Instrument intelligent à ultrasons : 4 étapes (avec photos)

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

But

Il s'agit d'un instrument qui utilise un capteur à ultrasons pour mesurer la distance d'un objet (cela pourrait être votre main). Avec cela, une note est sélectionnée pour jouer, dans différents modes, l'instrument joue différentes choses. Cela peut être une seule note (pour utiliser l'instrument comme basse) ou plusieurs notes en séquence (pour une utilisation comme synthétiseur).

Je vous recommande de le faire uniquement si vous avez une compréhension de base de l'électronique et de la soudure.

Outils:

- Imprimante 3D avec une surface d'impression minimale de 12x8cm- Découpeuse laser ou machine CNC avec une surface de travail minimale de 300x200mm- Équipement de ponçage- Pistolet à colle chaude- Fer à souder- Dénudeur de fil

Matériaux:

- Bois (MDF) 3mm d'épaisseur La dimension totale nécessaire est de 600x400mm mais vous pouvez découper chaque partie dans des planches plus petites, le côté minimum nécessaire est alors de 300x200mm (c'est la dimension extérieure d'une pièce nécessaire donc gardez à l'esprit que l'extérieur ne doivent être coupés si vous utilisez cette méthode)

- Haut-parleur (5W 8Ohms 93mm de diamètre extérieur) vous aurez très probablement besoin de modifier les dimensions du trou du haut-parleur car tous les haut-parleurs ne se ressemblent pas - Arduino (UNO)- Câbles Dupont 20 et 10 cm22x 10cm mâle - mâle10x 20cm mâle - femelle4 x 20cm femelle - femelle (câbles de 10 cm) (câbles de 20 cm)

- Fil env. 2x60cm (2mm d'épaisseur, mais cela n'a pas vraiment d'importance)

- 2 anneaux en ferrite (pour la réduction du bruit, non nécessaires pour la fonction mais recommandés) - 4 boutons (16 mm) (boutons 16 mm)

- 1 pédale de piano - LCD 20x4 avec adaptateur I2C (20x4 LCD incl. adaptateur I2C)

- Module d'ampli audio TDA2030A (module d'ampli audio TDA 2030)

- Source d'alimentation Arduino 5 V ou câble usb coupé à utiliser avec une banque d'alimentation - Port jack audio 3,5 mm (port Jack audio 3,5 mm (pas exactement le même que celui que j'utilise)) (2ème option)

-Tube thermorétractable (2mm)(Jeu de tubes thermorétractables)-Petite planche à pain (en option, vous pouvez également souder les fils ensemble là où je l'utilise)(Mini planche à pain)

Processus de conception et historique

J'ai réalisé cet instrument pour un projet scolaire, j'avais besoin de concevoir et construire un objet intelligent. Après un peu de remue-méninges, j'ai eu l'idée de construire un instrument qui jouerait plusieurs notes lorsque l'utilisateur vient de donner l'instrument 1.

Lorsque j'ai conçu cet instrument pour la première fois, il avait l'air un peu différent et avait quelques autres fonctions que le produit final. Mon premier critère pour cet instrument était qu'il soit capable de jouer différents sons (comme un son de piano ou de guitare) et de jouer des accords. Cependant, après quelques révisions, je n'arrivais pas à comprendre comment lire les fichiers son à partir d'une carte SD, le son n'arrêtait pas de se gâter. Ainsi, dans une itération ultérieure, j'ai décidé que l'instrument devrait simplement jouer des signaux PWM qui sonnent également bien. C'est le point où cela est passé d'un piano avec un capteur à ultrasons à une version intelligente d'un Theramin.

Lors de la programmation de quelques autres fonctions, j'ai réalisé que je n'allais pas être en mesure de jouer plusieurs sons en même temps avec un seul haut-parleur dans le délai de ce projet. J'ai donc décidé d'en faire un synthétiseur qui, au lieu de jouer plusieurs sons en même temps, jouait quelques notes en séquence.

