Créer un instrument MIDI contrôlé par le vent : 5 étapes (avec images)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Ce projet a été soumis à 'Creative Electronics', un module de BEng Electronics Engineering de 4e année à l'Université de Malaga, École des télécommunications.

L'idée originale est née il y a longtemps, car mon pote, Alejandro, a passé plus de la moitié de sa vie à jouer de la flûte. Ainsi, il a trouvé séduisante l'idée d'un instrument à vent électronique. C'est donc le produit de notre coopération; l'objectif principal de cette approche était d'obtenir une construction esthétiquement sobre, semblable à celle d'une clarinette basse.

Démo:)

Fournitures

• Une carte Arduino (nous avons utilisé le SAV MAKER I, basé sur Arduino Leonardo).
• Un capteur de pression d'air, le MP3V5010.
• Une jauge de contrainte, la FSR07.
• Résistances: 11 de 4K7, 1 de 3K9, 1 de 470K, 1 de 2M2, 1 de 100K.
• Un potentiomètre de 200K.
• Un condensateur céramique de 33pF.
• Deux condensateurs électro de 10uF et 22uF.
• Un LM2940.
• Un LP2950.
• Un LM324.
• Un MCP23016.
• Une planche perforée de 30x20 trous.
• Embases à 30 broches, à la fois femelle et mâle (un genre pour l'Arduino, l'autre pour la cape).
• Une paire de connecteurs HD15, à la fois mâle et femelle (avec coupelles à souder).
• Empruntez le tube thermorétractable et le ruban isolant d'un ami. Noir de préférence.
• Deux batteries Li-ion 18650 et leur support de batterie.
• Un interrupteur.
• Un câble USB Arduino.
• Au moins, 11 boutons, si vous voulez une sensation de qualité, n'utilisez pas les nôtres.
• Une sorte de boîtier ou de boîtier. Une planche de bois d'environ un mètre carré suffirait.
• Un demi-mètre de tube PVC, 32 mm externe.
• Joint PVC à 67 degrés pour le tube précédent.
• Une réduction PVC de 40mm à 32mm (externe).
• Une réduction PVC de 25mm à 20mm (externe).
• Une bouteille vide de Bétadine.
• Un bec de saxophone alto.
• Anche de saxophone alto.
• Une ligature de saxophone alto.
• Un peu de mousse.
• Beaucoup de fil (fil audio recommandé, car il va en paire rouge-noir).
• Quelques vis.
• Peinture en aérosol noir mat.
• Laque en spray mat.

Étape 1: Corps

Tout d'abord, un tuyau en PVC a été choisi pour faire partie du corps. Vous pouvez sélectionner un autre diamètre, même si nous recommandons un diamètre extérieur de 32 mm et une longueur de 40 cm, car nous étions à l'aise avec ces dimensions.

Une fois que vous avez le tuyau entre vos mains, placez une disposition de repères pour les boutons. Cela dépend de la longueur de vos doigts. Maintenant, avec les marquages effectués, percez le trou correspondant pour chaque bouton. Nous vous recommandons de commencer avec une mèche fine et de creuser le trou en incrémentant le diamètre utilisé pour la perceuse. De plus, l'utilisation d'un burin avant la perceuse peut améliorer la stabilité.

Vous devez introduire quatre fils non connectés afin de connecter plus tard le manomètre et le capteur de pression d'air; cette pièce (le corps) et le col sont collés ensemble avec un tuyau de jonction à 67 degrés. Cette pipe a été poncée et peinte en noir.

Afin de joindre cette pièce au pied, nous avons utilisé un joint de réduction PVC de 40mm à 32mm (diamètre extérieur). Quatre vis à bois ont été ajoutées pour renforcer la jonction. Entre le joint de réduction et le corps, nous avons réalisé un foret et introduit une vis plus large pour gagner en stabilité. Nous recommandons de percer les tubes avant le câblage; sinon, la ruine est assurée.

