Automaatsed torukellad: 6 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

Selles juhendis selgitatakse peamisi samme, mida ma järgisin, et ehitada 2006. aastal ehitatud automaatsete torukellade komplekti esimene prototüüp. Automaatsete muusikariistade funktsioonid on järgmised: - 12 helisignaali (12 torukella) - Iga kellamäng mängib ühte nooti, seega suudab mängida täielikku oktaavi (C -st B -ni, sealhulgas toetused) - see võib mängida kuni 4 samaaegset nooti (nii et see võib mängida 4 noodikella akordi) - seda juhitakse arvuti jadapordi kaudu (standardne RS -232) koosneb juhtploki kastist ja kolmest tornist. Igas tornis on neli helisignaali ja kaks mootorit, iga mootor lööb neljast kellast kaks. Kõik tornid on ühendatud juhtploki karbiga 10-juhtmelise bussi kaudu. Juhtseadme ülesanne on toita igale mootorile täpne energia ja kiirus, et tabada iga helisignaali, mängides noote, mida arvuti tarkvara talle saadab. See koosneb sisemiselt kolmest plaadist. Esimene plaat sisaldab mikrokontrollerit, milleks on Atmel ATMega16, ja RS-232 sideelemente. Teine sisaldab mootori juhtahelaid ja kolmas mootori asendikontrollereid. Selle projekti lõpetamiseks kulus mul peaaegu pool aastat. Järgmised sammud on üldised sammud, kus on kõige olulisem teave projekti ehitamise protsessi kohta, pilte saab vaadata väiksemaid üksikasju. Video automaatsetest torukelladest: Projekti avaleht: automaatsete torukellade avaleht

1. samm: kellamängude ehitamine

Esimene samm oli helisignaali ehitamiseks hea ja odava materjali leidmine. Pärast mõnede kaupluste külastamist ja testide tegemist leidsin, et alumiinium oli materjal, mis andis mulle parima helikvaliteedi ja hinna suhte. Nii et ostsin 6 baari, igaüks 1 meetri pikkune. Nende välisläbimõõt oli 1, 6 cm ja siseläbimõõt 1, 5 cm (paksus 1 mm) Kui olin kangid kätte saanud, pidin need lõikama sobiva pikkusega, et saada iga noodi sagedus. Otsisin Internetist ja leidsin mõned huvitavad saidid, mis andsid mulle palju huvitavat teavet iga riba pikkuse arvutamise kohta soovitud sageduste saamiseks (vt linkide jaotis). Ütlematagi selge, et otsitud sagedus oli iga noodi põhiline vabadus ja nagu juhtub peaaegu kõigi instrumentide puhul, toodavad ribad ka muid samaaegseid tihendeid. Need muud samaaegsed sagedused on harmoonilised, mis tavaliselt on põhitakistuse mitmekordsed. Nende harmooniliste arvu, kestuse ja osakaalu eest vastutab insturmentide tämber. Ühe noodi sageduse ja järgmise oktaavi sama noodi vaheline suhe on 2. Seega, kui C -noodi põhisagedus on 261,6 Hz, on järgmise oktaavi C põhisagedus 2*261,6 = 523, 25 Hz. Kuna me teame, et Lääne -Euroopa muusika jagab oktaavi 12 skaalaetapiks (12 pooltooni, mis on korraldatud 7 noodiks ja 5 pidevat nooti), saame järgmise pooltooni sageduse arvutada, korrutades eelmise noodi sageduse 2 # (1/12). Nagu me teame, et C sagedus on 261,6 Hz ja suhe kahe järjestikuse pooltooni vahel on 2 # (1/12), võime järeldada kõik märkmete sagedused: MÄRKUS: sümbol # tähistab võimsusoperaatorit. Näiteks: "a # 2" on sama, mis "a^2" Märkus Freq 01 C 261,6 Hz 02 Csust 261,6 * (2 # (1/12)) = 277,18 Hz 03 D 277,18 * (2 # (1/12)) = 293, 66 Hz 04 Tolm 293, 66 * (2 # (1/12)) = 311, 12 Hz 05 E 311, 12 * (2 # (1/12)) = 329,62 Hz 06 F 329, 62 * (2 # (1/12)) = 349,22 Hz 07 Fsust 349,22 * (2 # (1/12)) = 369,99 Hz 08 G 369,99 * (2 # (1/12)) = 391,99 Hz 09 Puhang 391,99 * (2 # (1/12)) = 415,30 Hz 10 A 415,30 * (2 # (1/12)) = 440,00 Hz 11 Asust 440,00 * (2 # (1/12)) = 466, 16 Hz 12 B 466, 16 * (2 # (1/12)) = 493,88 Hz 13 C 493,88 * (2 # (1/12)) = 2 * 261,6 = 523,25 Hz Eelmine tabel on ainult informatiivne ja ribade pikkust pole vaja arvutada. Kõige tähtsam on sageduste suhetegur: 2 sama noodi jaoks järgmises oktaavis ja (2 # (1/12) järgmise pooltooni jaoks. Kasutame seda ribade pikkuse arvutamiseks kasutatavas valemis. Esialgne valem, mille ma Internetist leidsin (vt linkide jaotist) on: f1/f2 = (L2/L1) # 2 sellest saame hõlpsalt tuletada valemi, mis võimaldab meil arvutada iga riba pikkuse. Kuna f2 on sagedus Järgmisest noodist tahame arvutada ja tahame teada järgmist pooltoonide sagedust: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12)))) = (L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24))) = = L2valem on järgmine: L2 = L1*(2#(-1/24)) Nii saame selle valemiga tuletada helisignaali pikkuse mis mängib järgmist pooltooni, kuid ilmselgelt vajame esimese noodi esitava helisignaali pikkust. Kuidas seda arvutada? Ma ei tea, kuidas esimese helisignaali pikkust arvutada. Ma eeldan, et on olemas valem, mis seostab materjali füüsikalisi omadusi, kangi suurust (pikkus, välimine ja d siseläbimõõt) selle esitamise sagedusega, kuid ma ei tea seda. Leidsin selle lihtsalt kõrva ja kitarri abil häälestades (häälestamiseks võite kasutada ka häälestuskahvlit või arvuti helikaardi sagedusmõõdikut).

