Automatiniai vamzdiniai varpai: 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

Šioje instrukcijoje paaiškinami pagrindiniai žingsniai, kurių aš ėmiausi, kad galėčiau sukurti pirmąjį automatinių vamzdinių varpelių, sukurtų 2006 m., Prototipą. Automatinio muzikos instrumento ypatybės yra: - 12 skambučių (12 vamzdinių varpų) - Kiekvienas skambutis skamba viena nata, todėl gali groti visą oktavą (nuo C iki B, įskaitant atramas) - vienu metu gali groti iki 4 natų (taigi gali groti 4 natų skambėjimo akordus) - valdoma per kompiuterio nuoseklųjį prievadą (standartinis RS -232) susideda iš valdymo bloko dėžutės ir trijų bokštų. Kiekviename bokšte yra 4 varpai ir du varikliai, kiekvienas variklis veikia du iš keturių varpelių. Visi bokštai yra prijungti prie valdymo bloko dėžutės per 10 laidų magistralę. Valdymo blokas yra atsakingas už kiekvieno variklio maitinimą tikslia energija ir greičiu, kad pasiektų kiekvieną skambutį, paleisdamas užrašus, kuriuos jam siunčia kompiuterio programinė įranga. Viduje jis sudarytas iš trijų plokščių. Pirmojoje plokštėje yra mikrovaldiklis, kuris yra „Atmel ATMega16“, ir RS-232 ryšio elementai. Antrame yra variklio pavaros grandinės, o trečiame - variklio padėties valdikliai. Šiam projektui užbaigti prireikė beveik pusės metų. Tolesni veiksmai yra bendrieji veiksmai, kuriuose pateikiama aktualiausia informacija apie projekto kūrimo procesą, smulkias detales galima peržiūrėti nuotraukose. Automatinių vamzdinių varpų vaizdo įrašas: Pagrindinis projekto puslapis: Automatinis vamzdžių varpų pagrindinis puslapis

1 žingsnis: sukurkite skambučius

Pirmasis žingsnis buvo rasti gerą ir pigią medžiagą varpams kurti. Apsilankęs kai kuriose parduotuvėse ir atlikęs tam tikrus testus, sužinojau, kad aliuminis yra medžiaga, suteikianti man geriausią garso ir kainos santykį. Taigi aš nusipirkau 6 barus po 1 metro ilgio. Jie turėjo 1, 6 cm išorinį skersmenį ir 1, 5 cm vidinį skersmenį (1 mm storio) Kai turėjau strypus, turėjau juos supjaustyti tinkamo ilgio, kad gaučiau kiekvienos natos dažnį. Ieškojau internete ir radau keletą įdomių svetainių, kuriose man buvo pateikta daug įdomios informacijos apie tai, kaip apskaičiuoti kiekvienos juostos ilgį, kad gaučiau norimus dažnius (žr. Nuorodų skyrių). Nereikia nė sakyti, kad dažnumas, kurio aš ieškojau, buvo pagrindinis kiekvienos natos dažnis ir, kaip ir beveik visuose instrumentuose, juostos gamins kitus pagrindinius dalykus. Šie kiti vienu metu atliekami dažniai yra harmonikos, kurios paprastai yra pagrindinio dažnio kartotinės. Šių harmonikų skaičius, trukmė ir proporcija yra atsakingi už insturmentų tembrą. Ryšys tarp vienos ir tos pačios natos dažnio kitoje oktavoje yra 2. Taigi, jei pagrindinis C natos dažnis yra 261,6 Hz, pagrindinis C dažnis kitoje oktavoje bus 2*261,6 = 523, 25 Hz. Kaip žinome, Vakarų Europos muzika oktavą padalija į 12 skalės žingsnių (12 pustonių, suskirstytų į 7 natas ir 5 nuolatines natas), mes galime apskaičiuoti kito pustonio dažnį, padauginę ankstesnių natų dažnį iš 2 # (1/12). Kaip žinome, kad C dažnis yra 261,6 Hz, o santykis tarp 2 iš eilės einančių pustonių yra 2 # (1/12), galime išvesti visus natų dažnumus: PASTABA: simbolis # reiškia galios operatorių. Pavyzdžiui: „a # 2“yra tas pats, kas „a² Pastaba Dažnis 01 C 261,6 Hz 02 Šeštadienis 261,6 * (2 # (1/12)) = 277,18 Hz 03 D 277,18 * (2 # (1/12)) = 293, 66 Hz 04 Dulkės 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 Dulkės 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 Ankstesnė lentelė skirta tik informacijai ir nebūtina skaičiuoti strypų ilgio. Svarbiausias dalykas yra dažnių santykio koeficientas: 2 kitai oktavai ta pačia nata ir (2 # (1/12) kitam pustoniui. Mes jį naudosime formule, naudojamai juostų ilgiui apskaičiuoti). Pradinė formulė, kurią radau internete (žr. Nuorodų skyrių), yra: f1/f2 = (L2/L1) # 2 iš kitos pastabos, kurią norime apskaičiuoti, ir norime sužinoti kitą pustonių dažnį: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12)))) = (L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24)))) = L2 formulė yra tokia: L2 = L1*(2#(-1/24)) Taigi pagal šią formulę galime nustatyti skambėjimo ilgį kuris gros kitą pustonį, bet akivaizdu, kad mums reikės skambėjimo ilgio, kuris groja pirmą nata. Kaip mes galime jį apskaičiuoti? Aš nežinau, kaip apskaičiuoti pirmojo skambėjimo ilgį. Manau, kad egzistuoja formulė, kuri susijęs su medžiagos fizinėmis savybėmis, strypo dydžiu (ilgis, išorinis an d vidinis skersmuo) su dažniu, kuriuo jis gros, bet aš to nežinau. Aš tiesiog jį radau derindamas ausį ir gitarą (taip pat galite naudoti derinimo šakutę arba kompiuterio garso plokštės frecencetometrą).

