Automātiskie cauruļveida zvani: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:58

Šajā pamācībā ir izskaidroti galvenie soļi, kurus es veicu, lai izveidotu 2006. gadā uzbūvēto automātisko cauruļveida zvanu komplekta pirmo prototipu. Automātisko mūzikas instrumentu funkcijas ir šādas: - 12 zvani (12 cauruļveida zvani) - Katrs zvana signāls atskaņo vienu noti, tāpēc var atskaņot pilnu oktāvu (no C līdz B, ieskaitot stabiņus) - var atskaņot līdz 4 vienlaicīgām notīm (tātad var atskaņot 4 piezīmju akordus) - to kontrolē, izmantojot datora seriālo portu (standarta RS -232) sastāv no vadības bloka kastes un trim torņiem. Katrā tornī ir 4 zvani un divi motori, katrs motors iedarbina divus no četriem zvaniem. Visi torņi ir savienoti ar vadības bloka kārbu, izmantojot 10 vadu kopni. Vadības bloks ir atbildīgs par katra motora barošanu ar precīzu enerģiju un ātrumu, lai sasniegtu katru zvana signālu, atskaņojot piezīmes, kuras datora programmatūra tam nosūta. Tas iekšēji sastāv no trim dēļiem. Pirmajā plāksnē ir mikrokontrolleris, kas ir Atmel ATMega16, un RS-232 sakaru elementi. Otrajā ir motora draivera ķēdes, bet trešajā - motora stāvokļa regulatori. Man vajadzēja gandrīz pusgadu, lai pabeigtu šo projektu. Nākamie soļi ir vispārīgi soļi, ar vissvarīgāko informāciju par projekta būvniecības procesu, sīkāku informāciju var apskatīt attēlos. Automātisko cauruļveida zvanu video: Projekta galvenā lapa: Automātisko cauruļveida zvanu sākumlapa

1. solis: zvanu izveide

Pirmais solis bija atrast labu un lētu materiālu, lai izveidotu zvanus. Pēc dažu veikalu apmeklēšanas un dažu testu veikšanas es atklāju, ka alumīnijs ir materiāls, kas man nodrošina vislabāko skaņas kvalitāti salīdzinājumā ar cenu. Tāpēc es nopirku 6 stieņus ar 1 metru garumu. Viņiem bija 1, 6 cm ārējais diametrs un 1, 5 cm iekšējais diametrs (1 mm biezums) Kad man bija stieņi, man vajadzēja tos sagriezt atbilstošā garumā, lai iegūtu katras notis frekvenci. Es meklēju internetā un atradu dažas interesantas vietnes, kas man sniedza daudz interesantas informācijas par to, kā aprēķināt katras joslas garumu, lai iegūtu vēlamās frekvences (skat. Saišu sadaļu). Lieki piebilst, ka meklētais biežums bija katras notis pamatfrekvence, un, kā tas notiek gandrīz visos instrumentos, joslas radīs citas vienlaicīgas frukūcijas, kas ir pamata daļa. Šīs citas vienlaicīgas frekvences ir harmonikas, kas parasti ir pamatfrekvences vairākas. Šo harmoniku skaits, ilgums un proporcija ir atbildīga par iedvesmas tembru. Attiecība starp vienas piezīmes frekvenci un to pašu noti nākamajā oktāvā ir 2. Tātad, ja C notas pamatfrekvence ir 261,6 Hz, C pamatfrekvence nākamajā oktāvā būs 2*261,6 = 523, 25 Hz. Tā kā mēs zinām, ka Rietumeiropas mūzika oktāvu sadala 12 skalas soļos (12 pustoņi sakārtoti 7 notīs un 5 noturīgas notis), mēs varam aprēķināt nākamā pustoņa frekvenci, reizinot iepriekšējās notis ar 2 # (1/12). Kā mēs zinām, ka C frekvence ir 261,6 Hz un attiecība starp 2 secīgiem pustoņiem ir 2 # (1/12), mēs varam secināt visas notis: PIEZĪME: simbols # apzīmē jaudas operatoru. Piemēram: "a # 2" ir tas pats, kas "a^2" Piezīme 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 Putekšņi 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 Vēsma 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 Iepriekšējai tabulai ir tikai informatīvs raksturs, un nav nepieciešams aprēķināt stieņu garumu. Vissvarīgākais ir attiecību koeficients starp frekvencēm: 2 vienai un tai pašai notai nākamajā oktāvā un (2 # (1/12) nākamajam pustoņam. Mēs to izmantosim formulā, ko izmanto, lai aprēķinātu joslu garumu. Sākotnējā formula, ko es atradu internetā (skatiet saišu sadaļu), ir: f1/f2 = (L2/L1) # 2 no tā mēs varam viegli secināt formulu, kas ļaus mums aprēķināt katras joslas garumu. Tā kā f2 ir biežums no nākamās piezīmes, kuru mēs vēlamies aprēķināt, un mēs vēlamies uzzināt nākamo pustoņu frekvenci: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12)))) = (L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24)))) = L2 formula ir: L2 = L1*(2#(-1/24)) Tātad, izmantojot šo formulu, mēs varam secināt zvana signāla garumu kas atskaņos nākamo pustoņu, bet acīmredzot mums būs vajadzīgs signāla garums, kas atskaņo pirmo noti. Kā mēs to varam aprēķināt? Es nezinu, kā aprēķināt pirmā zvana signāla garumu. Es domāju, ka pastāv formula, kas attiecas uz materiāla fizikālajām īpašībām, stieņa izmēru (garums, ārējais un ārējais) d iekšējais diametrs) ar frekvenci, ko tā atskaņos, bet es to nezinu. Es to vienkārši atradu, noskaņojot to ar auss un ģitāras palīdzību (lai to noregulētu, varat izmantot arī kamertoni vai datora skaņas kartes frekvences mērītāju).