2. samm: kolm torni

Pärast vardade õige pikkusega lõikamist pidin nende riputamiseks konstrueerima toe. Tegin mõned visandid ja lõpuks ehitasin need kolm torni, mida näete piltidel. Riputasin iga torni külge neli kellamängu, mis viisid nailontraadi läbi aukude, mida tegin iga kellamängu üla- ja alaosa lähedal. Pidin puurima augud üla- ja alaossa, sest mõlemal küljel oli vaja kellad kinnitada, et vältida nende võnkumist ilma kontrollita, kui neid pulgad tabavad. Aukude paigutamise täpne kaugus oli delikaatne ja need pidid langema kokku varda põhisageduse kahe vibratsioonisõlmega, mis on ülevalt ja alt 22,4%. Need sõlmed on liikumisvabad punktid, kui ribad võnguvad oma põhisagedusel, ja riba kinnitamine nendesse punktidesse ei tohiks neid vibreerimisel mõjutada. Lisasin iga torni ülaossa ka 4 kruvi, et oleks võimalik reguleerida iga kellamängu nailontraadi pinget.

3. samm: mootorid ja lööjad

Järgmine samm oli löögikeppe liigutavate seadmete ehitamine. See oli veel üks kriitiline osa ja nagu piltidelt näha, otsustasin lõpuks kasutada iga ründaja liigutamiseks alalisvoolumootoreid. Igal mootoril on löögipulk ja selle külge kinnitatud asendikontrollisüsteem ning seda kasutatakse kellamängu paari löömiseks. Löögipulk on rattapiik, mille otsas on must puidust silinder. See silinder on kaetud õhukese isekleepuva plastkilega. See materjalide kombinatsioon annab latidele löömisel pehme, kuid valju kõla. Tegelikult katsetasin mõnda muud kombinatsiooni ja see andis mulle parimaid tulemusi (oleksin tänulik, kui keegi mulle parema teada annaks). Mootori positsiooni juhtimissüsteem on optiline 2 -bitise eraldusvõimega kodeerija. See koosneb kahest kettast: üks ketastest pöörleb pulga külge ja selle alumisele pinnale on trükitud mustvalge kodeering. Teine ketas on mootori külge kinnitatud ja sellel on kaks infrapuna CNY70 kiirguse retseptori andurit, mis suudavad eristada teise ketta mustvalget värvi ja seega saavad nad pulga asendi järeldada (ESI, PAREM, VASAK ja TAGASI) Asendi tundmine võimaldab süsteemil pulga tsentreerida enne ja pärast kella löömist, mis tagab täpsema liikumise ja heli.

