Automaattiset putkikellot: 6 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:04

Tämä opettavainen selittää tärkeimmät vaiheet, joita seurasin rakentaakseni ensimmäisen prototyypin sarjasta automaattisia putkikelloja, jotka rakensin vuonna 2006. Automaattiset soittimen ominaisuudet ovat: - 12 kelloa (12 putkikelloa) - Jokainen soittoääni soittaa yhden nuotin, joten voi soittaa koko oktaavin (C: stä B: hen, mukaan lukien ylläpitot) - Se voi soittaa jopa 4 samanaikaista nuottia (joten se voi soittaa 4 nuotin soittoääntä) - Sitä ohjataan PC -sarjaportin kautta (standardi RS -232) koostuu ohjausyksikön laatikosta ja kolmesta tornista. Jokaisessa tornissa on 4 soittoääntä ja kaksi moottoria, jokainen moottori iskee kaksi neljästä kellosta. Kaikki tornit on kytketty ohjausyksikön koteloon 10-johdinväylän kautta. Ohjausyksikön tehtävänä on syöttää kullekin moottorille täsmällinen energia ja nopeus, joka lyö jokaisen äänimerkin, ja toistaa nuotit, jotka tietokoneen ohjelmisto lähettää sille. Se koostuu sisäisesti kolmesta levystä. Ensimmäinen levy sisältää mikrokontrollerin, joka on Atmel ATMega16, ja RS-232-viestintäelementit. Toinen sisältää moottorin ohjainpiirit ja kolmas moottorin asennon säätimet. Meni melkein puoli vuotta tämän projektin loppuunsaattamiseen. Seuraavat vaiheet ovat yleisiä vaiheita, ja tärkeimmät tiedot projektin rakentamisprosessista, pienet yksityiskohdat ovat katsottavissa kuvissa.

Vaihe 1: Kellojen rakentaminen

Ensimmäinen askel oli löytää hyvä ja halpa materiaali kellojen rakentamiseen. Vieraillessani joissakin myymälöissä ja tein joitain testejä, huomasin, että alumiini oli materiaali, joka antoi minulle parhaan äänenlaadun ja hinnan suhteen. Joten ostin kuusi yhden metrin pituista tankoa. Niiden ulkohalkaisija oli 1, 6 cm ja sisähalkaisija 1, 5 cm (paksuus 1 mm). Etsin Internetistä ja löysin mielenkiintoisia sivustoja, jotka antoivat minulle paljon mielenkiintoista tietoa kunkin palkin pituuden laskemisesta haluamieni taajuuksien saamiseksi (katso linkit -osio). On sanomattakin selvää, että etsimäni taajuus oli jokaisen nuotin perustaajuus, ja kuten lähes kaikissa instrumenteissa, tangot tuottavat muita samanaikaisia taajuuksia, jotka ovat perustavanlaatuisia. Nämä muut samanaikaiset taajuusmuuttajat ovat yliaaltoja, jotka ovat yleensä moninkertaisia perustaajuuteen nähden. Näiden yliaaltojen lukumäärä, kesto ja osuus ovat vastuussa inturmentin soinnista. Yhden nuotin ja saman nuotin taajuuden suhde seuraavassa oktaavissa on 2. Joten jos C -nuotin perustaajuus on 261,6 Hz, C: n perustaajuus seuraavassa oktaavissa on 2*261,6 = 523, 25 Hz. Kuten tiedämme, että Länsi -Euroopan musiikki jakaa oktaavin 12 asteikolle (12 puolisävyä järjestetty 7 nuottiin ja 5 jatkuvaa nuottia), voimme laskea seuraavan puolisävelan taajuuden kertomalla edellisen nuotin taajuuden 2 # (1/12). Kuten tiedämme, että C -taajuus on 261,6 Hz ja kahden peräkkäisen puolisävelen välinen suhde on 2 # (1/12), voimme päätellä kaikki nuotin taajuudet: HUOMAUTUS: # -merkki edustaa tehonoperaattoria. Esimerkiksi: "a # 2" on sama kuin "a^2" Huomaa Taajuus 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 Pöly 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 Puuska 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 Edellinen taulukko on tarkoitettu vain tiedoksi, eikä palkkien pituutta tarvitse laskea. Tärkein asia on taajuuksien välinen suhdekerroin: 2 samalle nuotille seuraavalla oktaavilla ja (2 # (1/12) seuraavalla puolisäveellä. Käytämme sitä kaavassa, jota käytetään palkkien pituuden laskemiseen Alkuperäinen kaava, jonka löysin Internetistä (katso linkit -osio) on: f1/f2 = (L2/L1) # 2 siitä voimme helposti päätellä kaavan, jonka avulla voimme laskea kunkin palkin pituuden. Koska f2 on taajuus seuraavasta nuotista, jonka haluamme laskea ja haluamme tietää seuraavan puolisävytaajuuden: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12)))) = (L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24))) = = L2kaava on: L2 = L1*(2#(-1/24)) Joten tällä kaavalla voimme päätellä äänimerkin pituuden joka soittaa seuraavan puolisävelmän, mutta ilmeisesti tarvitsemme ensimmäisen äänimerkin soivan kellon pituuden. Miten voimme laskea sen? En tiedä kuinka laskea ensimmäisen soittoäänen pituus. Oletan, että on olemassa kaava, liittyy materiaalin fysikaalisiin ominaisuuksiin, tangon kokoon (pituus, ulompi ja ulompi) d sisähalkaisija) toistotaajuudella, mutta en tiedä sitä. Löysin sen yksinkertaisesti virittämällä sen korvani ja kitarani avulla (voit myös virittää sen virityshaarukalla tai PC -äänikortin taajuusmuuttajalla).