2 žingsnis: Trys bokštai

Nupjovęs tinkamo ilgio strypus, turėjau sukonstruoti atramą, kad galėčiau juos pakabinti. Aš padariau keletą eskizų ir galiausiai pastatiau šiuos tris bokštus, kuriuos galite pamatyti nuotraukose. Ant kiekvieno bokšto pakabinau keturis skambučius, praeidamas nailoninę vielą per skylutes, kurias padariau šalia kiekvieno skambučio viršaus ir apačios. Turėjau gręžti skyles viršuje ir apačioje, nes reikėjo pritvirtinti varpelius iš abiejų pusių, kad jie nesvyruotų nekontroliuojami, kai atsitrenkia į lazdas. Tikslus atstumas iki skylių buvo subtilus dalykas ir jie turėjo sutapti su dviem pagrindinio juostos dažnio vibracijos mazgais, kurie yra 22,4% nuo viršaus ir apačios. Šie mazgai yra nejudantys taškai, kai strypai svyruoja pagrindiniu dažniu, ir juostos tvirtinimas šiuose taškuose neturėtų paveikti jų vibruojant. Aš taip pat pridėjau 4 varžtus kiekvieno bokšto viršuje, kad būtų galima reguliuoti kiekvieno skambučio nailoninės vielos įtempimą.

3 žingsnis: „Motors“ir „Strickers“

Kitas žingsnis buvo sukurti įtaisus, kurie perkelia puolimo lazdeles. Tai buvo dar viena svarbi dalis, ir kaip matote paveikslėliuose, pagaliau nusprendžiau naudoti nuolatinės srovės variklius kiekvienam puolėjui perkelti. Kiekvienas variklis turi smūgio lazdą ir pritvirtintą padėties valdymo sistemą ir yra naudojamas skambinti pora skambučių. Puolimo lazda yra dviračio smaigalys, kurio gale yra juodos medienos cilindras. Šis cilindras yra padengtas plona savaime lipnia plastikine plėvele. Šis medžiagų derinys suteikia minkštą, bet garsų skambesį smūgiuojant į strypus. Tiesą sakant, aš išbandžiau kai kuriuos kitus derinius, ir tai davė geriausius rezultatus (būčiau dėkingas, jei kas nors man pasakytų geresnį). Variklio padėties valdymo sistema yra optinis 2 bitų skiriamosios gebos kodavimo įrenginys. Jį sudaro du diskai: vienas iš diskų sukasi vientisai prie lazdos, o jo apatiniame paviršiuje atspausdinta nespalvota kodifikacija. Kitas diskas yra pritvirtintas prie variklio ir turi du infraraudonųjų spindulių CNY70 spinduliuotės receptorių jutiklius, galinčius atskirti kito disko juodai baltą spalvą, todėl jie gali nustatyti lazdos padėtį (priekis, dešinė, kairė ir atgal) Žinant padėtį, sistema gali centruoti lazdą prieš ir po skambučio, o tai garantuoja tikslesnį judesį ir garsą.

