos conectores de tornillo
• Probar continuidad en todo el cableado
• Fijar la fuente, el circuito de control, y la LattePanda al gabinete
• Organizar cabos com cinchos y sujeta cinchos
• Conectar los cabos de los pads al gabinete

En las fotos se puede ver muy aparatoso el interior del gabinete, dejando poco claro lo que hicimos, pero acá te compartimos también un diagrama detallado de las conexiones.

Etapa 11: Programação

Neste tipo de projeto, é muito mais cómodo dedicado à programação, uma vez que experimenta o hardware bien ensamblado: sin falsos; buenas conexiones; listo para uso rudo, etc.

Para a programação comenzamos con la parte musical, quisimos diseñar nuestros propios sonidos pero ya no nos dio tiempo de profundizar con eso, así que optamos por hacer un driver MIDI, donde cada pad hexagonal dispararía un sample.

• Para o controlador MIDI, nos ayudó mucho esta informação.
• Utilizamos esta biblioteca para Arduino.
• Para el patch en Dados puros, este.
• Y para los samples hay varias opciones gratuitas que puedes encontrar en internet.

Respecto al manejo de los neopixeles, la librería FastLED.

E finalmente, para el juego "Simon Says" fue de bastante ayuda este instructable.

Etapa 12: Fabricación De Estructura De Protección Para La Plataforma

No había algo que fijara a los hexágonos y não se movieran cuando uno estaba sacando sus mejores pasos de baile, por lo que fue necesario considera uma segunda estructura que cumpliera con dos funces:

• Mantener unidos a los hexágonos y que no se movieran
• Proteger la orilla de la plataforma contra intemperie

Fabricar una estructura con estas características no sería tarea fácil, así que decidimos encomendarlo a herreros expertos. En las fotos puedes ver la obra de arte que hicieron estos artesanos.

O gabinete de controle e o altavoz são montados dentro de um conjunto de madera.