Membuat Instrumen MIDI yang Dikendalikan Angin: 5 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Proyek ini diajukan ke 'Creative Electronics', modul tahun ke-4 Teknik Elektronika BEng di Universitas Málaga, Sekolah Telekomunikasi.

Ide awalnya lahir sejak lama, karena pasangan saya, Alejandro, telah menghabiskan lebih dari setengah hidupnya bermain seruling. Dengan demikian, ia menemukan ide alat musik tiup elektronik yang menarik. Jadi ini adalah produk kerjasama kami; fokus utama dari pendekatan ini adalah untuk mendapatkan konstruksi yang estetis, mirip dengan klarinet bass.

Demo:)

Perlengkapan

• Papan Arduino (kami menggunakan SAV MAKER I, berdasarkan Arduino Leonardo).
• Sensor tekanan udara, MP3V5010.
• Sebuah pengukur regangan, FSR07.
• Resistor: 11 dari 4K7, 1 dari 3K9, 1 dari 470K, 1 dari 2M2, 1 dari 100K.
• Satu potensiometer 200K.
• Satu kapasitor keramik 33pF.
• Dua kapasitor listrik 10uF dan 22uF.
• Satu LM2940.
• Satu LP2950.
• Satu LM324.
• Satu MCP23016.
• Satu papan berlubang berukuran 30x20 lubang.
• Header 30 pin, baik perempuan dan laki-laki (satu jenis kelamin untuk Arduino, yang lain untuk jubah).
• Sepasang konektor HD15, baik pria maupun wanita (dengan cangkir solder).
• Pinjam tabung heat-shrink dan selotip milik teman. Lebih disukai hitam.
• Dua baterai Li-ion 18650 dan dudukan baterainya.
• Sebuah saklar.
• Kabel USB Arduino.
• Setidaknya, 11 tombol, jika Anda ingin merasakan kualitas, jangan gunakan milik kami.
• Beberapa jenis kandang atau kasus. Sebuah papan kayu berukuran sekitar satu meter persegi sudah cukup.
• Setengah meter pipa PVC, eksternal 32mm.
• Sambungan PVC 67 derajat untuk tabung sebelumnya.
• Satu pengurangan PVC dari 40mm menjadi 32mm (eksternal).
• Satu pengurangan PVC dari 25mm menjadi 20mm (eksternal).
• Sebotol Betadine kosong.
• Sebuah corong alto saxophone.
• Sebuah buluh alto saxophone.
• Sebuah ligatur alto saxophone.
• Beberapa busa.
• Banyak kabel (disarankan kabel audio, karena dipasangkan merah-hitam).
• Beberapa sekrup.
• Cat semprot hitam matte.
• Pernis semprot matte.

Langkah 1: Tubuh

Pertama, pipa PVC dipilih untuk menjadi bagian dari tubuh. Anda dapat memilih diameter lain, meskipun kami merekomendasikan diameter eksternal 32mm, dan panjang 40cm, karena kami merasa nyaman dengan dimensi ini.

Setelah Anda mendapatkan pipa di tangan Anda, letakkan tata letak tanda untuk tombol. Ini tergantung pada panjang jari Anda. Sekarang, dengan tanda selesai, bor lubang yang sesuai untuk setiap tombol. Kami merekomendasikan untuk memulai dengan sedikit kurus, dan menumbuhkan lubang dengan menambah diameter yang digunakan untuk bor. Juga, menggunakan burin sebelum bor dapat meningkatkan stabilitas.

Anda harus memasukkan empat kabel yang tidak terhubung untuk menghubungkan pengukur tekanan dan sensor tekanan udara nanti; bagian ini (tubuh) dan lehernya disatukan dengan pipa penghubung 67 derajat. Pipa ini diamplas dan dicat hitam.

Untuk menyambung bagian ini dengan kaki, kami menggunakan sambungan reduksi PVC dari 40mm menjadi 32mm (diameter luar). Empat sekrup kayu ditambahkan untuk memperkuat sambungan. Di antara sambungan reduksi dan bodi, kami membuat bor dan memasang sekrup yang lebih lebar untuk mendapatkan stabilitas. Kami merekomendasikan untuk mengebor tabung sebelum pemasangan kabel; jika tidak, kehancuran terjamin.

