Hacer un instrumento MIDI controlado por viento: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Este proyecto se presentó a 'Creative Electronics', un módulo de 4º curso de Ingeniería Electrónica de BEng en la Facultad de Telecomunicaciones de la Universidad de Málaga.

La idea original nació hace mucho tiempo, porque mi compañero Alejandro lleva más de la mitad de su vida tocando la flauta. Por lo tanto, encontró atractiva la idea de un instrumento de viento electrónico. Entonces este es el producto de nuestra cooperación; el enfoque principal de este enfoque fue obtener una construcción estéticamente sobria, similar a la de un clarinete bajo.

Demo:)

Suministros

• Una placa Arduino (usamos SAV MAKER I, basada en Arduino Leonardo).
• Un sensor de presión de aire, el MP3V5010.
• Una galga extensométrica, la FSR07.
• Resistencias: 11 de 4K7, 1 de 3K9, 1 de 470K, 1 de 2M2, 1 de 100K.
• Un potenciómetro de 200K.
• Un condensador cerámico de 33pF.
• Dos condensadores electrolicos de 10uF y 22uF.
• Un LM2940.
• Un LP2950.
• Un LM324.
• Un MCP23016.
• Un tablero perforado de 30x20 agujeros.
• Encabezados de 30 pines, tanto femeninos como masculinos (un género para Arduino, el otro para la capa).
• Un par de conectores HD15, tanto macho como hembra (con copas de soldadura).
• Pida prestado el tubo termorretráctil y la cinta aislante de un amigo. Preferiblemente negro.
• Dos baterías de iones de litio 18650 y su soporte de batería.
• Un interruptor.
• Un cable USB Arduino.
• Al menos, 11 botones, si quieres una sensación de calidad, no uses los nuestros.
• Algún tipo de recinto o estuche. Bastaría con una tabla de madera de aproximadamente un metro cuadrado.
• Medio metro de tubo de PVC, 32mm exterior.
• Junta de PVC de 67 grados para el tubo anterior.
• Una reducción de PVC de 40 mm a 32 mm (externa).
• Una reducción de PVC de 25 mm a 20 mm (externa).
• Una botella vacía de Betadine.
• Una boquilla de saxofón alto.
• Una caña de saxofón alto.
• Abrazadera para saxofón alto.
• Un poco de espuma.
• Mucho cable (se recomienda cable de audio, ya que va en par rojo-negro).
• Algunos tornillos.
• Pintura en aerosol negra mate.
• Laca mate en spray.

Paso 1: Cuerpo

En primer lugar, se eligió una tubería de PVC para formar parte del cuerpo. Puede seleccionar otro diámetro, aunque recomendamos un diámetro externo de 32 mm y una longitud de 40 cm, ya que nos sentimos cómodos con estas dimensiones.

Una vez que tenga la tubería en sus manos, coloque un diseño de marca para los botones. Depende de la longitud de tus dedos. Ahora, con las marcas hechas, taladre el orificio correspondiente para cada botón. Recomendamos comenzar con una broca delgada y engrosar el orificio incrementando el diámetro utilizado para el taladro. Además, usar un buril antes del taladro puede mejorar la estabilidad.

Se deben introducir cuatro cables desconectados para poder conectar posteriormente el manómetro y el sensor de presión de aire; esta pieza (el cuerpo) y el cuello están pegados con un tubo de unión de 67 grados. Esta tubería fue lijada y pintada de negro.

Para unir esta pieza con el pie se utilizó una junta de reducción de PVC de 40 mm a 32 mm (diámetro externo). Se agregaron cuatro tornillos para madera para fortalecer la unión. Entre la junta de reducción y el cuerpo, realizamos un taladro e introdujimos un tornillo más ancho para ganar estabilidad. Recomendamos perforar los tubos antes del cableado; de lo contrario, la ruina está asegurada.

El siguiente paso es soldar los cables a los terminales de los botones, medir la longitud hasta la parte inferior y reservar una longitud adicional para evitar que la conexión quede apretada. Una vez lijada la tubería y pintada de negro (usamos pintura en aerosol negra mate; dale tantas capas como quieras, hasta que luzca agradable bajo la luz del sol), introduce los botones de arriba a abajo, etiquetando cada uno de ellos. Recomendamos utilizar dos colores diferentes para los cables (por ejemplo, negro y rojo); como todos están conectados a tierra en uno de sus pines, dejamos el cable negro libre y etiquetamos solo los cables rojos. Los botones se cubrieron con cinta aislante negra para que combinaran con el aspecto y se ajustaran bien sin caerse.

Suelde el conector hembra HD15 (las copas de soldar ayudan mucho), utilizando el diseño propuesto en el diagrama del paso 4 (o el suyo propio), y una las tierras. Tenga en cuenta que los tubos termorretráctiles proporcionarán una gran fiabilidad contra cortocircuitos.