Vaihe 2: Kolme tornia

Kun tangot oli leikattu oikeaan pituuteen, minun piti rakentaa tuki niiden ripustamiseksi. Tein luonnoksia ja lopulta rakensin nämä kolme tornia, jotka näet kuvissa. Ripustin jokaiseen torniin neljä soittokelloa, jotka kulkivat nailonlangan läpi reikien, jotka tein läheltä jokaisen soittoäänen ylä- ja alaosaa. Minun piti porata reikiä ylä- ja alareunaan, koska oli tarpeen kiinnittää kellot molemmin puolin, jotta ne eivät värähtele hallitsemattomasti, kun tikut osuvat niihin. Tarkka etäisyys reikien sijoittamiseen oli arkaluonteinen asia, ja niiden piti osua yhteen tangon perustaajuuden kahden värähtelysolmun kanssa, jotka ovat 22,4% ylhäältä ja alhaalta. Nämä solmut ovat liikkumattomia pisteitä, kun tangot värähtelevät sen perustaajuudella, ja palkin kiinnittäminen näihin pisteisiin ei saisi vaikuttaa niihin täriseessä. Lisäsin myös 4 ruuvia jokaisen tornin yläosaan, jotta voit säätää kunkin kellon nylonlangan kireyttä.

Vaihe 3: Motors ja Strickers

Seuraava askel oli rakentaa laitteet, jotka liikuttavat hyökkääjiä. Tämä oli toinen kriittinen osa, ja kuten kuvista näkyy, päätin lopulta käyttää tasavirtamoottoreita jokaisen hyökkääjän siirtämiseen. Jokaisessa moottorissa on iskutikku ja asennonohjausjärjestelmä, ja sitä käytetään kelloparin osumiseen. Hyökkääjä on pyöräpiikki, jonka päässä on musta puusylinteri. Tämä sylinteri on peitetty ohuella itseliimautuvalla muovikalvolla. Tämä yhdistelmä materiaaleja antaa pehmeän mutta äänekkään äänimerkin iskettäessä tankoja. Itse asiassa testasin joitain muita yhdistelmiä, ja tämä antoi minulle parhaat tulokset (olisin kiitollinen, jos joku kertoisi minulle paremman). Moottorin asennonohjausjärjestelmä on 2 bitin tarkkuuden optinen kooderi. Se koostuu kahdesta levystä: yksi levyistä pyörii sauvaan nähden ja sen alapintaan on painettu mustavalkoinen koodaus. Toinen levy on kiinnitetty moottoriin ja siinä on kaksi infrapuna-CNY70-lähetinreseptorianturia, jotka erottavat toisen levyn mustavalkoisen värin, ja siten ne voivat päätellä tikun asennon (ETU, OIKEA, VASEN ja TAKA) Asennon tuntemus mahdollistaa järjestelmän keskittää tikun ennen kelloa ja sen jälkeen, mikä takaa tarkemman liikkeen ja äänen.