4 žingsnis: sukurkite valdymo bloko aparatinę įrangą

Kai baigiau tris bokštus, atėjo laikas sukurti valdymo bloką. Kaip paaiškinau teksto pradžioje, valdymo blokas yra juoda dėžutė, sudaryta iš trijų elektroninių plokščių. Pagrindinėje plokštėje yra logika, nuoseklaus ryšio adapteris (1 MAX-232) ir mikrovaldiklis (ATMega32 8 bitų RISC mikrovaldiklis). Kitose dviejose plokštėse yra grandinės, reikalingos padėties jutikliams valdyti (kai kurie rezistoriai ir 3 trigeriai-schimdt 74LS14) ir variklių maitinimas (3 LB293 variklių tvarkyklės). Norėdami gauti daugiau informacijos, galite pažvelgti į schemas.

Galite sumažinti ZIP failą su schemos paveikslėliais žemyn esančioje srityje.

5 veiksmas: programinė įranga ir programinė įranga

Programinė įranga buvo sukurta C, o „gcc“kompiliatorius įtrauktas į nemokamą „WinAVR“kūrimo aplinką (kaip IDE naudoju programuotojų užrašų knygelę). Jei pažvelgsite į šaltinio kodą, rasite įvairių modulių:

- atb: yra projekto „pagrindinis“ir sistemos įvedimo tvarka. Yra iš „atb“, kur vadinami kiti moduliai. - UARTparser: yra modulis su serijinio analizatoriaus kodu, kuris paima kompiuterio siunčiamus užrašus per RS-232 ir paverčia juos komandomis, suprantamomis „judesiams“. - judesiai: konvertuoja užrašo komandą, gautą iš UARTparser, į skirtingų paprastų variklio judesių rinkinį, kad įjungtų skambėjimą. Jis nurodo moduliui „variklis“kiekvieno variklio energijos seką ir kryptį. - varikliai: įdiegta 6 programinė įranga PWM, kuri varikliams tiekia tikslią energiją ir tikslią „judėjimo“modulio trukmę. Kompiuterio programinė įranga yra paprasta „Visual Basic 6.0“programa, leidžianti vartotojui įvesti ir išsaugoti melodiją sudarančių natų seką. Tai taip pat leidžia siųsti užrašus per kompiuterio nuoseklųjį prievadą ir klausytis, kaip juos groja „Atb“. Jei norite patikrinti programinę -aparatinę įrangą, galite ją atsisiųsti atsisiuntimo srityje.

6 žingsnis: galutiniai svarstymai, ateities idėjos ir nuorodos…

Nepaisant to, kad instrumentas skamba gražiai, jis nėra pakankamai greitas groti kai kurias melodijas, iš tikrųjų kartais jis šiek tiek desinchronizuojasi su melodija. Taigi planuoju naują veiksmingesnę ir tikslesnę versiją, nes kalbant apie muzikos instrumentus labai svarbus laiko tikslumas. Jei grojate natą su keliomis milisekundėmis į priekį arba atidėliojate, jūsų ausis melodijoje ras kažką keisto. Taigi kiekviena nata turi būti grota tiksliai tą akimirką su tikslia energija. Šio pirmojo prietaiso varianto vėlavimo priežastis yra ta, kad mano pasirinkta smūgio sistema nėra tokia greita, kaip turėtų. Naujoji versija bus labai panašios struktūros, tačiau vietoj variklių bus naudojami solenoidai. Solenoidai yra greitesni ir tikslesni, tačiau jie taip pat yra brangesni ir sunkiau surandami. Ši pirmoji versija gali būti naudojama paprastoms melodijoms groti, kaip atskiras instrumentas, ar laikrodžiams, durų skambučiams … Pagrindinis projekto puslapis: Automatinis vamzdinių varpų pagrindinis puslapis Automatinių vamzdinių varpų vaizdo įrašas: „YouTube“vaizdo įrašas apie automatinius vamzdinius varpus Nuorodos Šioje svetainėje rasite visa informacija, kurios jums prireiks, kad sukurtumėte savo skambesį: „Jim Haworth“sukuria vėjo varpelius „Jim Kirkpatrick“„Wind Chimes“kūrimą „Wind Chimes Constructors Message Group“