Langkah selanjutnya adalah menyolder kabel ke terminal tombol, mengukur panjang ke bawah, dan menyisakan panjang tambahan untuk menghindari sambungan menjadi kencang. Setelah pipa diamplas dan dicat hitam (kami menggunakan cat semprot hitam matte; berikan lapisan sebanyak yang Anda inginkan, sampai terlihat bagus di bawah sinar matahari), masukkan kancing dari atas ke bawah, beri label masing-masing. Kami merekomendasikan untuk menggunakan dua warna berbeda untuk kabel (misalnya hitam dan merah); karena mereka semua terhubung ke ground pada satu pin mereka, kami membiarkan kabel hitam bebas, dan hanya memberi label kabel merah. Kancingnya ditutup menggunakan selotip hitam agar serasi dengan tampilan dan pas tanpa jatuh.

Solder konektor perempuan HD15 (cangkir solder sangat membantu), menggunakan tata letak yang diusulkan dalam diagram langkah 4 (atau Anda sendiri), dan bergabung dengan tanah bersama-sama. Perlu diingat bahwa heat-shrink tubing akan memberikan keandalan yang kuat terhadap korsleting.

Langkah 2: Desain Kaki

Sirkuit yang digunakan untuk desain ini, pada dasarnya, sangat sederhana. Dua baterai lithium secara seri memberi makan regulator tegangan LDO (low-dropout), yang memasok 5V dari outputnya ke seluruh rangkaian. Penguat operasional LM324 berfungsi untuk mengadaptasi rentang dinamis sensor tekanan udara (MP3V5010, 0,2 hingga 3,3 volt) dan perilaku pengukur tekanan (resistor variabel kemiringan negatif) ke input analog papan Arduino (0 hingga 5 volt). Dengan demikian, gain yang dapat disesuaikan non-inverter (1 < G < 3) digunakan untuk yang pertama, dan pembagi tegangan ditambah pengikut untuk yang kedua. Ini memberikan ayunan tegangan yang memadai. Untuk detail lebih lanjut tentang perangkat ini, klik di sini dan di sana. Juga, LP2950 menyediakan referensi untuk 3,3 volt yang perlu dipasok ke MP3V5010.

Model seri FSR (Force Sensing Resistor) apa pun sudah cukup, dan meskipun 04 adalah yang tercantik, kami menggunakan 07 karena masalah stok. Sensor-sensor ini mengubah hambatan listriknya tergantung pada gaya tekuk yang diterapkan, dan kami menguji secara eksperimental bahwa mereka tidak berubah ketika ditekan di sepanjang permukaannya. Ini adalah kesalahan pada awalnya karena tempat kami akan meletakkan potongan, tetapi solusi yang diadopsi berhasil dengan baik dan akan dijelaskan pada langkah keempat.

Salah satu bagian dasar papan adalah MCP23016. Ini adalah I2C I/O Expander 16-bit yang menurut kami berguna untuk menurunkan kerumitan kode (dan, mungkin, pengkabelan). Modul ini digunakan sebagai register 2-byte hanya-baca; itu menghasilkan interupsi (memaksa logika '0', dan karenanya resistor pull-up diperlukan untuk mengatur logika '1') pada pin keenamnya ketika salah satu nilai registernya berubah. Arduino diprogram untuk dipicu oleh kemiringan sinyal ini; setelah ini terjadi, dia meminta data dan mendekodekannya untuk mengetahui apakah catatan itu valid atau tidak, dan jika itu dia menyimpannya dan menggunakannya untuk membangun paket MIDI berikutnya. Masing-masing tombol memiliki dua terminal, terhubung ke ground dan resistor pull-up (4,7K) masing-masing hingga 5 volt. Jadi, ketika ditekan, logika '0' dibaca oleh perangkat I2C, dan logika '1' berarti dilepaskan. Pasangan RC (3.9K dan 33p) mengkonfigurasi jam internalnya; pin 14 dan 15 masing-masing adalah sinyal SCL dan SDA. Alamat I2C untuk perangkat ini adalah 0x20. Periksa lembar data untuk detail lebih lanjut.