2. solis: Trīs torņi

Pēc stieņu sagriešanas pareizajā garumā man bija jāizveido balsts, lai tos pakarinātu. Es izveidoju dažas skices un beidzot uzcēlu šos trīs torņus, kurus varat redzēt attēlos. Es pakārt četrus zvanus uz katra torņa, izlaižot neilona stiepli caur caurumiem, ko es darīju katra zvana augšdaļas un apakšas tuvumā. Man vajadzēja urbt caurumus augšpusē un apakšā, jo bija jānostiprina zvani abās pusēs, lai izvairītos no svārstībām bez kontroles, kad tās sitīs. Precīzs attālums caurumu novietošanai bija delikāts jautājums, un tiem bija jāsakrīt ar diviem stieņa pamatfrekvences vibrācijas mezgliem, kas ir 22,4% no augšas un apakšas. Šie mezgli ir nekustināmi punkti, kad stieņi svārstās savā pamatfrekvencē, un joslas nostiprināšana šajos punktos nedrīkst tos ietekmēt vibrācijas laikā. Katra torņa augšpusē es pievienoju arī 4 skrūves, lai varētu pielāgot katra zvana neilona stieples spriegojumu.

3. solis: Motori un Strickers

Nākamais solis bija ierīču izveide, kas pārvieto uzbrucēja nūjas. Šī bija vēl viena kritiska daļa, un, kā redzams attēlos, es beidzot nolēmu izmantot katras uzbrucējas pārvietošanai līdzstrāvas motorus. Katram motoram ir pievienots triecienstienis un pozīcijas kontroles sistēma, un to izmanto, lai atslēgtu zvanu pāri. Uzbrucēja nūja ir velosipēda tapas gabals ar melnu koka cilindru galā. Šis cilindrs ir pārklāts ar plānu, pašlīmējošu plastmasas plēvi. Šī materiālu kombinācija dod maigu, bet skaļu skanējumu, atsitoties pret stieņiem. Patiesībā es pārbaudīju dažas citas kombinācijas, un šī bija tā, kas man deva vislabākos rezultātus (es būtu pateicīgs, ja kāds man paziņotu labāku). Motora pozīcijas kontroles sistēma ir 2 bitu izšķirtspējas optiskais kodētājs. Tas sastāv no diviem diskiem: viens no diskiem griežas solidāri pret nūju, un tā apakšējā virsmā ir iespiesta melnbalta kodifikācija. Otrs disks ir piestiprināts pie motora, un tam ir divi infrasarkanie CNY70 izstarotāja-uztvērēja sensori, kas var atšķirt otra diska melnbalto krāsu, un tādējādi tie var noteikt nūjas stāvokli (FRONT, RIGHT, LEFT un BACK) Zinot pozīciju, sistēma var centrēt nūju pirms un pēc zvana, kas garantē precīzāku kustību un skaņu.