Ce projet est la première fois que j'utilisais un découpeur laser et que je devais utiliser Adobe Illustrator, j'espère donc pouvoir expliquer assez bien mon travail.

Étape 1: Assemblage des composants (phase de test)

Avant de construire le tout, nous devons tester tous nos composants pour que tout fonctionne.

Commencez par souder les fils qui ont besoin de souder, ce sont: - Le connecteur jack audio, ce sont 2 fils. Un fil est la terre et l'autre est un fil de signal. Il y a probablement plus de connexions disponibles car une prise jack stéréo a un signal R et L, nous n'en utilisons qu'un. La seule façon de vérifier celui dont vous avez besoin est de tester la connexion du fil à un à la fois et de voir si le circuit est fermé (vous pouvez le tester avec un multimètre).

- 2 fils sur le haut-parleur, positif et négatif. - Les fils positif et négatif sur les 4 boutons poussoirs. Vous pouvez insérer l'extrémité du fil mâle dans les broches de contact des boutons. Utilisez le tube thermorétractable pour isoler les fils lorsque vous avez terminé de souder

Il est maintenant temps de connecter les fils. Suivez le schéma et les photos pour connecter les bons fils aux bons endroits.

Anneaux de ferriteParce que l'arduino n'est pas fait pour l'audio, il peut capter les interférences électromagnétiques. Vous pouvez ajouter un anneau de ferrite au câble de signal audio et au fil de haut-parleur. Pour ce faire, enroulez le fil 2 ou 3 fois autour d'un anneau de ferrite. Cela devrait aider à réduire ou à supprimer complètement les sifflements de l'instrument.

(option d'alimentation 1) source d'alimentation externe non via Arduino Il est facultatif d'ajouter de l'alimentation directement dans le circuit au lieu de passer par le port d'alimentation arduino. Si vous le souhaitez, vous devez connecter les fils positif et négatif de la source d'alimentation externe aux lignes positive et négative de la planche à pain. Il devrait y avoir un fil du côté positif de la planche à pain à la broche Vin (située à côté des broches GND) sur l'arduino et un fil du côté négatif à une broche GND sur l'arduino. (option d'alimentation 2) Alimentation externe connectée à prise d'alimentation arduinoSi vous souhaitez utiliser un adaptateur connecté à la prise d'alimentation arduino, vous devez connecter un fil de la broche arduino 5V au côté positif de la planche à pain et un fil d'une broche GND au côté négatif

Téléchargement des fichiersBranchez maintenant l'arduino sur votre ordinateur et téléchargez le programme. Notez que vous devez mettre code.ino et pitches.h dans un dossier appelé code. Dans l'IDE arduino (le programme), vous devez télécharger les bibliothèques suivantes si vous ne les avez pas: LiquidCrystal_I2C de Frank de BrabanderWire d'adafruit (ce un devrait déjà être intégré)

Étape 2: faire le cas

Si tout fonctionne, vous pouvez fabriquer le boîtier. Découpe laser / CNC (voir vidéo) Avant de commencer à découper, vous devrez peut-être modifier le ou les trous du haut-parleur pour l'adapter au haut-parleur que vous possédez. J'ai un haut-parleur avec une petite grille qui utilise les 4 trous autour du trou du haut-parleur. Donc, modifiez-le d'abord si vous en avez besoin.

Commencez par couper le bois avec un cutter laser ou une machine CNC. Le fichier à utiliser est Case_laser_cut.ai Une fois que vous avez les pièces, vous pouvez les tester, si elles sont trop grosses, poncez-les un peu jusqu'à ce qu'elles s'emboîtent. Vous pouvez maintenant coller les pièces de bois avec de la colle à bois. Vous ne devez pas coller la partie supérieure (la planche avec des trous) car nous devons mettre toutes les pièces dedans et nous devons pouvoir ouvrir le boîtier en cas de problème. Gardez à l'esprit que vous serrez le tout pendant qu'il sèche (laissez-le pendant environ 24 heures pour qu'il durcisse complètement).