L'étape suivante consiste à souder les fils aux bornes des boutons, en mesurant la longueur jusqu'en bas et en réservant une longueur supplémentaire pour éviter que la connexion ne soit trop serrée. Une fois que le tuyau a été poncé et peint en noir (nous avons utilisé de la peinture en aérosol noire mate; donnez autant de couches que vous le souhaitez, jusqu'à ce qu'il soit beau sous le soleil), introduisez les boutons de haut en bas, en étiquetant chacun d'eux. Nous vous recommandons d'utiliser deux couleurs différentes pour les câbles (par exemple, noir et rouge); comme ils sont tous reliés à la masse sur l'une de leurs broches, nous avons laissé le câble noir libre et n'avons étiqueté que les câbles rouges. Les boutons ont été recouverts d'un ruban isolant noir pour qu'ils correspondent au look et s'adaptent bien sans tomber.

Souder le connecteur femelle HD15 (les coupelles à souder aident beaucoup), en utilisant la disposition proposée dans le schéma de l'étape 4 (ou la vôtre), et joindre les masses entre elles. Gardez à l'esprit que la gaine thermorétractable offrira une grande fiabilité contre les courts-circuits.

Étape 2: Conception du pied

Le circuit utilisé pour cette conception est, dans sa racine, très simple. Deux batteries au lithium en série alimentent un régulateur de tension LDO (low dropout), qui fournit 5V de sa sortie au reste du circuit. Les amplificateurs opérationnels du LM324 servent à la fois à adapter la plage dynamique du capteur de pression d'air (MP3V5010, 0,2 à 3,3 volts) et le comportement du manomètre (résistance variable à pente négative) aux entrées analogiques de la carte Arduino (0 à 5 volts). Ainsi, un non-onduleur à gain réglable (1 < G < 3) est utilisé pour le premier, et un diviseur de tension plus un suiveur pour le second. Ceux-ci fournissent l'oscillation de tension adéquate. Pour plus de détails sur ces appareils, cliquez ici et là. De plus, le LP2950 fournit une référence pour les 3,3 volts qui doivent être alimentés par le MP3V5010.

N'importe quel modèle de la série FSR (Force Sensing Resistor) suffira, et bien que le 04 soit le plus joli, nous avons utilisé le 07 en raison de problèmes de stock. Ces capteurs changent leur résistance électrique en fonction de la force de flexion appliquée, et nous avons testé expérimentalement qu'ils ne le font pas lorsqu'ils sont pressés le long de toute leur surface. C'était une erreur au départ à cause de l'endroit où nous allions poser la pièce, mais la solution adoptée a fait du bon travail et sera expliquée dans la quatrième étape.

L'une des pièces fondamentales de la carte est le MCP23016. Il s'agit d'un extenseur d'E/S I2C 16 bits que nous avons jugé utile pour réduire la complexité du code (et, peut-être, le câblage). Le module est utilisé comme un registre à 2 octets en lecture seule; il produit une interruption (force un "0" logique, et donc une résistance de rappel est nécessaire pour définir un "1" logique) sur sa sixième broche lorsque l'une de ses valeurs de registre change. L'Arduino est programmé pour être déclenché par la pente de ce signal; après cela, il demande les données et les décode pour savoir si la note est valide ou non, et si c'est le cas, il les stocke et les utilise pour construire le prochain paquet MIDI. Chacun des boutons a deux bornes, connectées à la terre et à une résistance de rappel (4,7 K) à 5 volts, respectivement. Ainsi, lorsqu'il est enfoncé, un "0" logique est lu par le dispositif I2C, et un "1" logique signifie libéré. La paire RC (3.9K et 33p) configure son horloge interne; les broches 14 et 15 sont respectivement des signaux SCL et SDA. L'adresse I2C de cet appareil est le 0x20. Consultez la fiche technique pour plus de détails.

Le schéma de connexion que nous avons utilisé pour le câblage du connecteur HD15 n'est bien sûr pas unique. Nous avons procédé ainsi car il était plus facile de router sur le PCB que nous avons réalisé, et l'important réside dans le fait de garder une liste claire des nœuds et de leurs boutons respectifs. Inutile de dire, mais je le ferai; les boutons ont deux bornes. L'un d'eux (de manière indistincte) est connecté à son nœud respectif sur le connecteur HD15, tandis que l'autre est câblé à la masse. Ainsi, tous les boutons partagent la même masse, et sont connectés à une seule broche du connecteur HD15. L'image que nous fournissons est la vue arrière du connecteur mâle, c'est-à-dire la vue avant de la paire femelle. Soudez soigneusement les fils, vous ne voulez pas le mal connecter, faites-nous confiance.

