أداة ذكية بالموجات فوق الصوتية: 4 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

غرض

هذه أداة تستخدم مستشعر الموجات فوق الصوتية لقياس مسافة الجسم (قد تكون هذه يدك). مع هذه النوتة الموسيقية المختارة للعزف ، في أوضاع مختلفة ، تعزف الآلة أشياء مختلفة. يمكن أن تكون هذه نغمة واحدة (لاستخدام الآلة كصوت جهير) أو عدة ملاحظات متسلسلة (لاستخدامها كمركب).

أوصيك بإجراء هذا فقط إذا كان لديك فهم أساسي للإلكترونيات واللحام.

أدوات:

- طابعة ثلاثية الأبعاد بمساحة طباعة لا تقل عن 12 × 8 سم - قاطع ليزر أو ماكينة CNC بمساحة عمل لا تقل عن 300 × 200 مم - معدات الصنفرة - مسدس الغراء الساخن - لحام الحديد - أداة تعرية الأسلاك

المواد:

- خشب (MDF) بسمك 3 مم الحجم الإجمالي المطلوب هو 600 × 400 مم ولكن يمكنك قص كل جزء من الألواح الصغيرة ، والحد الأدنى المطلوب هو 300 × 200 مم (هذا هو البعد الخارجي للجزء المطلوب ، لذا ضع في اعتبارك أن الخارج لا يفعل ذلك تحتاج إلى قطع إذا كنت تستخدم هذه الطريقة)

- مكبر الصوت (القطر الخارجي 5W 8Ohms 93mm) ستحتاج على الأرجح إلى تعديل أبعاد فتحة السماعة نظرًا لعدم تشابه جميع السماعات - Arduino (UNO) - كابلات Dupont 20 و 10 سم 22 × 10 سم ذكر - ذكر 10 × 20 سم ذكر - أنثى 4 × 20 سم أنثى - أنثى (10 سم كابلات) (20 سم كابلات)

- سلك تقريبا. 2x60 سم (سمك 2 مم ، لكن هذا لا يهم كثيرًا)

- حلقتان من الفريت (لتقليل الضوضاء ، وليس ضروريًا للوظيفة ولكن موصى به) - 4 أزرار (16 مم) (أزرار 16 مم)

- 1 دواسة بيانو- شاشة LCD مقاس 20 × 4 مع محول I2C (شاشة LCD مقاس 20 × 4 مزودة بمحول I2C)

- وحدة مضخم الصوت TDA2030A (وحدة مضخم الصوت TDA 2030)

- مصدر طاقة Arduino 5 فولت أو قطع كابل USB لاستخدامه مع بنك الطاقة- منفذ مقبس صوت 3.5 مم (منفذ مقبس صوت 3.5 مم (ليس تمامًا مثل ما أستخدمه)) (الخيار الثاني)

- أنابيب الانكماش الحراري (2 مم) (مجموعة أنابيب الانكماش الحراري) - لوح توصيل صغير (اختياري ، يمكنك أيضًا لحام الأسلاك معًا حيث أستخدم هذا) (لوحة بريد صغيرة)

عملية التصميم والتاريخ

لقد صنعت هذه الأداة لمشروع مدرسي ، كنت بحاجة لتصميم وبناء كائن ذكي. بعد قليل من العصف الذهني ، خطرت لي فكرة إنشاء آلة تعزف نغمات متعددة عندما يعطي المستخدم الآلة الموسيقية 1.

عندما صممت هذه الأداة لأول مرة ، بدت مختلفة بعض الشيء ولديها بعض الوظائف الأخرى مثل المنتج النهائي. معياري الأول لهذه الآلة حيث يجب أن تكون قادرة على تشغيل أصوات مختلفة (مثل صوت البيانو أو الجيتار) ولعب الأوتار. ومع ذلك ، بعد بعض المراجعات لم أتمكن من معرفة كيفية تشغيل ملفات الصوت من بطاقة sd ، استمر الصوت في الفوضى. لذلك في التكرار اللاحق قررت أن الآلة يجب أن تقوم فقط بتشغيل إشارات PWM التي تبدو لطيفة أيضًا. هذه هي النقطة التي تحول فيها هذا من البيانو مع جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية إلى نسخة ذكية من Theramin.

عند برمجة بعض الوظائف الأخرى ، أدركت أنني لن أتمكن من تشغيل نغمات متعددة في نفس الوقت مع مكبر صوت واحد خلال الإطار الزمني لهذا المشروع. لذلك قررت أن أجعله مُركبًا بدلاً من تشغيل نغمات متعددة في نفس الوقت ، قم بتشغيل بعض النغمات بالتسلسل.

