Instrumento inteligente ultrasónico: 4 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Objetivo

Este es un instrumento que usa un sensor ultrasónico para medir la distancia de un objeto (podría ser su mano). Con esto se selecciona una nota para tocar, en diferentes modos el instrumento toca cosas diferentes. Puede ser una sola nota (para usar el instrumento como bajo) o varias notas en secuencia (para usar como sintetizador).

Te recomiendo que hagas esto solo si tienes conocimientos básicos de electrónica y soldadura.

Instrumentos:

- Impresora 3D con un área de impresión mínima de 12x8cm- Cortadora láser o máquina CNC con un área de trabajo mínima de 300x200mm- Equipo de lijado- Pistola de pegamento caliente- Soldador- Pelacables

Materiales:

- Madera (MDF) de 3 mm de grosor El tamaño total necesario es de 600x400 mm, pero puede cortar cada parte de tablas más pequeñas, el lado mínimo necesario entonces es de 300x200 mm (esta es la dimensión exterior de una pieza necesaria, así que tenga en cuenta que el exterior no debe cortarse si usa este método)

- Altavoz (5W 8Ohms 93 mm de diámetro exterior) probablemente necesitará editar las dimensiones del orificio del altavoz ya que no todos los altavoces son iguales - Arduino (UNO) - Cables Dupont de 20 y 10 cm 22 x 10 cm macho - macho 10 x 20 cm macho - hembra 4 x 20 cm hembra - hembra (cables de 10 cm) (cables de 20 cm)

- Alambre aprox. 2x60cm (2 mm de grosor, pero esto realmente no importa mucho)

- 2 anillos de ferrita (para reducir el ruido, no es necesario para la función pero se recomienda) - 4 botones (16 mm) (botones de 16 mm)

- 1 pedal de piano - LCD 20x4 con adaptador I2C (LCD 20x4 incl. Adaptador I2C)

- Módulo de amplificador de audio TDA2030A (módulo de amplificador de audio TDA 2030)

- Fuente de alimentación Arduino de 5 V o cable USB cortado para usar con un banco de energía - Puerto de conector de audio de 3,5 mm (puerto de conector de audio de 3,5 mm (no es exactamente el mismo que yo uso)) (segunda opción)

- Tubo termorretráctil (2 mm) (juego de tubos termorretráctiles) - Placa de pruebas pequeña (opcional, también puede soldar los cables donde lo uso) (Mini placa de pruebas)

Proceso e historia de diseño

Hice este instrumento para un proyecto escolar, necesitaba diseñar y construir un objeto inteligente. Después de un poco de lluvia de ideas, se me ocurrió la idea de construir un instrumento que tocara varias notas cuando el usuario acaba de dar el instrumento 1.

Cuando diseñé este instrumento por primera vez, se veía un poco diferente y tenía algunas otras funciones que el producto final. Mi primer criterio para este instrumento fue que debería poder tocar diferentes sonidos (como un piano o una guitarra) y tocar acordes. Sin embargo, después de algunas revisiones, no pude entender cómo reproducir los archivos de sonido de una tarjeta SD, el sonido seguía estropeándose. Entonces, en una iteración posterior, decidí que el instrumento debería reproducir señales PWM que también suenan bien. Este es el punto en el que pasó de ser un piano con sensor ultrasónico a una versión inteligente de un Theramin.

Al programar algunas otras funciones, me di cuenta de que no iba a poder reproducir varios tonos al mismo tiempo con un altavoz dentro del período de tiempo de este proyecto. Así que decidí convertirlo en un sintetizador que, en lugar de tocar varios tonos al mismo tiempo, tocaba algunas notas en secuencia.

Este proyecto es la primera vez que usé una cortadora láser y tuve que usar Adobe Illustrator, así que espero poder explicar mi trabajo lo suficientemente bien.

Paso 1: Montaje de los componentes (fase de prueba)

Antes de construir todo, debemos probar todos nuestros componentes para que todo funcione.

Comience soldando los cables que necesitan soldadura, estos son: - El conector jack de audio, estos son 2 cables. Un cable es el suelo y el otro es un cable de señal. Es probable que haya más conexiones disponibles porque un conector jack estéreo tiene una señal R y L, solo usamos una. La única forma de verificar cuál necesita es probar conectando el cable de uno en uno y ver si el circuito está cerrado (puede probar esto con un multímetro).

- 2 cables en el altavoz, positivo y negativo. - Los cables positivo y negativo de los 4 pulsadores. Puede insertar el extremo del cable macho en las clavijas de contacto de los botones. Use el tubo termorretráctil para aislar los cables cuando haya terminado de soldar

Ahora es el momento de conectar los cables. Siga el diagrama y las fotos para conectar los cables correctos en los lugares correctos.

Anillos de ferrita Debido a que el arduino no está hecho para audio, puede detectar interferencias electromagnéticas. Puede agregar un anillo de ferrita al cable de señal de audio y al cable del altavoz. Para ello, envuelva el cable 2 o 3 veces alrededor de un anillo de ferrita. Esto debería ayudar a reducir o eliminar por completo los silbidos del instrumento.