Pour que cela soit clair, nous avons conçu le circuit pour que l'Arduino y soit connecté. Il devrait y avoir suffisamment d'espace pour que le circuit s'adapte en dessous de lui, et ainsi la boîte peut être plus petite que la nôtre. La disposition du bâtiment proposée est offerte dans l'image ci-dessous. Nous avons utilisé du silicone pour coller la pièce porte-piles à l'intérieur de la boîte, percé la cape sur ses bords et utilisé des vis pour la fixer de cette façon.

Afin de joindre cette pièce au corps, nous avons utilisé un joint de réduction en PVC de 40 mm à 32 mm (diamètre extérieur). Quatre vis à bois ont été ajoutées pour renforcer la jonction. Entre le joint de réduction et le corps, nous avons réalisé un foret et introduit une vis plus large pour gagner en stabilité. Veillez à ne pas endommager les fils.

Étape 3: Assemblage de l'embout buccal

C'est probablement la partie la plus importante de l'assemblage. Il est purement basé sur le diagramme montré dans la première image. La partie surdimensionnée est suffisamment grande pour s'insérer dans le tube PVC de 32 mm (externe).

Lors de la conception de cette pièce (le manche), nous avons décidé d'utiliser un PCB pour monter le MP3V5010, bien que vous puissiez l'ignorer. Selon le PDF, les bornes utilisées sont 2 (alimentation 3,3 volts), 3 (masse) et 4 (le signal électrique de pression d'air). Ainsi, afin d'éviter de commander un PCB pour cette matière, nous vous suggérons de couper les broches non utilisées, et de coller le composant sur le tube PVC une fois le câblage terminé. C'est la façon la plus simple à laquelle nous pourrions penser. En outre, ce capteur de pression a deux boutons de détection; vous voulez couvrir l'un d'entre eux. Cela améliore sa réponse. Nous l'avons fait en introduisant un petit morceau de métal dans un tube thermorétractable, cela recouvrant le bouton, et en chauffant le tube.

La première chose à faire est de trouver une pièce de forme conique qui pourrait tenir dans le tube du capteur de pression d'air, comme le montre la deuxième image. C'est la pièce jaune dans le diagramme précédent. À l'aide d'une petite perceuse ou d'une fine pointe de fer à souder, creusez un trou étroit au sommet du cône. Testez s'il est bien ajusté; sinon, continuez à augmenter le diamètre du trou jusqu'à ce qu'il le fasse. Lorsque cela est terminé, vous voulez trouver une pièce qui s'adapte à la précédente, la recouvrant de manière à empêcher le flux d'air vers l'extérieur. En fait, vous voulez vérifier à chaque pas que l'air ne s'échappe pas de l'enceinte; si c'est le cas, essayez d'ajouter du silicone aux joints. Cela devrait se traduire par l'image suivante. Juste pour aider, nous avons utilisé une bouteille de Bétadine à cet effet: la pièce jaune est le distributeur interne, tandis que la pièce qui le recouvre est le bouchon avec une découpe sur sa tête pour le transformer en forme de tube. La coupe a été faite avec un couteau chaud.

La pièce suivante était une réduction du PVC de 25 (externe) à 20 (interne). Cette pièce s'emboîtait bien dans le tube déjà disposé, bien que nous devions le poncer et coller ses parois pour empêcher le flux d'air mentionné. Pour l'instant, nous voulons que ce soit une cavité fermée. Dans le schéma, cette pièce dont nous parlons est la pièce gris foncé qui suit directement la jaune. Une fois cette pièce ajoutée, le manche de l'instrument est presque terminé. L'étape suivante consiste à découper un morceau du tube PVC de 32 mm (extérieur) de diamètre et à percer un trou en son centre, en laissant sortir les fils du manomètre. Soudez les quatre fils que nous avons mentionnés précédemment à l'étape 1 comme indiqué dans le schéma suivant, et collez le col à la jonction coudée (après l'avoir peint en noir, à des fins esthétiques).

