اصنع أداة MIDI يتم التحكم فيها بالرياح: 5 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

تم تقديم هذا المشروع إلى "Creative Electronics" ، وحدة السنة الرابعة لهندسة الإلكترونيات BEng في جامعة مالقة ، كلية الاتصالات.

ولدت الفكرة الأصلية منذ فترة طويلة ، لأن رفيقي ، أليخاندرو ، قضى أكثر من نصف حياته في العزف على الفلوت. وهكذا ، وجد فكرة آلة النفخ الإلكترونية جذابة. إذن هذا هو نتاج تعاوننا. كان التركيز الرئيسي لهذا النهج هو الحصول على بنية رصينة من الناحية الجمالية ، مماثلة لتلك الخاصة بكلارينيت باس.

تجريبي:)

اللوازم

• لوحة Arduino (استخدمنا SAV MAKER I ، بناءً على Arduino Leonardo).
• مستشعر ضغط الهواء ، MP3V5010.
• مقياس الضغط FSR07.
• المقاومات: 11 من 4K7 ، 1 من 3K9 ، 1 من 470K ، 1 من 2M2 ، 1 من 100K.
• مقياس جهد واحد 200 ك.
• مكثف سيراميك واحد بقوة 33 بيكو فاراد.
• مكثفتان كهربائيتان من 10 فائق التوهج و 22 فائق التوهج.
• واحد LM2940.
• واحد ليرة لبنانية 2950.
• واحد LM324.
• واحد MCP23016.
• لوح واحد مثقوب به 30x20 فتحة.
• 30 رأسًا للإناث والذكور (جنس واحد للاردوينو والآخر للرأس).
• زوج واحد من موصلات HD15 ، ذكر وأنثى (مع أكواب لحام).
• استعير أنبوب الانكماش الحراري وشريط العزل الخاص بصديق. يفضل الأسود.
• بطاريتان من نوع Li-ion 18650 وحامل بطاريتهما.
• محول مفتاح.
• كابل USB من نوع Arduino.
• على الأقل ، 11 زرًا ، إذا كنت تريد إحساسًا بالجودة ، فلا تستخدم زرنا.
• نوع من الضميمة أو العلبة. تكفي قطعة خشبية تبلغ مساحتها حوالي متر مربع.
• نصف متر من الأنابيب البلاستيكية ، 32 مم خارجي.
• وصلة PVC 67 درجة للأنبوب السابق.
• تخفيض واحد من PVC من 40 مم إلى 32 مم (خارجي).
• تخفيض واحد من PVC من 25 مم إلى 20 مم (خارجي).
• زجاجة فارغة من بيتادين.
• بوق ساكسفون ألتو.
• ألتو ساكسفون ريد.
• ضمد ألتو ساكسفون.
• بعض الرغوة.
• الكثير من الأسلاك (يوصى باستخدام سلك صوت ، لأنه يتحول إلى زوج من الأسود والأحمر).
• بعض البراغي.
• طلاء بخاخ أسود غير لامع.
• ورنيش رذاذ غير لامع.

الخطوة 1: الجسم

أولاً ، تم اختيار أنبوب PVC ليكون جزءًا من الجسم. يمكنك اختيار قطر آخر ، على الرغم من أننا ننصح بقطر خارجي 32 مم ، وطول 40 سم ، لأننا كنا مرتاحين لهذه الأبعاد.

بمجرد حصولك على الأنبوب في يديك ، ضع تخطيطًا للأزرار. هذا يعتمد على طول أصابعك. الآن ، بعد الانتهاء من وضع العلامات ، قم بحفر الفتحة المقابلة لكل زر. نوصي بالبدء بقطعة رفيعة ، وإدخال الفتحة لزيادة القطر المستخدم في الحفر. أيضًا ، قد يؤدي استخدام المنشار قبل الحفر إلى تحسين الاستقرار.