Impression 3DMaintenant, vous pouvez imprimer le boîtier de l'écran LCD et les lettres au-dessus des boutons (Boîtier LCD.stl et lettres.stl) Je recommande ces paramètres:- Hauteur de couche 0,1 mm- Vitesse 30 mm/s pour les lettres et 60 mm/s pour l'écran lcd boîtier- Utilisez un ventilateur de refroidissement pour le boîtier LCD car il a beaucoup de surplomb- Aucun support n'est nécessaire Une fois les impressions terminées, poncez les bords pour les rendre un peu lisses et si l'écran LCD ne convient pas, essayez de le poncer un peu plus, il devrait s'adapter. Une fois le boîtier terminé et les pièces imprimées, vous pouvez commencer à tout assembler. Mettez l'écran LCD dans le boîtier de l'écran LCD et placez le connecteur jack audio pour la pédale dans le trou à l'arrière. Collez l'écran LCD et le connecteur jack en place. Maintenant, collez le boîtier lcd sur le bois, vous pouvez mettre la colle sur la lèvre au bas du boîtier lcd. Collez maintenant les lettres des boutons sur les boutons. Selon le haut-parleur que vous avez, vous pouvez le coller en place, je avoir un haut-parleur avec une petite grille qui utilise les 4 trous autour du trou du haut-parleur. Selon la façon dont vous avez modifié le trou du haut-parleur pour votre haut-parleur, cette étape peut être différente pour vous. Collez le capteur à ultrasons en place à l'aide des 2 trous du bas. Vous pouvez également coller la (les) maquette(s), l'Arduino et le module amplificateur audio en place. mais ce n'est pas nécessaire. Connectez tout à nouveau et vous avez terminé, allumez l'appareil et profitez-en !

Étape 3: Problèmes connus et limitations

Cet instrument n'est pas parfait. Tout d'abord, c'est un jouet, pas un produit ! L'arduino n'est pas conçu pour être utilisé comme un instrument, alors ne pensez pas que le timing sera correct à 100%. En raison du décalage des opérations dans le code, il est impossible de fabriquer cet instrument avec une synchronisation précise. - Parfois, le capteur à ultrasons a un problème qui peut entraîner la lecture d'une note aléatoire ou la lecture de notes inexactes.

- Lors de l'utilisation de l'instrument, je recommande d'utiliser un objet plat comme un morceau de carton ou de bois à tenir au-dessus du capteur. Les surfaces incurvées reflètent les signaux du capteur, ce qui entraîne des notes inexactes jouées. Vous pouvez utiliser votre main mais la tenir aussi plate et stable que possible au-dessus du capteur. - Ne pas revenir de la lecture automatique à l'activation. Ceci est dû à un bug dans le code que je n'ai pas encore trouvé. Vous pouvez le résoudre en appuyant sur le bouton de lecture automatique et en appuyant en même temps sur la pédale. Ou vous pouvez l'éteindre et le rallumer.

- Lag lors de la lecture d'une note, c'est parce que le code dans l'arduino prend quelques millisecondes, ce qui est impossible à supprimer car l'arduino n'est pas fait pour faire des instruments. - certains codes sont en néerlandais, c'est parce que je suis néerlandais et certains anglais les mots ne tenaient pas sur l'écran LCD. J'ai essayé de faire le plus possible en anglais.

Étape 4: Améliorations du bricolage

Après avoir construit ceci, vous n'avez pas terminé ! Vous pouvez essayer d'améliorer vos propres compétences et d'y ajouter des fonctionnalités que je n'ai pas pu intégrer dans le délai que j'avais.

- ajouter plusieurs sons - jouer plusieurs sons en même temps - ajouter plus de haut-parleurs - Ajouter plus de styles ! - Ajouter des LED qui dansent avec votre musique