موالف Ukelele باستخدام LabView و NI USB-6008: 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

كمشروع تعليمي قائم على حل المشكلات لدورة LabVIEW & Instrumentation الخاصة بي في كلية هامبر (تكنولوجيا هندسة الإلكترونيات) ، قمت بإنشاء موالف قيثارة يأخذ إدخالًا تناظريًا (نغمة سلسلة القيثارة) ، والعثور على التردد الأساسي ، وتحديد الملاحظة التي تحاول ليتم ضبطها ، وإخبار المستخدم إذا كان يلزم ضبط السلسلة لأعلى أو لأسفل. كان الجهاز الذي استخدمته لترجمة المدخلات التناظرية إلى إدخال رقمي هو National Instruments USB-6008 DAQ (جهاز الحصول على البيانات) ، وتم تنفيذ واجهة المستخدم باستخدام LabVIEW.

الخطوة 1: الضبط القياسي لليوكليلي

كانت الخطوة الأولى هي اكتشاف الترددات الأساسية للنوتات الموسيقية ، والمدى الذي يتم ضبط أوتار القيثارة فيه عادةً. لقد استخدمت هذين المخططين ، وقررت أن أجعل نطاق نغماتي بين 262 هرتز (ج) و 494 هرتز (مرتفع ب). أي شيء أقل من 252 هرتز سيعتبر منخفضًا جدًا بحيث يتمكن البرنامج من فك شفرة النوتة التي كانت تحاول تشغيلها ، وأي شيء أكبر من 500 هرتز سيعتبر مرتفعًا جدًا. ومع ذلك ، لا يزال البرنامج يخبر المستخدم كم هرتز بعيدًا عن أقرب ملاحظة قابلة للفك ، وما إذا كان يجب ضبط السلسلة (ملاحظة منخفضة جدًا) أو لأسفل (ملاحظة عالية جدًا) للوصول إلى ملاحظة متاحة.

بالإضافة إلى ذلك ، قمت بإنشاء نطاقات لكل ملاحظة ، بدلاً من مجرد تردد واحد ، بحيث يكون من الأسهل على البرنامج العثور على النوتة الموسيقية التي يتم تشغيلها. على سبيل المثال ، سيخبر البرنامج المستخدم أنه يتم تشغيل C إذا كانت الملاحظة لها تردد أساسي بين 252 هرتز (في المنتصف إلى B) و 269 هرتز (في منتصف الطريق إلى C #) ، ولكن من أجل تحديد ما إذا كان يلزم ضبطها أو لأسفل ، سيظل يقارن النغمة التي يتم تشغيلها بالتردد الأساسي لـ C وهو 262 هرتز.

الخطوة الثانية: إنشاء نموذج نظري رقمي بحت

قبل الغوص في الجانب التناظري للمشروع ، كنت أرغب في معرفة ما إذا كان بإمكاني إنشاء برنامج LabVIEW يقوم على الأقل بالمعالجة الرئيسية لعينة صوت ، مثل قراءة عينة صوت.wav ، وإيجاد التردد الأساسي ، وإجراء المقارنات المطلوبة مع مخطط التردد لمعرفة ما إذا كان يجب ضبط الصوت لأعلى أو لأسفل.

لقد استخدمت SoundFileSimpleRead. VI المتاح في LabVIEW لقراءة ملف.wav من المسار الذي حددته ، ووضع الإشارة في مصفوفة مفهرسة ، وأدخل تلك الإشارة في HarmonicDistortionAnalyzer. VI من أجل العثور على التردد الأساسي. أخذت أيضًا الإشارة من SoundFileSimpleRead. VI وربطتها مباشرة بمؤشر مخطط الموجي حتى يتمكن المستخدم من رؤية الشكل الموجي للملف على اللوحة الأمامية.

لقد أنشأت هيكلين للحالة: أحدهما لتحليل النوتة التي يتم تشغيلها ، والآخر لتحديد ما إذا كان يلزم قلب السلسلة لأعلى أو لأسفل. بالنسبة للحالة الأولى ، قمت بإنشاء نطاقات لكل ملاحظة ، وإذا كانت إشارة التردد الأساسية من HarmonicDistortionAnalyzer. VI موجودة في هذا النطاق ، فسوف تخبر المستخدم بالملاحظة التي يتم تشغيلها. بمجرد تحديد الملاحظة ، تم طرح قيمة النوتة التي تم تشغيلها من خلال التردد الأساسي الفعلي للملاحظة ، ثم تم نقل النتيجة إلى الحالة الثانية التي حددت ما يلي: إذا كانت النتيجة أعلى من الصفر ، فيجب ضبط السلسلة ؛ إذا كانت النتيجة خاطئة (ليست أعلى من الصفر) ، فإن الحالة تتحقق مما إذا كانت القيمة تساوي الصفر ، وإذا كانت صحيحة ، فسيقوم البرنامج بإخطار المستخدم بأن الملاحظة متناغمة ؛ إذا كانت القيمة لا تساوي الصفر ، فهذا يعني أنه يجب أن تكون أقل من الصفر وأن السلسلة تحتاج إلى ضبط. لقد أخذت القيمة المطلقة للنتيجة لأظهر للمستخدم كم هرتز بعيدًا عن الملاحظة الحقيقية.