Tata letak koneksi yang kami gunakan untuk memasang kabel konektor HD15, tentu saja, tidak unik. Kami melakukannya dengan cara ini karena lebih mudah untuk merutekan pada PCB yang kami buat, dan poin pentingnya terletak pada menjaga daftar node dan tombol masing-masing dengan jelas. Tak perlu dikatakan, tapi saya akan; tombol memiliki dua terminal. Salah satunya (tidak jelas) terhubung ke node masing-masing pada konektor HD15, sementara yang lain terhubung ke ground. Dengan demikian, semua tombol memiliki ground yang sama, dan terhubung hanya ke satu pin konektor HD15. Gambar yang kami sediakan adalah tampak belakang konektor male yaitu tampak depan dari pasangan female. Solder kabel dengan hati-hati, Anda tidak ingin salah sambung, percayalah pada kami.

Agar jelas, kami merancang sirkuit untuk Arduino agar terhubung ke sana. Seharusnya ada cukup ruang untuk sirkuit agar muat di bawahnya, dan kotaknya bisa lebih kecil dari milik kita. Tata letak bangunan yang diusulkan ditawarkan pada gambar di bawah ini. Kami menggunakan silikon untuk menempelkan bagian dudukan baterai ke bagian dalam kotak, mengebor tutupnya di tepinya dan menggunakan sekrup untuk memperbaikinya dengan cara ini.

Untuk menyambung bagian ini dengan bodi, kami menggunakan sambungan reduksi PVC dari 40mm menjadi 32mm (diameter luar). Empat sekrup kayu ditambahkan untuk memperkuat sambungan. Di antara sambungan reduksi dan bodi, kami membuat bor dan memasang sekrup yang lebih lebar untuk mendapatkan stabilitas. Berhati-hatilah agar tidak merusak kabel.

Langkah 3: Majelis Corong

Ini mungkin bagian terpenting dari majelis. Ini murni berdasarkan diagram yang ditunjukkan pada gambar pertama. Bagian yang terlalu besar cukup besar untuk dimasukkan ke dalam tabung PVC 32 mm (eksternal).

Saat mendesain bagian ini (leher), kami memutuskan untuk menggunakan PCB untuk memasang MP3V5010, meskipun Anda dapat mengabaikannya. Menurut PDF, terminal yang digunakan adalah 2 (pasokan 3,3 volt), 3 (tanah) dan 4 (sinyal listrik tekanan udara). Jadi, untuk menghindari memesan PCB untuk masalah ini, kami sarankan Anda memotong pin yang tidak digunakan, dan merekatkan komponen ke tabung PVC setelah pemasangan kabel selesai. Ini adalah cara termudah yang bisa kita pikirkan. Juga, sensor tekanan ini memiliki dua tombol penginderaan; Anda ingin menutupi salah satunya. Ini meningkatkan responsnya. Kami melakukannya dengan memasukkan sepotong logam kecil ke dalam tabung panas-menyusut, ini menutupi kenop, dan memanaskan tabung.

Hal pertama yang ingin Anda lakukan adalah menemukan bagian dengan bentuk kerucut yang dapat dimasukkan ke dalam tabung sensor tekanan udara, seperti yang ditunjukkan pada gambar kedua. Ini adalah bagian kuning pada diagram sebelumnya. Dengan bantuan bor kecil, atau ujung besi solder tipis, buat lubang sempit di puncak kerucut. Uji apakah itu pas; jika tidak, terus perbesar diameter lubang sampai benar. Ketika ini selesai, Anda ingin menemukan bagian yang pas di sekitar yang sebelumnya, menutupinya untuk menghalangi aliran udara keluar. Bahkan, Anda ingin menguji pada setiap langkah yang Anda ambil bahwa udara tidak keluar dari enklosur; jika ya, coba tambahkan silikon di persendian. Ini akan menghasilkan gambar berikutnya. Agar membantu, kami menggunakan botol Betadine untuk tujuan ini: bagian kuning adalah dispenser internal, sedangkan bagian yang menutupinya adalah tutup dengan potongan di kepalanya untuk mengubahnya menjadi bentuk tabung. Pemotongan dilakukan dengan pisau panas.

Bagian berikutnya adalah pengurangan PVC dari 25 (eksternal) menjadi 20 (internal). Bagian ini dipasang dengan baik ke dalam tabung yang sudah diatur, meskipun kami perlu mengampelasnya dan merekatkan dindingnya untuk menghalangi aliran udara yang disebutkan. Untuk saat ini, kami ingin ini menjadi rongga tertutup. Dalam diagram, bagian yang kita bicarakan ini adalah yang abu-abu gelap yang langsung mengikuti yang kuning. Setelah bagian ini ditambahkan, leher instrumen hampir selesai. Langkah selanjutnya adalah memotong sepotong dari tabung PVC berdiameter 32 mm (eksternal) dan mengebor lubang di tengahnya, membiarkan kabel pengukur tekanan keluar. Solder empat kabel yang kami sebutkan sebelumnya pada langkah 1 seperti yang ditunjukkan pada diagram berikutnya, dan rekatkan leher ke persimpangan miring (setelah mengecatnya hitam, untuk tujuan estetika).