يجب إدخال أربعة أسلاك غير متصلة من أجل توصيل مقياس الضغط ومستشعر ضغط الهواء لاحقًا ؛ هذه القطعة (الجسم) والرقبة ملتصقتان بأنبوب ربط 67 درجة. كان هذا الأنبوب مصقولًا ومطليًا بالأسود.

من أجل ربط هذه القطعة بالقدم ، استخدمنا وصلة اختزال PVC من 40 مم إلى 32 مم (القطر الخارجي). تمت إضافة أربعة براغي خشبية لتقوية الوصلة. بين مفصل التخفيض والجسم ، قمنا بعمل مثقاب وأدخلنا برغيًا أوسع لتحقيق الاستقرار. نوصي بحفر الأنابيب قبل الأسلاك ؛ وإلا فإن الخراب مؤكد.

تتمثل الخطوة التالية في لحام الأسلاك بأطراف الأزرار ، وقياس الطول إلى الأسفل ، والاحتفاظ بطول إضافي لتجنب إحكام التوصيل. بمجرد أن يتم صنفرة الأنبوب ورسمه باللون الأسود (استخدمنا طلاء بخاخ أسود غير لامع ؛ أعط العديد من الطبقات كما تريد ، حتى تبدو لطيفة تحت أشعة الشمس) ، أدخل الأزرار من أعلى إلى أسفل ، مع وضع علامة على كل منها. نوصي باستخدام لونين مختلفين للكابلات (مثل الأسود والأحمر) ؛ نظرًا لأنهم جميعًا متصلون بالأرض على أحد دبابيسهم ، فقد تركنا الكبل الأسود خاليًا ، وقمنا بتسمية الكابلات الحمراء فقط. تمت تغطية الأزرار بشريط عازل أسود لتتناسب مع المظهر وتناسب بشكل جيد دون السقوط.

موصل أنثى Solder HD15 (أكواب اللحام تساعد كثيرًا) ، باستخدام التخطيط المقترح في الرسم التخطيطي للخطوة 4 (أو الرسم التخطيطي الخاص بك) ، وانضم إلى الأرضية معًا. ضع في اعتبارك أن أنابيب الانكماش الحراري ستوفر موثوقية قوية ضد الدوائر القصيرة.

الخطوة 2: تصميم القدم

الدائرة المستخدمة لهذا التصميم ، في جذرها ، بسيطة للغاية. تقوم بطاريتان من الليثيوم في السلسلة بتغذية منظم الجهد LDO (منخفض التسرب) ، والذي يوفر 5 فولت من خرجه إلى بقية الدائرة. تخدم مكبرات الصوت التشغيلية في LM324 الغرض من تكييف النطاق الديناميكي لمستشعر ضغط الهواء (MP3V5010 ، من 0.2 إلى 3.3 فولت) وسلوك مقياس الضغط (المقاوم المتغير المنحدر السالب) مع المدخلات التناظرية للوحة Arduino (من 0 إلى 5 فولت). وبالتالي ، يتم استخدام العاكس غير ذي الكسب القابل للتعديل (1 <G <3) للأول ، ومقسم الجهد بالإضافة إلى المتابع للثاني. هذه توفر تأرجح الجهد المناسب. لمزيد من التفاصيل حول هذه الأجهزة ، انقر هنا وهناك. أيضًا ، يوفر LP2950 مرجعًا للـ 3.3 فولت التي يجب الحصول عليها من MP3V5010.

سيكون أي نموذج من سلسلة FSR (Force Sensing Resistor) كافياً ، وعلى الرغم من أن 04 هي الأجمل ، فقد استخدمنا 07 بسبب مشكلات المخزون. تغير هذه المستشعرات مقاومتها الكهربائية اعتمادًا على قوة الانحناء المطبقة ، واختبرنا تجريبيًا أنها لا تفعل ذلك عند الضغط عليها بجانب سطحها بالكامل. كان هذا خطأ في البداية بسبب المكان الذي كنا سنضع فيه القطعة ، لكن الحل المعتمد قام بعمل جيد وسيتم شرحه في الخطوة الرابعة.