(opción de alimentación 1) fuente de alimentación externa no a través de Arduino Es opcional agregar energía directamente al circuito en lugar de a través del puerto de alimentación arduino. Si desea esto, debe conectar los cables positivo y negativo de la fuente de alimentación externa a las líneas positivas y negativas en la placa de pruebas. Debe haber un cable desde el lado positivo en la placa de pruebas al pin Vin (ubicado además de los pines GND) en el arduino y un cable desde el lado negativo a un pin GND en el arduino. (Opción de alimentación 2) Alimentación externa conectada a toma de corriente arduino Si desea utilizar un adaptador conectado a la toma de corriente arduino, debe conectar un cable desde el pin arduino 5V al lado positivo de la placa de pruebas y un cable desde un pin GND al lado negativo

Carga de los archivos Ahora conecte el arduino a su computadora y cargue el programa. Tenga en cuenta que debe poner el code.ino y pitches.h en una carpeta llamada código. En el IDE de arduino (el programa) debe descargar las siguientes bibliotecas si no las tiene: LiquidCrystal_I2C de Frank de BrabanderWire de adafruit (este uno ya debería estar integrado)

Paso 2: Hacer el caso

Si todo funciona, puede hacer el estuche. Corte por láser / CNC (ver video) Antes de comenzar a cortar, es posible que deba editar los orificios del altavoz para que se ajusten al altavoz que tiene. Tengo un altavoz con una rejilla pequeña que usa los 4 orificios alrededor del orificio del altavoz. Así que edite esto primero si es necesario.

Comience cortando la madera con un cortador láser o una máquina CNC. El archivo a usar es Case_laser_cut.ai Una vez que tenga las piezas, puede probar que encajen, si son demasiado grandes, simplemente lije un poco hasta que encajen. Ahora puede pegar las piezas de madera con pegamento para madera. No debe pegar la parte superior (la tabla con agujeros) ya que tenemos que colocar todas las partes y debemos poder abrir la carcasa si hay algún problema. Tenga en cuenta que aprieta todo junto mientras se seca (déjelo durante aproximadamente 24 horas para que se endurezca por completo).

Impresión 3D Ahora puede imprimir la carcasa del lcd y las letras para arriba de los botones (Case LCD.stl y letters.stl) Recomiendo estos ajustes: - Altura de capa 0.1 mm - Velocidad 30 mm / s para las letras y 60 mm / s para el lcd carcasa- Use un ventilador de enfriamiento de capa para la carcasa del LCD ya que tiene mucho voladizo- No se necesita soporte Una vez que las impresiones estén terminadas, lije los bordes para que queden algo lisos y si el lcd no encaja intente lijarlo un poco más, Una vez que el estuche esté listo y las piezas estén impresas, puede comenzar a ensamblar todo. Coloque el lcd en la carcasa del lcd y coloque el conector del conector de audio para el pedal en el orificio de la parte posterior. Pegue el conector del lcd y el conector en su lugar. Ahora pegue la carcasa del lcd a la madera, puede poner el pegamento en el borde en la parte inferior de la carcasa del lcd. Ahora pegue las letras de los botones en la parte superior de los botones. Dependiendo del altavoz que tenga, puede pegarlo en su lugar, yo tenga un altavoz con una rejilla pequeña que utilice los 4 orificios alrededor del orificio del altavoz. Dependiendo de cómo editó el orificio del altavoz para su altavoz, este paso podría ser diferente para usted. Pegue el sensor ultrasónico en su lugar usando los 2 orificios en la parte inferior. También puede pegar la (s) placa (s) de prueba, Arduino y el módulo amplificador de audio en su lugar pero esto no es necesario. Vuelve a conectar todo y listo, enciende la energía y disfruta!

Paso 3: Limitaciones y problemas conocidos

Este instrumento no es perfecto En primer lugar, es un juguete, no un producto. El arduino no está hecho para usarse como instrumento, así que no creas que la sincronización será 100% correcta. Debido al retraso en las operaciones en el código, es imposible fabricar este instrumento con una sincronización precisa. - A veces, el sensor ultrasónico tiene una falla que puede resultar en la reproducción de una nota aleatoria o notas inexactas.

- Al utilizar el instrumento, recomiendo utilizar un objeto plano como un trozo de cartón o madera para sujetarlo por encima del sensor. Las superficies curvas reflejan las señales del sensor, por lo que esto da como resultado la reproducción de notas inexactas. Puede usar su mano, pero manténgala tan plana y firme sobre el sensor como sea posible. Sin cambiar de reproducción automática desactivada a activada. Esto se debe a un error en el código que aún no he encontrado. Puedes solucionarlo presionando el botón de reproducción automática y al mismo tiempo presionando el pedal. O puede apagarlo y encenderlo nuevamente.

- Retraso al tocar una nota, esto se debe a que el código en el arduino tarda unos milisegundos lo cual es imposible de eliminar ya que el arduino no está hecho para fabricar instrumentos.- algún código está en holandés, esto se debe a que soy holandés y algo de inglés las palabras no cabían en la pantalla LCD. Intenté hacer todo lo posible en inglés.

Paso 4: mejoras de bricolaje

¡Después de construir esto, no has terminado! Puedes intentar mejorar tus propias habilidades y agregar características a esto que no pude integrar en el período de tiempo que tenía.

- agregar múltiples sonidos - reproducir múltiples tonos al mismo tiempo - agregar más altavoces - agregar más estilos - agregar leds que bailan con su música