هذا المشروع هو المرة الأولى التي أستخدم فيها أداة القطع بالليزر واضطررت إلى استخدام Adobe Illustrator ، لذلك آمل أن أتمكن من شرح عملي بشكل جيد بما فيه الكفاية.

الخطوة 1: تجميع المكونات (مرحلة الاختبار)

قبل أن نبني كل شيء ، يجب أن نختبر جميع مكوناتنا حتى يعمل كل شيء.

ابدأ بلحام الأسلاك التي تحتاج إلى لحام ، وهذه هي: - موصل مقبس الصوت ، وهما سلكان. أحد السلكين هو الأرض والآخر عبارة عن سلك إشارة. من المحتمل أن يكون هناك المزيد من التوصيلات المتاحة لأن قابس مقبس الاستريو يحتوي على إشارة R و L ، فنحن نستخدم واحدة فقط. الطريقة الوحيدة للتحقق مما تحتاجه هي اختبار توصيل السلك بواحد في كل مرة ومعرفة ما إذا كانت الدائرة مغلقة (يمكنك اختبار ذلك باستخدام مقياس متعدد).

- عدد 2 سلك موجب وسالب على السماعة. - الأسلاك الموجبة والسالبة على أزرار الدفع الأربعة. يمكنك إدخال طرف السلك الذكري في دبابيس التلامس الموجودة على الأزرار. استخدم أنبوب الانكماش الحراري لعزل الأسلاك عند الانتهاء من اللحام

حان الوقت الآن لتوصيل الأسلاك. اتبع الرسم البياني والصور لتوصيل الأسلاك الصحيحة بالأماكن الصحيحة.

حلقات الفريت: نظرًا لأن اردوينو غير مخصص للصوت ، فيمكنه التقاط التداخل الكهرومغناطيسي. يمكنك إضافة حلقة الفريت إلى كبل إشارة الصوت وسلك السماعة. يمكنك القيام بذلك عن طريق لف السلك مرتين أو ثلاث مرات حول حلقة الفريت ، وهذا من شأنه أن يساعد في تقليل أو إزالة أصوات الهسهسة تمامًا من الجهاز.

(خيار الطاقة 1) مصدر الطاقة الخارجي لا يمر عبر Arduino إنه اختياري لإضافة الطاقة مباشرة إلى الدائرة بدلاً من منفذ طاقة اردوينو. إذا كنت تريد ذلك فعليك توصيل الأسلاك الموجبة والسالبة من مصدر الطاقة الخارجي بالخطوط الإيجابية والسلبية على اللوح. يجب أن يكون هناك سلك من الجانب الإيجابي على اللوح إلى دبوس Vin (الموجود بجانب دبابيس GND) على اردوينو وسلك من الجانب السلبي إلى دبوس GND على اردوينو. (خيار الطاقة 2) طاقة خارجية متصلة بـ مقبس طاقة اردوينو إذا كنت ترغب في استخدام محول متصل بمقبس طاقة اردوينو ، فيجب عليك توصيل سلك من دبوس اردوينو 5 فولت إلى الجانب الإيجابي من لوحة التجارب وسلك من دبوس GND إلى الجانب السلبي

قم بتحميل الملفات الآن قم بتوصيل اردوينو بجهاز الكمبيوتر الخاص بك وقم بتحميل البرنامج. لاحظ أنك تحتاج إلى وضع code.ino و pitches.h في مجلد يسمى code. في arduino IDE (البرنامج) ، تحتاج إلى تنزيل المكتبات التالية إذا لم يكن لديك: LiquidCrystal_I2C من Frank de BrabanderWire من adafruit (هذا يجب أن يبنى المرء بالفعل)

الخطوة الثانية: عمل القضية

إذا كان كل شيء يعمل ، يمكنك إنشاء الحالة. القطع بالليزر / CNC (انظر الفيديو) قبل البدء في القطع ، قد تحتاج إلى تعديل فتحة (فتحات) السماعة لتناسب السماعة التي لديك. لدي مكبر صوت بشواية صغيرة تستخدم الفتحات الأربعة حول فتحة السماعة. لذا قم بتحرير هذا أولاً إذا كنت بحاجة إلى ذلك.

ابدأ بقطع الخشب باستخدام قاطع ليزر أو ماكينة CNC. الملف المطلوب استخدامه هو Case_laser_cut.ai بمجرد أن يكون لديك الأجزاء التي يمكنك اختبارها لتناسبها ، إذا كانت كبيرة فقط قم برملها قليلاً حتى تتلاءم معًا ، يمكنك الآن لصق القطع الخشبية معًا بغراء الخشب. يجب ألا تلصق الجزء العلوي (اللوح الخشبي ذي الثقوب) لأننا نحتاج إلى وضع جميع الأجزاء فيه ونحتاج إلى أن نكون قادرين على فتح العلبة إذا كانت هناك مشكلة. ضع في اعتبارك أنك تقوم بشد كل شيء معًا أثناء تجفيفه (اتركه لمدة 24 ساعة تقريبًا حتى يتماسك تمامًا).

الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن يمكنك طباعة غلاف LCD والأحرف الموجودة أعلى الأزرار (Case LCD.stl و letter.stl) أوصي بهذه الإعدادات: - طبقة ارتفاع 0.1 مم - سرعة 30 مم / ثانية للأحرف و 60 مم / ثانية لشاشة LCD السكن - استخدم مروحة تبريد طبقة لغلاف LCD نظرًا لأنه يحتوي على الكثير من البروز - لا داعي للدعم بمجرد الانتهاء من المطبوعات ، قم برمل الحواف لجعلها ناعمة إلى حد ما وإذا لم تكن شاشة LCD مناسبة ، فحاول صنفرتها أكثر ، يجب أن يكون مناسبًا بمجرد الانتهاء من العلبة وطباعة الأجزاء ، يمكنك البدء في تجميع كل شيء. ضع شاشة LCD في غلاف LCD وضع موصل مقبس الصوت للدواسة في الفتحة الموجودة في الخلف ، وألصق موصل LCD وموصل المقبس في مكانه. الآن قم بلصق غلاف LCD بالخشب ، يمكنك وضع الغراء على الشفة في الجزء السفلي من غلاف شاشة LCD ، والآن قم بلصق أحرف الزر أعلى الأزرار ، اعتمادًا على السماعة التي لديك ، يمكنك لصقها في مكانها ، لديك مكبر صوت بشواية صغيرة تستخدم الفتحات الأربعة حول فتحة السماعة. اعتمادًا على كيفية تحرير فتحة السماعة لمكبر الصوت ، قد تكون هذه الخطوة مختلفة بالنسبة لك ، قم بإلصاق المستشعر بالموجات فوق الصوتية في مكانه باستخدام الفتحتين في الأسفل ، كما يمكنك لصق اللوح (اللوحات) و Arduino ووحدة مكبر الصوت في مكانها. لكن هذا ليس ضروريًا. قم بتوصيل كل شيء مرة أخرى وقد انتهيت ، وشغل الطاقة واستمتع!

الخطوة 3: المشاكل والقيود المعروفة

هذه الأداة ليست مثالية أولاً وقبل كل شيء ، إنها لعبة وليست منتجًا! لم يتم تصنيع اردوينو لاستخدامها كأداة لذلك لا أعتقد أن التوقيت سيكون صحيحًا بنسبة 100٪. بسبب التأخر في العمليات في الكود ، من المستحيل جعل هذه الأداة ذات توقيت دقيق. - في بعض الأحيان ، يعاني المستشعر بالموجات فوق الصوتية من خلل يمكن أن يؤدي إلى تشغيل ملاحظة عشوائية أو تشغيل نغمات غير دقيقة.

- عند استخدام الجهاز ، أوصي باستخدام جسم مسطح مثل قطعة من الورق المقوى أو الخشب لتثبيته فوق المستشعر. تعكس الأسطح المنحنية الإشارات الصادرة من المستشعر ، مما يؤدي إلى عزف نغمات غير دقيقة. يمكنك استخدام يدك مع الاحتفاظ بها بشكل مسطح وثابت فوق المستشعر قدر الإمكان. - عدم التبديل من التشغيل التلقائي إلى وضع التشغيل. يحدث هذا بسبب خطأ في الكود لم أجده بعد. يمكنك حلها عن طريق الضغط على زر التشغيل التلقائي وفي نفس الوقت الضغط على الدواسة. أو يمكنك إيقاف تشغيله وتشغيله مرة أخرى.

- تأخر عند تشغيل ملاحظة ، وذلك لأن الكود في اردوينو يستغرق بضعة أجزاء من الثانية وهو أمر مستحيل إزالته نظرًا لأن اردوينو ليس مصنوعًا لصنع الآلات. - بعض الكود باللغة الهولندية ، وهذا لأنني هولندي وبعض اللغة الإنجليزية الكلمات لا تتناسب مع شاشة LCD. حاولت أن أفعل أكبر قدر ممكن من اللغة الإنجليزية.

الخطوة 4: تحسينات DIY

بعد بناء هذا ، لم تنته بعد! يمكنك محاولة تحسين مهاراتك وإضافة ميزات إلى هذا لم أتمكن من دمجها في الإطار الزمني الذي أملكه ، أشياء يمكنك تجربتها:

- إضافة أصوات متعددة - تشغيل نغمات متعددة في نفس الوقت - إضافة المزيد من مكبرات الصوت - إضافة المزيد من الأنماط! - أضف مصابيح LED التي ترقص مع موسيقاك