إحدى القطع الأساسية للوحة هي MCP23016. هذا هو 16 بت I2C I / O Expander الذي اعتقدنا أنه مفيد لتقليل تعقيد الكود (وربما الأسلاك). يتم استخدام الوحدة النمطية كسجل للقراءة فقط 2 بايت ؛ ينتج مقاطعة (يفرض المنطق "0" ، وبالتالي يلزم وجود مقاومة سحب لتعيين منطق "1") على دبوسه السادس عندما تتغير أي من قيم التسجيل الخاصة به. تمت برمجة Arduino ليتم تشغيله بواسطة منحدر هذه الإشارة ؛ بعد حدوث ذلك ، يطلب البيانات ويفك تشفيرها لمعرفة ما إذا كانت الملاحظة صالحة أم لا ، وإذا كانت صحيحة ، فإنه يخزنها ويستخدمها لبناء حزمة MIDI التالية. يحتوي كل زر من الأزرار على طرفين ، متصلين بالأرض ومقاوم سحب (4.7 كلفن) إلى 5 فولت ، على التوالي. وبالتالي ، عند الضغط عليه ، يتم قراءة المنطق "0" بواسطة جهاز I2C ، ويعني المنطق "1" تحريره. يقوم زوج RC (3.9K و 33p) بتكوين ساعته الداخلية ؛ الدبابيس 14 و 15 هي إشارات SCL و SDA ، على التوالي. عنوان I2C لهذا الجهاز هو 0x20. تحقق من ورقة البيانات لمزيد من التفاصيل.

تخطيط الاتصال الذي استخدمناه لتوصيل موصل HD15 ليس فريدًا بالطبع. لقد فعلنا ذلك بهذه الطريقة لأنه كان من الأسهل توجيهه على PCB الذي صنعناه ، وتكمن النقطة المهمة في الاحتفاظ بقائمة واضحة بالعقد والأزرار الخاصة بها. وغني عن القول ، لكنني سأفعل ؛ الأزرار لها محطتان. أحدهما (بشكل غير واضح) متصل بالعقدة الخاصة به على موصل HD15 ، بينما الآخر موصّل بالأرض. وبالتالي ، تشترك جميع الأزرار في نفس الأرض ، وهي متصلة بدبوس واحد فقط من موصل HD15. الصورة التي نقدمها هي المنظر الخلفي للموصل الذكر ، أي المنظر الأمامي للزوج الأنثوي. جند الأسلاك بعناية ، فأنت لا تريد أن تفسدها ، ثق بنا.

فقط لتوضيح الأمر ، قمنا بتصميم الدائرة بحيث يتم توصيل Arduino بها. يجب أن يكون هناك مساحة كافية للدائرة لتلائم تحته ، وبالتالي يمكن أن يكون الصندوق أصغر من صندوقنا. يتم عرض تخطيط المبنى المقترح في الصورة أدناه. استخدمنا السيليكون لإلصاق قطعة حامل البطاريات بالجزء الداخلي من الصندوق ، وحفرنا الرأس على حوافه واستخدمنا البراغي لإصلاحه بهذه الطريقة.

من أجل ربط هذه القطعة بالجسم ، استخدمنا وصلة اختزال PVC من 40 مم إلى 32 مم (القطر الخارجي). تمت إضافة أربعة براغي خشبية لتقوية الوصلة. بين مفصل التخفيض والجسم ، قمنا بعمل مثقاب وأدخلنا برغيًا أوسع لتحقيق الاستقرار. احرص على عدم إتلاف الأسلاك.

الخطوة 3: تجميع المعبرة

ربما يكون هذا هو الجزء الأكثر أهمية في التجميع. إنه يعتمد تمامًا على الرسم التخطيطي الموضح في الصورة الأولى. الجزء الكبير الحجم كبير بما يكفي ليتناسب مع أنبوب PVC 32 مم (خارجي).