4. samm: juhtseadme riistvara ehitamine

Kui olin kolm torni valmis saanud, oli aeg juhtimisseade ehitada. Nagu ma teksti alguses selgitasin, on juhtplokk kolmest elektroonilisest tahvlist koosnev must kast. Põhiplaat sisaldab loogikat, jadasideadapterit (1 MAX-232) ja mikrokontrollerit (ATMega32 8-bitine RISC-mikrokontroller). Ülejäänud kaks plaati sisaldavad vooluahelat, mida on vaja positsiooniandurite (mõned takistid ja 3 päästikut-schimdt 74LS14) juhtimiseks ja mootorite toiteks (3 LB293 mootori draiverit). Lisateabe saamiseks võite vaadata skeeme.

Saate alla laadida ZIP -i koos skeemipiltidega allalaaditud piirkonnas.

Samm: püsivara ja tarkvara

Püsivara on välja töötatud C -s, gcc kompilaator on kaasatud tasuta WinAVR -i arenduskeskkonda (IDE -na kasutasin programmeerijate märkmikku). Kui vaatate lähtekoodi, leiate erinevaid mooduleid:

- atb: sisaldab projekti "peamist" ja süsteemi initsialiseerimise rutiine. Kas "atb" -ist, kus kutsutakse teisi mooduleid. - UARTparser: on moodul, millel on jadaanalüüsi kood, mis võtab arvuti poolt RS-232 kaudu saadetud märkmed ja teisendab need "liigutuste" mooduli jaoks arusaadavateks käskudeks. - liigutused: teisendab UARTparserilt saadud märkme käsu erinevateks lihtsateks mootoriliigutusteks, et heliseda. See ütleb moodulile "mootor" iga mootori energia ja suuna. - mootorid: rakendab 6 tarkvara PWM, mis toidavad mootoreid täpse energia ja liikumismooduli seatud täpse kestusega. Arvutitarkvara on lihtne Visual Basic 6.0 rakendus, mis võimaldab kasutajal sisestada ja salvestada meloodiat moodustavate nootide jada. Samuti võimaldab see märkmeid saata arvuti jadapordi kaudu ja kuulata neid, mida Atb mängib. Kui soovite püsivara kontrollida, saate selle allalaadimisalalt alla laadida.

Samm 6: Lõplikud kaalutlused, tulevikuideed ja lingid…

Hoolimata sellest, et pill kõlab kenasti, ei ole see mõne meloodia esitamiseks piisavalt kiire, tegelikult mõnel juhul desnkroniseerub see natuke meloodiaga. Seega plaanin uut tõhusamat ja täpsemat versiooni, sest aja täpsus on muusikariistadest rääkides väga oluline asi. Kui mängite noodi mõne millisekundiga edasi või viivitate, leiab kõrv meloodiast midagi kummalist. Nii et iga noot tuleb mängida täpselt ja täpselt energiaga. Nende viivituste põhjus selles instrumendi esimeses versioonis on see, et minu valitud löögisüsteem ei ole nii kiire kui peaks. Uus versioon on väga sarnase ülesehitusega, kuid kasutab mootorite asemel solenoide. Solenoidid on kiiremad ja täpsemad, kuid need on ka kallimad ja raskesti leitavad. Seda esimest versiooni saab kasutada lihtsate meloodiate mängimiseks, iseseisva instrumendina või kellade, uksekellade kujul… Projekti avaleht: automaatsete torukellade avaleht Video automaatsetest torukelladest: YouTube'i video automaatsetest torukelladest Lingid peaaegu kogu teave, mida vajate oma kellamängude loomiseks: Tuulekellade tegemine Jim Haworthi poolt Tuulekellade tegemine Jim Kirkpatricki poolt