Langkah terakhir adalah menyegel corong dengan nyaman. Untuk menyelesaikan tugas ini, kami menggunakan buluh alto sax, selotip hitam, dan pengikat. Pengukur tekanan terletak di bawah buluh, sebelum memasang selotip; sambungan listrik ke pengukur diperkuat dengan tabung penciut panas berwarna hitam. Bagian ini dirancang untuk diekstraksi, sehingga rongga dapat dibersihkan setelah diputar selama beberapa waktu. Semua ini dapat dilihat pada dua gambar terakhir.

Langkah 4: Perangkat Lunak

Silahkan download dan install Virtual MIDI Piano Keyboard, berikut linknya.

Cara logis untuk melakukan langkah ini adalah sebagai berikut: pertama, unduh sketsa Arduino yang disediakan dalam Instruksi ini dan muat ke papan Arduino Anda. Sekarang, luncurkan VMPK dan periksa pengaturan Anda. Seperti yang ditunjukkan pada gambar pertama, 'Masukkan koneksi MIDI' harus menjadi papan Arduino Anda (dalam kasus kami Arduino Leonardo). Jika Anda menggunakan Linux, tidak perlu menginstal apa pun, pastikan file VPMK Anda memiliki properti yang ditunjukkan pada gambar kedua.

Langkah 5: Pemecahan Masalah

Kasus 1. Sistem tampaknya tidak berfungsi. Jika LED Arduino tidak menyala atau sedikit lebih gelap dari biasanya, harap periksa apakah sistem diberi daya dengan benar (lihat kasus 6).

Kasus 2. Sepertinya ada asap karena ada sesuatu yang berbau seperti terbakar. Mungkin, ada korsleting di suatu tempat (periksa kabel daya dan kabel). Mungkin Anda harus menyentuh (dengan hati-hati) setiap komponen untuk memeriksa suhunya; jika lebih panas dari biasanya, jangan panik, ganti saja.

Kasus 3. Arduino tidak dikenali (di Arduino IDE). Unggah lagi sketsa yang disediakan, jika masalah berlanjut, pastikan Arduino terpasang dengan benar ke komputer dan pengaturan Arduino IDE diatur ke default. Jika tidak ada yang berhasil, pertimbangkan untuk mengganti Arduino. Dalam beberapa kasus, menekan tombol reset saat "mengkompilasi", lalu melepaskannya saat "mengunggah", dapat membantu mengunggah sketsa.

Kasus 4. Beberapa tombol tampaknya tidak berfungsi. Harap pisahkan kunci mana yang tidak berfungsi. Tes kontinuitas mungkin berguna, atau Anda dapat menggunakan sketsa yang disediakan untuk menguji tombol; resistor pull-up mungkin tidak disolder dengan benar atau tombolnya rusak. Jika kuncinya baik-baik saja, silakan hubungi kami untuk mengungkap masalah Anda.

Kasus 5. Saya tidak dapat menerima catatan apa pun di VMPK. Harap periksa apakah Arduino terpasang dengan benar ke komputer. Kemudian, pada VMPK, ikuti langkah-langkah yang ditunjukkan pada langkah 3. Jika masalah berlanjut, lakukan reset tombol atau hubungi kami.

Kasus 6. Uji penyalaan listrik. Lakukan pengukuran selanjutnya: setelah melepas Arduino dari cape, hidupkan sakelar. Tempatkan probe hitam pada pin ground (siapa pun akan cukup) dan gunakan probe merah untuk memeriksa node daya. Di pelat positif baterai setidaknya harus ada penurunan tegangan 7,4 volt, jika tidak, isi daya baterai. Harus ada penurunan tegangan yang sama pada input LM2940, seperti yang terlihat pada skema. Pada outputnya, harus ada penurunan 5 volt; nilai yang sama diharapkan dari LM324 (pin 4), MCP23016 (pin 20) dan LP2950 (pin 3). Output yang terakhir harus menunjukkan nilai 3,3 volt.