Paso 2: Diseño del pie

El circuito utilizado para este diseño es, en esencia, muy simple. Dos baterías de litio en serie alimentan un regulador de voltaje LDO (baja caída), que suministra 5V desde su salida al resto del circuito. Los amplificadores operacionales del LM324 sirven para adaptar el rango dinámico del sensor de presión de aire (MP3V5010, 0.2 a 3.3 voltios) y el comportamiento del manómetro (resistencia variable de pendiente negativa) a las entradas analógicas de la placa Arduino (0 a 5 voltios). Así, se utiliza un no inversor de ganancia ajustable (1 <G <3) para el primero, y un divisor de voltaje más un seguidor para el segundo. Estos proporcionan la oscilación de voltaje adecuada. Para obtener más detalles sobre estos dispositivos, haga clic aquí y allá. Además, el LP2950 proporciona una referencia para los 3,3 voltios que deben suministrarse al MP3V5010.

Cualquier modelo de la serie FSR (Force Sensing Resistor) será suficiente, y aunque el 04 es el más bonito, usamos el 07 debido a problemas de stock. Estos sensores cambian su resistencia eléctrica dependiendo de la fuerza de flexión aplicada, y probamos experimentalmente que no lo hacen cuando se presionan a lo largo de toda su superficie. Este fue un error inicialmente por el lugar donde íbamos a colocar la pieza, pero la solución adoptada hizo un buen trabajo y se explicará en el cuarto paso.

Una de las piezas fundamentales del tablero es el MCP23016. Este es un expansor de E / S I2C de 16 bits que consideramos útil para reducir la complejidad del código (y, quizás, el cableado). El módulo se utiliza como un registro de 2 bytes de solo lectura; produce una interrupción (fuerza un "0" lógico, por lo que se necesita una resistencia pull-up para establecer un "1" lógico) en su sexto pin cuando cambia cualquiera de sus valores de registro. El Arduino está programado para ser activado por la pendiente de esta señal; luego de que esto suceda, solicita los datos y los decodifica para saber si la nota es válida o no, y si lo es, la almacena y la usa para construir el siguiente paquete MIDI. Cada uno de los botones tiene dos terminales, conectados a tierra y a una resistencia pull-up (4.7K) a 5 voltios, respectivamente. Por lo tanto, cuando se presiona, el dispositivo I2C lee un "0" lógico, y un "1" lógico significa liberado. El par RC (3.9K y 33p) configura su reloj interno; los pines 14 y 15 son señales SCL y SDA, respectivamente. La dirección I2C para este dispositivo es 0x20. Consulte la hoja de datos para obtener más detalles.

El diseño de conexión que usamos para cablear el conector HD15 no es, por supuesto, único. Lo hicimos de esta manera porque era más fácil enrutar en la PCB que hicimos, y el punto importante radica en mantener una lista clara de los nodos y sus respectivos botones. No hace falta decirlo, pero lo haré; Los botones tienen dos terminales. Uno de ellos (indistintamente) está conectado a su nodo respectivo en el conector HD15, mientras que el otro está conectado a tierra. Por lo tanto, todos los botones comparten la misma tierra y están conectados a un solo pin del conector HD15. La imagen que proporcionamos es la vista posterior del conector macho, es decir, la vista frontal del par hembra. Suelde los cables con cuidado, no querrá desconectarlos, confíe en nosotros.

Para que quede claro, diseñamos el circuito para que Arduino se conecte a él. Debe haber suficiente espacio para que el circuito quepa debajo de él, por lo que la caja puede ser más pequeña que la nuestra. El diseño del edificio propuesto se ofrece en la imagen a continuación. Usamos silicona para pegar el portapilas al interior de la caja, perforamos la capa en sus bordes y usamos tornillos para fijarlo de esta manera.

Para unir esta pieza con el cuerpo se utilizó una junta de reducción de PVC de 40 mm a 32 mm (diámetro exterior). Se agregaron cuatro tornillos para madera para fortalecer la unión. Entre la junta de reducción y el cuerpo, hicimos un taladro e introdujimos un tornillo más ancho para ganar estabilidad. Tenga cuidado de no dañar los cables.

Paso 3: montaje de la boquilla

Esta es probablemente la parte más importante del montaje. Se basa puramente en el diagrama que se muestra en la primera imagen. La parte sobredimensionada es lo suficientemente grande para caber en el tubo de PVC de 32 mm (externo).

Al diseñar esta pieza (el cuello), decidimos usar un PCB para montar el MP3V5010, aunque puede ignorarlo. Según el PDF, los terminales utilizados son 2 (alimentación de 3,3 voltios), 3 (tierra) y 4 (la señal eléctrica de presión de aire). Por lo tanto, para evitar pedir un PCB para este asunto, le sugerimos que corte los pines no utilizados y pegue el componente al tubo de PVC una vez que haya terminado el cableado. Esta es la forma más fácil en la que podríamos pensar. Además, este sensor de presión tiene dos perillas de detección; quieres cubrir uno de ellos. Esto mejora su respuesta. Lo hicimos introduciendo una pequeña pieza de metal en un tubo termorretráctil, que cubría la perilla y calentaba el tubo.