قررت أن مؤشر العداد هو الأفضل لإظهار ما يجب فعله بصريًا للمستخدم لجعل الملاحظة متناغمة.

الخطوة 3: بعد ذلك ، الدائرة التناظرية

الميكروفون الذي استخدمته لهذا المشروع هو الميكروفون الكهربائي المكثف CMA-6542PF. ورقة البيانات لهذا الميكروفون موجودة أدناه. على عكس معظم الميكروفونات المكثفة من هذا النوع ، لم يكن علي القلق بشأن القطبية. تُظهر ورقة البيانات أن جهد التشغيل لهذا الميكروفون هو 4.5 - 10 فولت ، ولكن يوصى بـ 4.5 فولت ، واستهلاكه الحالي هو 0.5 مللي أمبير بحد أقصى ، وهذا شيء يجب توخي الحذر منه عند تصميم دائرة preamp له. تردد التشغيل هو 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز وهو مثالي للصوت.

لقد نفذت تصميمًا بسيطًا لدائرة preamp على اللوح وقمت بتعديل جهد الدخل ، مع التأكد من عدم وجود أكثر من 0.5 مللي أمبير عبر الميكروفون. يستخدم المكثف لتصفية ضوضاء التيار المستمر التي قد تقترن بالإشارات الكهربائية (الإخراج) ، والمكثف لديه قطبية ، لذا تأكد من توصيل الطرف الموجب بدبوس خرج الميكروفون.

بعد اكتمال الدائرة ، قمت بتوصيل خرج الدائرة بأول دبوس إدخال تناظري (AI0 ، دبوس 2) من USB-6008 ، وقمت بتوصيل أرضية اللوح بالدبوس الأرضي التناظري (GND ، دبوس 1). لقد قمت بتوصيل USB-6008 بجهاز الكمبيوتر باستخدام USB وكان الوقت قد حان لإجراء تعديلات على برنامج LabVIEW لأخذ إشارة تناظرية فعلية.

الخطوة 4: قراءة الإشارات التناظرية باستخدام DAQ Assistant

بدلاً من استخدام SoundFileSimpleRead. VI و HarmonicDistortionAnalyzer. VI ، استخدمت DAQ Assistant. VI و ToneMeasurement. VI للتعامل مع المدخلات التناظرية. يعد إعداد DAQ Assistant بسيطًا إلى حد ما ، ويأخذك VI نفسه عبر الخطوات. يحتوي ToneMeasurement. VI على العديد من المخرجات للاختيار من بينها (السعة ، التردد ، الطور) ، لذلك استخدمت خرج التردد الذي يعطي التردد الأساسي لنغمة الإدخال (من مساعد DAQ. VI). كان لابد من تحويل ناتج ToneMeasurement. VI ووضعه في مصفوفة قبل استخدامه في هياكل الحالة ، لكن بقيت بقية برمجة / مؤشرات LabVIEW كما هي.

الخطوة 5: الخاتمة

كان المشروع ناجحًا ولكن كان هناك بالتأكيد الكثير من العيوب. عندما كنت أقوم بتشغيل الموالف في فصل دراسي صاخب ، كان من الصعب جدًا على البرنامج تحديد الضوضاء والنغمة التي يتم تشغيلها. من المحتمل أن يكون هذا بسبب أن دائرة preamp أساسية جدًا ، ولأن الميكروفون رخيص جدًا. عندما كان هادئًا ، عمل البرنامج بموثوقية جيدة لتحديد النوتة الموسيقية التي كانت تحاول عزفها. نظرًا لضيق الوقت ، لم أقم بإجراء أي تغييرات إضافية ، ولكن إذا كنت سأكرر المشروع ، فسوف أشتري ميكروفونًا أفضل وأقضي وقتًا أطول في دائرة preamp.