4. solis: vadības ierīces aparatūras izveide

Kad biju pabeidzis trīs torņus, bija pienācis laiks izveidot vadības bloku. Kā es paskaidroju teksta sākumā, vadības bloks ir melna kaste, kas sastāv no trim elektroniskām plāksnēm. Pamatplatē ir loģika, sērijas sakaru adapteris (1 MAX-232) un mikrokontrolleris (ATMega32 8 bitu RISC mikrokontrolleris). Pārējās divās plāksnēs ir shēma, kas nepieciešama, lai kontrolētu pozīcijas sensorus (daži rezistori un 3 sprūda-schimdt 74LS14) un dzinēju barošanai (3 LB293 motoru draiveri). Lai iegūtu vairāk informācijas, varat apskatīt shēmas.

Jūs varat lejupielādēt ZIP ar shematichs attēliem downlad apgabalā.

5. solis: programmaparatūra un programmatūra

Programmaparatūra ir izstrādāta C valodā, gcc kompilators ir iekļauts bezmaksas WinAVR izstrādes vidē (es kā IDE izmantoju programmētāju piezīmju grāmatiņu). Aplūkojot avota kodu, jūs atradīsit dažādus moduļus:

- atb: satur projekta "galveno" un sistēmas inicializācijas kārtību. Vai no "atb", kur tiek izsaukti citi moduļi. - UARTparser: ir modulis ar sērijas parsētāja kodu, kas ņem piezīmes, ko dators nosūtījis caur RS-232, un pārvērš tās "kustību" modulim saprotamās komandās. - kustības: pārvērš no UARTparser saņemto piezīmju komandu dažādu vienkāršu motora kustību kopumā, lai atskanētu zvana signāls. Tas modulim "motors" stāsta katra motora enerģijas secību un virzienu. - motori: ievieš 6 programmatūras PWM, lai darbinātu motorus ar precīzu enerģiju un precīzu ilgumu, ko nosaka "kustības" modulis. Datora programmatūra ir vienkārša Visual Basic 6.0 lietojumprogramma, kas ļauj lietotājam ievadīt un saglabāt melodiju veidojošo piezīmju secību. Tas arī ļauj nosūtīt piezīmes caur datora seriālo portu un klausīties tās, ko atskaņo Atb. Ja vēlaties pārbaudīt programmaparatūru, varat to lejupielādēt lejupielādes apgabalā.

6. solis: galīgie apsvērumi, nākotnes idejas un saites…

Neskatoties uz to, ka instruments skan jauki, tas nav pietiekami ātrs, lai atskaņotu dažas melodijas, patiesībā reizēm tas nedaudz desinhronizējas ar melodiju. Tāpēc es plānoju jaunu efektīvāku un precīzāku versiju, jo, runājot par mūzikas instrumentiem, laika precizitāte ir ļoti svarīga lieta. Ja atskaņojat noti ar dažām milisekundēm uz priekšu vai aizkavējat, auss melodijā atradīs kaut ko dīvainu. Tātad katra nots ir jāspēlē precīzā brīdī ar precīzu enerģiju. Šīs kavēšanās iemesls šajā instrumenta pirmajā versijā ir tas, ka manis izvēlētā sitiena sistēma nav tik ātra, kā vajadzētu. Jaunajai versijai būs ļoti līdzīga struktūra, taču motoru vietā tiks izmantoti solenoīdi. Solenoīdi ir ātrāki un precīzāki, taču tie ir arī dārgāki un grūti atrodami. Šo pirmo versiju var izmantot, lai atskaņotu vienkāršas melodijas, kā atsevišķu instrumentu, vai pulksteņos, durvju zvanos… Projekta galvenā lapa: Automātisko cauruļveida zvanu sākumlapa Automātisko cauruļveida zvanu video: YouTube video no automātiskajiem cauruļveida zvaniemSaites Šajā vietnē jūs atradīsit gandrīz visa informācija, kas jums būs nepieciešama, lai izveidotu savus zvanus: Vēja zvanu izgatavošana, ko veidojis Džims Hovorts, Vēja zvanu izgatavošana, ko veidojis Džims Kirkpatriks Vēja zvanu konstruktoru ziņojumu grupa