Instrumento ultrassônico inteligente: 4 etapas (com imagens)

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

Propósito

Este é um instrumento que usa um sensor ultrassônico para medir a distância de um objeto (pode ser sua mão). Com isso, uma nota é selecionada para tocar, em diferentes modos, o instrumento toca coisas diferentes. Pode ser uma única nota (para usar o instrumento como baixo) ou várias notas em sequência (para usar como sintetizador).

Recomendo que você faça isso apenas se tiver um conhecimento básico de eletrônica e soldagem.

Ferramentas:

- Impressora 3D com área mínima de impressão de 12x8cm- Cortador a laser ou máquina CNC com área mínima de trabalho de 300x200mm- Equipamento de lixar- Pistola de cola quente- Ferro de soldar- Decapador de arame

Materiais:

- Madeira (MDF) 3mm de espessura O tamanho total necessário é 600x400mm, mas você pode cortar cada parte de pranchas menores, o lado mínimo necessário é 300x200mm (esta é a dimensão externa de uma peça necessária, então tenha em mente que a parte externa não precisa ser cortado se você usar este método)

- Alto-falante (5W 8Ohms 93mm de diâmetro externo), você provavelmente precisará editar as dimensões do orifício do alto-falante, pois nem todos os alto-falantes são iguais - Arduino (UNO) - Cabos Dupont 20 e 10 cm22x 10cm macho - macho10x 20cm macho - fêmea4 x 20cm fêmea - fêmea (cabos de 10 cm) (cabos de 20 cm)

- Fio aprox. 2x60cm (2mm de espessura, mas isso não importa muito)

- 2 anéis de ferrite (para redução de ruído, não necessários para a função, mas recomendados) - 4 botões (16 mm) (botões de 16 mm)

- 1 pedal de piano - LCD 20x4 com adaptador I2C (LCD 20x4 incl. Adaptador I2C)

- Módulo de amplificador de áudio TDA2030A (módulo de amplificador de áudio TDA 2030)

- Fonte de alimentação do Arduino de 5 V ou cabo USB cortado para usar com um banco de energia - Porta de entrada de áudio de 3,5 mm (porta de entrada de áudio de 3,5 mm (não é exatamente a mesma que eu uso)) (2ª opção)

- Tubulação termorretrátil (2 mm) (conjunto de tubulação termorretrátil) - Placa de ensaio pequena (opcional, você também pode soldar os fios onde eu a uso) (Mini placa de ensaio)

Processo de design e história

Fiz este instrumento para um projeto escolar, precisei desenhar e construir um objeto inteligente. Depois de um pouco de brainstorming, tive a ideia de construir um instrumento que tocasse várias notas quando o usuário apenas desse o instrumento 1.

Quando projetei este instrumento pela primeira vez, ele parecia um pouco diferente e tinha algumas outras funções além do produto final. Meu primeiro critério para este instrumento é que ele seja capaz de tocar sons diferentes (como o som de um piano ou violão) e tocar acordes. No entanto, depois de algumas revisões, não consegui descobrir como reproduzir os arquivos de som de um cartão SD, o som ficava confuso. Então, em uma iteração posterior, decidi que o instrumento deveria apenas tocar sinais PWM que também soam bem. Este é o ponto onde isso mudou de um piano com um sensor ultrassônico para uma versão inteligente de um Theramin.

Ao programar algumas outras funções, percebi que não seria capaz de tocar vários tons ao mesmo tempo com um alto-falante dentro do prazo deste projeto. Portanto, decidi torná-lo um sintetizador que, em vez de tocar vários tons ao mesmo tempo, tocasse algumas notas em sequência.

Este projeto é a primeira vez que usei um cortador a laser e tive que usar o Adobe Illustrator, então espero poder explicar meu trabalho bem o suficiente.

Etapa 1: montagem dos componentes (fase de teste)

Antes de construirmos tudo, devemos testar todos os nossos componentes para que tudo funcione.

Comece soldando os fios que precisam ser soldados, são eles: - O conector de áudio, são 2 fios. Um fio é o aterramento e o outro é um fio de sinal. Provavelmente, existem mais conexões disponíveis porque um plugue jack estéreo tem um sinal R e L, nós apenas usamos um. A única maneira de verificar qual você precisa é testar conectando o fio um de cada vez e ver se o circuito está fechado (você pode testar isso com um multímetro).

- 2 fios no alto-falante, positivo e negativo. - Os fios positivos e negativos nos 4 botões de pressão. Você pode inserir a extremidade macho do fio nos pinos de contato dos botões. Use o tubo de aquecimento para isolar os fios quando terminar de soldar

Agora é hora de conectar os fios. Siga o diagrama e as fotos para conectar os fios certos aos lugares certos.

Anéis de ferrite. Como o arduino não é feito para áudio, ele pode captar interferências eletromagnéticas. Você pode adicionar um anel de ferrite ao cabo de sinal de áudio e ao fio do alto-falante. Faça isso enrolando o fio 2 ou 3 vezes em torno de um anel de ferrite. Isso deve ajudar a reduzir ou remover completamente os sons de sibilo do instrumento.