عند تصميم هذه القطعة (العنق) ، قررنا استخدام PCB لتركيب MP3V5010 ، على الرغم من أنه يمكنك تجاهله. وفقًا لملف PDF ، فإن الأطراف المستخدمة هي 2 (إمداد 3.3 فولت) و 3 (أرضي) و 4 (إشارة كهربائية لضغط الهواء). وبالتالي ، لتجنب طلب PCB لهذه المسألة ، نقترح عليك قطع المسامير غير المستخدمة ، ولصق المكون في أنبوب PVC بمجرد انتهاء الأسلاك. هذه هي أسهل طريقة يمكن أن نفكر بها. أيضًا ، يحتوي مستشعر الضغط هذا على مقبضين للاستشعار ؛ تريد تغطية واحدة منهم. هذا يحسن استجابتها. لقد فعلنا ذلك عن طريق إدخال قطعة معدنية صغيرة في أنبوب يتقلص بالحرارة ، وهذا يغطي المقبض ، وتسخين الأنبوب.

أول شيء تريد القيام به هو العثور على قطعة ذات شكل مخروطي يمكن وضعها في أنبوب مستشعر ضغط الهواء ، كما هو موضح في الصورة الثانية. هذه هي القطعة الصفراء في الرسم البياني السابق. بمساعدة مثقاب صغير ، أو طرف حديد لحام رفيع ، قم بعمل ثقب ضيق في قمة المخروط. اختبر ما إذا كان مناسبًا بإحكام ؛ إذا لم يكن الأمر كذلك ، فاستمر في زيادة قطر الحفرة حتى يتم ذلك. عند الانتهاء من ذلك ، تريد العثور على قطعة تناسب القطعة السابقة ، وتغطيتها لإعاقة تدفق الهواء إلى الخارج. في الواقع ، تريد أن تختبر في كل خطوة تقوم بها أن الهواء لا يهرب من العلبة ؛ إذا كان الأمر كذلك ، فحاول إضافة السيليكون في المفاصل. يجب أن ينتج عن هذا الصورة التالية. فقط من أجل المساعدة ، استخدمنا زجاجة Betadine لهذا الغرض: القطعة الصفراء هي الموزع الداخلي ، بينما القطعة التي تغطيها هي الغطاء مع قطع على رأسها لتحويلها إلى شكل أنبوب. تم القطع بسكين ساخن.

كانت القطعة التالية عبارة عن تخفيض PVC من 25 (خارجي) إلى 20 (داخلي). تم تركيب هذه القطعة بشكل جيد في الأنابيب المرتبة بالفعل ، على الرغم من أننا كنا بحاجة إلى صنفرتها ولصق جدرانها لإعاقة تدفق الهواء المذكور. في الوقت الحالي ، نريد أن يكون هذا تجويفًا مغلقًا. في الرسم التخطيطي ، هذه القطعة التي نتحدث عنها هي القطعة الرمادية الداكنة التي تلي القطعة الصفراء مباشرة. بمجرد إضافة هذه القطعة ، تكون رقبة الآلة قد اكتملت تقريبًا. الخطوة التالية هي قطع قطعة من أنبوب PVC بقطر 32 مم (خارجي) وحفر ثقب في مركزه ، والسماح لأسلاك مقياس الضغط بالخروج. قم بلحام الأسلاك الأربعة التي ذكرناها سابقًا في الخطوة 1 كما هو موضح في الرسم التخطيطي التالي ، وقم بلصق الرقبة بالوصلة الزاوية (بعد دهانها باللون الأسود ، لأغراض جمالية).

الخطوة الأخيرة هي إغلاق الفوهة بسهولة. لإنجاز هذه المهمة ، استخدمنا قصب ألتو ساكس وشريط عازل أسود ورباط. تم وضع مقياس الضغط تحت القصبة ، قبل وضع الشريط ؛ تم تعزيز التوصيلات الكهربائية للمقياس بأنابيب سوداء تتقلص بالحرارة. هذه القطعة مصممة للاستخراج ، بحيث يمكن تنظيف التجويف بعد اللعب لبعض الوقت. كل هذا يمكن رؤيته في الصورتين الأخيرتين.

الخطوة 4: البرمجيات

يرجى تنزيل وتثبيت Virtual MIDI Piano Keyboard ، هنا الرابط.