Lo primero que debe hacer es buscar una pieza con forma cónica que pueda caber en el tubo del sensor de presión de aire, como se muestra en la segunda imagen. Esta es la pieza amarilla del diagrama anterior. Con la ayuda de un taladro pequeño, o una punta de hierro de soldadura delgada, talle un agujero estrecho en la punta del cono. Pruebe si le queda bien; si no, siga aumentando el diámetro del agujero hasta que lo haga. Cuando esto termine, querrá encontrar una pieza que encaje alrededor de la anterior, cubriéndola para impedir el flujo de aire hacia afuera. De hecho, desea comprobar en cada paso que da que el aire no se escapa del recinto; si es así, intente agregar silicona en las juntas. Esto debería resultar en la siguiente imagen. Para que sirva de ayuda, utilizamos una botella de Betadine para este fin: la pieza amarilla es el dispensador interno, mientras que la pieza que lo cubre es el tapón con un corte en la cabeza para transformarlo en forma de tubo. El corte se hizo con un cuchillo caliente.

La siguiente pieza fue una reducción de PVC de 25 (externo) a 20 (interno). Esta pieza encajaba muy bien en la tubería ya dispuesta, aunque necesitábamos lijarla y pegar sus paredes para impedir el mencionado flujo de aire. Por ahora, queremos que esta sea una cavidad cerrada. En el diagrama, esta pieza de la que hablamos es la gris oscuro que sigue directamente a la amarilla. Una vez añadida esta pieza, el mástil del instrumento está casi terminado. El siguiente paso es cortar un trozo del tubo de PVC de 32 mm de diámetro (externo) y perforar un agujero en su centro, dejando que salgan los cables del manómetro. Suelde los cuatro cables que mencionamos anteriormente en el paso 1 como se muestra en el siguiente diagrama y pegue el cuello a la unión en ángulo (después de pintarlo de negro, por motivos estéticos).

El último paso es sellar convenientemente la boquilla. Para lograr esta tarea, usamos una caña de saxo alto, cinta aislante negra y una ligadura. El manómetro se colocó debajo de la lengüeta, antes de aplicar la cinta; las conexiones eléctricas al medidor se reforzaron con tubos termocontraíbles negros. Esta pieza está diseñada para ser extraída, de modo que la cavidad se pueda limpiar después de jugar durante algún tiempo. Todo esto se puede ver en las dos últimas imágenes.

Paso 4: software

Descargue e instale Virtual MIDI Piano Keyboard, aquí está el enlace.

La forma lógica de realizar este paso es la siguiente: primero, descargue el boceto de Arduino proporcionado en este Instructables y cárguelo en su placa Arduino. Ahora, inicie VMPK y verifique amablemente su configuración. Como se muestra en la primera imagen, la 'Conexión MIDI de entrada' debería ser su placa Arduino (en nuestro caso Arduino Leonardo). Si está utilizando Linux, no es necesario instalar nada, solo asegúrese de que su archivo VPMK tenga las propiedades que se muestran en la segunda figura.

Paso 5: solución de problemas

Caso 1. Parece que el sistema no funciona. Si el LED de Arduino no está encendido o es un poco más oscuro de lo habitual, verifique que el sistema esté correctamente alimentado (consulte el caso 6).

Caso 2. Parece haber humo porque algo huele a quemado. Probablemente, hay un cortocircuito en alguna parte (verifique los mazos de cables y de energía). Quizás debería tocar (con precaución) cada componente para comprobar su temperatura; Si hace más calor de lo normal, no se asuste, simplemente reemplácelo.

Caso 3. No se reconoce Arduino (en el IDE de Arduino). Cargue nuevamente los bocetos provistos, si el problema persiste, asegúrese de que Arduino esté correctamente conectado a la computadora y que la configuración de Arduino IDE esté configurada por defecto. Si nada funciona, considere reemplazar el Arduino. En algunos casos, presionar el botón de reinicio mientras se "compila" y luego soltarlo mientras se "carga" puede ayudar a cargar el boceto.

Caso 4. Parece que algunas teclas no funcionan correctamente. Aísle qué clave no funciona. Una prueba de continuidad puede ser útil, o puede utilizar el esquema proporcionado para probar los botones; Es posible que la resistencia pull-up no esté correctamente soldada o que el botón esté defectuoso. Si las claves están bien, comuníquese con nosotros para exponer su problema.

Caso 5. No puedo recibir ninguna nota en VMPK. Verifique que el Arduino esté correctamente conectado a la computadora. Luego, en VMPK, siga los pasos que se muestran en el paso 3. Si el problema continúa, reinicie el botón o contáctenos.

Caso 6. Prueba de encendido eléctrico. Realice las siguientes medidas: después de quitar el Arduino de la capa, encienda el interruptor. Coloque la sonda negra en el pin de tierra (cualquiera será suficiente) y use la sonda roja para verificar los nodos de energía. En la placa positiva de la batería debe haber al menos una caída de voltaje de 7,4 voltios; de lo contrario, cargue las baterías. Debería existir la misma caída de voltaje en la entrada del LM2940, como se ve en el esquema. En su salida, debe haber una caída de 5 voltios; se espera el mismo valor del LM324 (pin 4), el MCP23016 (pin 20) y el LP2950 (pin 3). La salida del último debe mostrar un valor de 3.3 voltios.