(opção de energia 1) fonte de energia externa não através do Arduino. É opcional adicionar energia diretamente no circuito em vez de através da porta de energia do arduino. Se você quiser isso, deve conectar os fios positivo e negativo da fonte de alimentação externa às linhas positiva e negativa na placa de ensaio. Deve haver um fio do lado positivo na placa de ensaio para o pino Vin (localizado ao lado dos pinos GND) no arduino e um fio do lado negativo para um pino GND no arduino. (Opção de alimentação 2) Alimentação externa conectada a soquete de alimentação do arduino Se você quiser usar um adaptador conectado ao soquete de alimentação do arduino, você deve conectar um fio do pino do arduino 5V ao lado positivo da placa de ensaio e um fio de um pino GND ao lado negativo

Carregando os arquivos Agora conecte o arduino em seu computador e carregue o programa. Observe que você precisa colocar o code.ino e pitches.h em uma pasta chamada code. No IDE do arduino (o programa) você precisa baixar as seguintes bibliotecas se você não as tiver: LiquidCrystal_I2C de Frank de BrabanderWire de adafruit (este um já deve estar embutido)

Etapa 2: Apresentando o Caso

Se tudo funcionar, você pode fazer o caso. Corte a laser / CNC (veja o vídeo) Antes de iniciar o corte, você pode precisar editar o (s) orifício (s) do alto-falante para caber no alto-falante que você possui. Eu tenho um alto-falante com uma pequena grade que usa os 4 orifícios ao redor do orifício do alto-falante. Portanto, edite-o primeiro, se necessário.

Comece cortando a madeira com um cortador a laser ou máquina CNC. O arquivo a ser usado é Case_laser_cut.aiUma vez que você tem as peças, você pode testar o ajuste, se elas forem muito grandes, apenas lixe-as um pouco até que se encaixem. Agora você pode colar as peças de madeira com cola de madeira. Você não deve colar a parte superior (a prancha com furos), pois precisamos colocar todas as peças e precisamos conseguir abrir a caixa se houver algum problema. lembre-se de que você aperta tudo enquanto seca (deixe por cerca de 24 horas para endurecer totalmente).

Impressão 3DAgora você pode imprimir a caixa do lcd e as letras acima dos botões (Case LCD.stl e letters.stl) Eu recomendo estas configurações: - Layer hight 0.1mm- Speed 30mm / s para as letras e 60mm / s para o lcd invólucro - Use um ventilador de resfriamento de camada para o invólucro do LCD, uma vez que tem bastante saliência- Não é necessário suporteUma vez que as impressões forem concluídas, lixe as bordas para torná-las um pouco lisas e se o lcd não couber, tente lixá-lo mais um pouco, deve caber. Assim que a caixa estiver pronta e as peças impressas, você pode começar a montar tudo. Coloque o lcd na caixa do lcd e coloque o conector de áudio para o pedal no orifício na parte de trás. Coloque o lcd e o conector de tomada no lugar. Agora cole o invólucro do lcd na madeira, você pode colocar a cola na borda na parte inferior do invólucro do lcd. Agora cole as letras dos botões na parte superior dos botões. Dependendo do alto-falante que você tiver, você pode colá-lo no lugar, eu tem um alto-falante com uma pequena grade que usa os 4 orifícios ao redor do orifício do alto-falante. Dependendo de como você editou o orifício do alto-falante para seu alto-falante, esta etapa pode ser diferente para você. Cole o sensor ultrassônico no lugar usando os 2 orifícios na parte inferior. Você também pode colar a placa de ensaio, o Arduino e o módulo amplificador de áudio no lugar mas isso não é necessário. Conecte tudo novamente e pronto, ligue a energia e divirta-se!

Etapa 3: problemas e limitações conhecidos

Este instrumento não é perfeito. Antes de mais nada, é um brinquedo, não um produto! O arduino não foi feito para ser usado como um instrumento, então não pense que o tempo será 100% correto. Devido ao atraso nas operações no código, é impossível fazer este instrumento com um tempo preciso. - Às vezes, o sensor ultrassônico apresenta uma falha que pode resultar na reprodução de uma nota aleatória ou na reprodução de notas imprecisas.

- Ao usar o instrumento, eu recomendo usar um objeto plano como um pedaço de papelão ou madeira para segurar acima do sensor. As superfícies curvas refletem os sinais do sensor, o que resulta em notas imprecisas sendo tocadas. Você pode usar sua mão, mas segure-a o mais plano e firme possível acima do sensor.- Não alternar de autoplay desligado para ligado. Isso é causado por um bug no código que ainda não encontrei. Você pode resolver isso pressionando o botão autoplay e, ao mesmo tempo, pressionando o pedal. Ou você pode desligá-lo e ligá-lo novamente.

- Atraso ao tocar uma nota, isso ocorre porque o código no arduino leva alguns milissegundos que são impossíveis de remover, já que o arduino não foi feito para fazer instrumentos. - alguns códigos estão em holandês, isso porque eu sou holandês e alguns são ingleses palavras não cabiam no LCD. Tentei fazer o máximo possível em inglês.

Etapa 4: melhorias faça você mesmo

Depois de construir isso, você não está pronto! Você pode tentar melhorar suas próprias habilidades e adicionar recursos a isso que eu não consegui integrar no período de tempo que eu tinha. Coisas que você poderia tentar:

- adicionando vários sons - tocando vários tons ao mesmo tempo - adicionando mais alto-falantes - Adicione mais estilos! - Adicione leds que dançam com sua música