La dernière étape consiste à sceller l'embout buccal de manière pratique. Pour accomplir cette tâche, nous avons utilisé une anche de sax alto, du ruban isolant noir et une ligature. Le manomètre était situé sous le roseau, avant d'appliquer le ruban; les connexions électriques à la jauge ont été renforcées avec des tubes thermorétractables noirs. Cette pièce est conçue pour être extraite, de sorte que la cavité puisse être nettoyée après avoir joué pendant un certain temps. Tout cela se voit sur les deux dernières photos.

Étape 4: Logiciel

Veuillez télécharger et installer Virtual MIDI Piano Keyboard, voici le lien.

La manière logique d'effectuer cette étape est la suivante: tout d'abord, téléchargez le croquis Arduino fourni dans ce Instructables et chargez-le sur votre carte Arduino. Maintenant, lancez VMPK et vérifiez vos paramètres. Comme le montre la première image, "Connexion MIDI d'entrée" devrait être votre carte Arduino (dans notre cas, Arduino Leonardo). Si vous utilisez Linux, il n'est pas nécessaire d'installer quoi que ce soit, assurez-vous simplement que votre fichier VPMK possède les propriétés indiquées dans la deuxième figure.

Étape 5: Dépannage

Cas 1. Le système ne semble pas fonctionner. Si la LED de l'Arduino n'est pas allumée ou est légèrement plus sombre que d'habitude, veuillez vérifier que le système est correctement alimenté (reportez-vous au cas 6).

Cas 2. Il semble y avoir de la fumée parce que quelque chose sent le brûlé. Il y a probablement un court-circuit quelque part (vérifiez l'alimentation et les faisceaux de câbles). Peut-être devriez-vous toucher (avec prudence) chaque composant pour vérifier sa température; s'il fait plus chaud que d'habitude, pas de panique, remplacez-le simplement.

Cas 3. Arduino n'est pas reconnu (dans l'IDE Arduino). Téléchargez à nouveau les croquis fournis, si le problème persiste, assurez-vous que l'Arduino est correctement connecté à l'ordinateur et que les paramètres Arduino IDE sont définis par défaut. Si rien ne fonctionne, pensez à remplacer l'Arduino. Dans certains cas, appuyer sur le bouton de réinitialisation pendant la "compilation", puis le relâcher pendant le "téléchargement", peut aider à télécharger le croquis.

Cas 4. Certaines touches semblent mal fonctionner. Veuillez isoler quelle clé ne fonctionne pas. Un test de continuité peut être utile, ou vous pouvez utiliser le croquis fourni pour tester les boutons; la résistance pull-up n'est peut-être pas soudée correctement ou le bouton est défectueux. Si les clés sont correctes, veuillez nous contacter pour exposer votre problème.

Cas 5. Je ne peux recevoir aucune note sur VMPK. Veuillez vérifier que l'Arduino est correctement connecté à l'ordinateur. Ensuite, sur VMPK, suivez les étapes indiquées à l'étape 3. Si le problème persiste, effectuez une réinitialisation des boutons ou contactez-nous.

Cas 6. Test de mise sous tension électrique. Effectuez les mesures suivantes: après avoir retiré l'Arduino de la cape, allumez l'interrupteur. Placez la sonde noire sur la broche de masse (n'importe qui suffira) et utilisez la sonde rouge pour vérifier les nœuds d'alimentation. Sur la plaque positive de la batterie, il devrait y avoir au moins une chute de tension de 7,4 volts, sinon, chargez les batteries. Il devrait exister la même chute de tension à l'entrée du LM2940, comme on le voit sur le schéma. A sa sortie, il doit y avoir une chute de 5 volts; la même valeur est attendue du LM324 (broche 4), du MCP23016 (broche 20) et du LP2950 (broche 3). La sortie du dernier doit afficher une valeur de 3,3 volts.