Vaihe 4: Ohjausyksikön laitteiston rakentaminen

Kun olin valmistanut kolme tornia, oli aika rakentaa ohjausyksikkö. Kuten selitin tekstin alussa, ohjausyksikkö on musta laatikko, joka koostuu kolmesta elektronisesta piirilevystä. Emolevy sisältää logiikan, sarjaliikennesovittimen (1 MAX-232) ja mikro-ohjaimen (ATMega32 8-bittinen RISC-mikrokontrolleri). Kaksi muuta levyä sisältävät piirit, joita tarvitaan asentoanturien ohjaamiseen (jotkut vastukset ja 3 liipaisinta-schimdt 74LS14) ja moottorien virransyöttöön (3 LB293-moottoriajuria). Voit katsoa kaavioita saadaksesi lisätietoja.

Voit ladata ZIP -koodin alla olevilla schematichs -kuvilla.

Vaihe 5: Laiteohjelmisto ja ohjelmisto

Laiteohjelmisto on kehitetty C: ssä, gcc -kääntäjä sisältyy ilmaiseen WinAVR -kehitysympäristöön (käytin ohjelmoijien muistilehteä IDE: nä). Jos katsot lähdekoodia, löydät erilaisia moduuleja:

- atb: sisältää projektin "pääosan" ja järjestelmän alustusrutiineja. Onko "ATB", jossa muita moduuleja kutsutaan. - UARTparser: on moduuli, jossa on sarjajäsenen koodi, joka ottaa tietokoneen RS-232: n kautta lähettämät muistiinpanot ja muuntaa ne "liikkeet" -moduulille ymmärrettäviksi komennoiksi. - liikkeet: muuntaa UARTparserilta vastaanotetun muistiinpanokomennon joukkoksi yksinkertaisia moottorin liikkeitä, jotta se antaa äänimerkin. Se kertoo moduulille "moottori" kunkin moottorin energiasekvenssin ja suunnan. - moottorit: toteuttaa 6 ohjelmistoa PWM, jotka käyttävät moottoreita "liike" -moduulin asettamalla tarkalla energialla ja tarkalla kestolla. Tietokoneohjelmisto on yksinkertainen Visual Basic 6.0 -sovellus, jonka avulla käyttäjä voi syöttää ja tallentaa sävelmän sävellysarjan. Sen avulla voit myös lähettää muistiinpanoja tietokoneen sarjaportin kautta ja kuunnella niitä Atb: n soittamana. Jos haluat tarkistaa laiteohjelmiston, voit ladata sen latausalueelta.

Vaihe 6: Viimeiset näkökohdat, tulevaisuuden ideat ja linkit…

Huolimatta siitä, että instrumentti kuulostaa mukavalta, se ei ole tarpeeksi nopea joidenkin melodioiden toistamiseen, itse asiassa joskus se synkronoituu hieman melodian kanssa. Suunnittelen siis uutta tehokkaampaa ja tarkempaa versiota, koska ajan tarkkuus on erittäin tärkeä asia, kun puhumme soittimista. Jos soitat nuotin muutaman millisekunnin eteenpäin tai viivyttelet, korvaasi löytää melodiassa jotain outoa. Joten jokainen nuotti on soitettava tarkalla hetkellä tarkalla energialla. Näiden viivästysten syy tässä instrumentin ensimmäisessä versiossa on se, että valitsemani lyöntijärjestelmä ei ole niin nopea kuin pitäisi. Uudella versiolla on hyvin samanlainen rakenne, mutta se käyttää solenoideja moottoreiden sijaan. Solenoidit ovat nopeampia ja tarkempia, mutta ne ovat myös kalliimpia ja vaikeampia löytää. Tätä ensimmäistä versiota voidaan käyttää yksinkertaisten melodioiden soittamiseen itsenäisenä instrumenttina tai kelloissa, ovikelloissa… Projektin pääsivu: Automaattiset putkikellot -kotisivu Automaattisten putkikellojen video: Automaattisten putkikellojen YouTube -videoLinkitTältä sivustolta löydät kaikki tarvittavat tiedot omien soittokuvien luomiseen: Jim Haworthin tekemät tuulikellot Jim Kirkpatrickin tuulikellojen tekeminen Tuulikellorakentajien viestiryhmä