الطريقة المنطقية لتنفيذ هذه الخطوة هي كما يلي: أولاً ، قم بتنزيل مخطط Arduino المقدم في Instructables وقم بتحميله على لوحة Arduino. الآن ، قم بتشغيل VMPK ويرجى التحقق من الإعدادات الخاصة بك. كما هو موضح في الصورة الأولى ، يجب أن يكون "اتصال إدخال MIDI" هو لوحة Arduino (في حالتنا Arduino Leonardo). إذا كنت تستخدم Linux ، فلا داعي لتثبيت أي شيء ، فقط تأكد من أن ملف VPMK الخاص بك يحتوي على الخصائص الموضحة في الشكل الثاني.

الخطوة 5: استكشاف الأخطاء وإصلاحها

الحالة 1. يبدو أن النظام لا يعمل. إذا لم يكن مؤشر LED الخاص بـ Arduino مضاءًا أو كان أغمق قليلاً من المعتاد ، فيرجى التحقق من أن النظام يعمل بشكل صحيح (راجع الحالة 6).

الحالة الثانية: يبدو أن هناك دخانًا لأن شيئًا ما تنبعث منه رائحة الاحتراق. ربما ، هناك دائرة كهربائية قصيرة في مكان ما (تحقق من الطاقة وأسلاك الأسلاك). ربما يجب أن تلمس (بحذر) كل مكون للتحقق من درجة حرارته ؛ إذا كان الجو أكثر سخونة من المعتاد ، فلا داعي للذعر ، فقط استبدله.

الحالة الثالثة: لم يتم التعرف على Arduino (في Arduino IDE). قم بتحميل المخططات المقدمة مرة أخرى ، إذا استمرت المشكلة ، فتأكد من توصيل Arduino بشكل صحيح بالكمبيوتر وتعيين إعدادات Arduino IDE على الوضع الافتراضي. إذا لم ينجح شيء ، ففكر في استبدال Arduino. في بعض الحالات ، يمكن أن يساعد الضغط على زر إعادة الضبط أثناء "التجميع" ، ثم تحريره أثناء "التحميل" ، في تحميل الرسم التخطيطي.

الحالة 4. بعض المفاتيح تبدو معطلة. الرجاء عزل أي مفتاح لا يعمل. قد يكون اختبار الاستمرارية مفيدًا ، أو يمكنك استخدام المخطط المقدم لاختبار الأزرار ؛ قد لا يتم لحام المقاوم للسحب بشكل صحيح أو أن الزر به عيب. إذا كانت المفاتيح على ما يرام ، فيرجى الاتصال بنا للكشف عن مشكلتك.

الحالة 5. لا يمكنني تلقي أي ملاحظة على VMPK. يرجى التحقق من توصيل Arduino بشكل صحيح بالكمبيوتر. بعد ذلك ، في VMPK ، اتبع الخطوات الموضحة في الخطوة 3. إذا استمرت المشكلة ، فقم بإجراء إعادة تعيين زر أو اتصل بنا.

الحالة 6. اختبار الطاقة الكهربائية. قم بإجراء القياسات التالية: بعد إخراج Arduino من الحرملة ، قم بتشغيل المفتاح. ضع المجس الأسود على الدبوس الأرضي (يكفي أي شخص) واستخدم المجس الأحمر للتحقق من عقد الطاقة. في اللوحة الموجبة للبطارية يجب أن يكون هناك انخفاض في الجهد على الأقل 7.4 فولت ، وإلا ، اشحن البطاريات. يجب أن يكون هناك انخفاض الجهد نفسه عند إدخال LM2940 ، كما هو موضح في التخطيطي. عند إخراجها ، يجب أن يكون هناك انخفاض بمقدار 5 فولت ؛ ومن المتوقع أن نفس القيمة من LM324 (دبوس 4) ، MCP23016 (دبوس 20) و LP2950 (دبوس 3). يجب أن يُظهر إخراج الأخير قيمة 3.3 فولت.