פעמונים צינוריים אוטומטיים: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

מדריך זה מסביר את השלבים העיקריים בהם ביצעתי, לבניית אב הטיפוס הראשון של סט פעמונים אוטומטיים של צינורות שבניתי בשנת 2006. תכונות כלי הנגינה האוטומטיות הן: - 12 צלצולים (12 פעמונים) - כל צלצול משחק צליל אחד, כך שהוא יכול לנגן אוקטבה מלאה (מ- C ל- B, כולל סאונדס) - הוא יכול לנגן עד 4 תווים בו -זמניים (כך שהוא יכול לנגן 4 אקורדי צלילי צלילים) - הוא נשלט באמצעות יציאה טורית של מחשב (סטנדאר RS -232) המכשיר הוא מורכב מתיבת יחידת הבקרה ושלושה מגדלים. כל מגדל מכיל 4 פעמונים ושני מנועים, כל מנוע מכה שניים מארבעת הפעמונים. כל המגדלים מחוברים לתיבת יחידת הבקרה באמצעות אוטובוס בן 10 חוטים. יחידת הבקרה אחראית להניע כל מנוע עם האנרגיה והמהירות המדויקים לפגוע בכל צלצול, תוך השמעת התווים שהתוכנה במחשב שולחת אליו. הוא מורכב מבפנים משלושה לוחות. הלוח הראשון מכיל את המיקרו-בקר, שהוא Atmel ATMega16, ואת רכיבי התקשורת RS-232. השני מכיל את מעגלי נהג המנוע, והשלישי - בקרי מיקום המנוע. לקח לי כמעט חצי שנה לסיים את הפרויקט הזה. השלבים הבאים הם שלבים כלליים, עם המידע הרלוונטי ביותר בתהליך בניית הפרויקט, ניתן לראות פרטים קטנים על התמונות.

שלב 1: בניית הפעמונים

השלב הראשון היה למצוא חומר טוב וזול לבניית פעמוני. לאחר שביקרתי בכמה חנויות ועשיתי כמה בדיקות, גיליתי שאלומיניום הוא החומר שנתן לי את יחסי איכות הצליל לעומת המחיר הטובים ביותר. אז קניתי 6 סורגים באורך 1 מטר כל אחד. היה להם קוטר חיצוני של 1, 6 ס"מ וקוטר פנימי של 1, 5 ס"מ (עובי 1 מ"מ) לאחר שהיו לי הסורגים נאלצתי לחתוך אותם באורך הנכון כדי לקבל את התדירות של כל פתק. חיפשתי באינטרנט ומצאתי כמה אתרים מעניינים שסיפקו לי הרבה מידע מעניין כיצד לחשב את אורך כל סרגל כדי להשיג את התדרים שרציתי (ראה סעיף קישורים). מיותר לציין כי התוחלת שחיפשתי הייתה העדיפות הבסיסית של כל צליל, וכפי שקורה כמעט בכל המכשירים, הסורגים ייצרו קמצנות סימולטניות אחרות של היסוד. פריונים אחרים בו -זמניים אלה הם ההרמוניות שהן בדרך כלל מרובות מהעיר הבסיסית. מספרם, משךם ופרופורציית ההרמוניות הללו הם האחראים לצבע השינה של המערכת. הקשר בין התדירות של תו אחד לאותה צליל באוקטבה הבאה הוא 2. אז אם התדר הבסיסי של צליל C הוא 261.6Hz, התדר הבסיסי של C באוקטבה הבאה יהיה 2*261.6 = 523, 25Hz. כפי שאנו יודעים שמוזיקה מערב אירופה מחלקת אוקטבה ל -12 שלבי קנה מידה (12 טון -חצי המאורגנים ל -7 תווים ו -5 תווים מתמשכים), אנו יכולים לחשב את תדירות חצי הטון הבאה על ידי הכפלת תדירות הצלילים הקודמים ב -2 # (1/12). כידוע, כי תדר C הוא 261.6 הרץ והיחס בין 2 גוונים חצי -מוליכים הוא 2 # (1/12) אנו יכולים להסיק את כל הערות הערות: הערה: סמל # מייצג את מפעיל הכוח. לדוגמה: "a # 2" זהה ל "a^2" הערה 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 Dsust 293, 66 * (2 # (1/12)) = 311, 12 הרץ 05 E 311, 12 * (2 # (1/12)) = 329.62Hz 06 F 329, 62 * (2 # (1/12)) = 349.22 הרץ 07 Fsust 349.22 * (2 # (1/12)) = 369.99 הרץ 08 G 369.99 * (2 # (1/12)) = 391.99 הרץ 09 Gsust 391.99 * (2 # (1/12)) = 415.30 הרץ 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 הרץ הטבלה הקודמת מיועדת רק למטרות מידע ואין צורך לחשב את אורך הסורגים. הדבר החשוב ביותר הוא גורם הקשר בין התדרים: 2 לאותה תו באוקטבה הבאה, ו (2 # (1/12) עבור הטון החצי הבא. נשתמש בו בנוסחה המשמשת לחישוב אורך הסורגים. הנוסחה הראשונית שמצאתי באינטרנט (ראו סעיף קישורים) היא: f1/f2 = (L2/L1) # 2 מתוכו אנו יכולים להסיק בקלות את הנוסחה שתאפשר לנו לחשב את אורך כל סרגל. מכיוון ש f2 הוא הקצב מהפתק הבא נרצה לחשב ואנו רוצים לדעת את תדירות חצי הטון הבאה: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12))) = (L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24))) = L2 הנוסחה היא: L2 = L1*(2#(-1/24)) אז בעזרת נוסחה זו אנו יכולים להסיק את אורך הפעמון אשר ינגן חצי חצי הבא, אך ברור שנצטרך את אורך הפעמון שמשחק את הצליל הראשון. כיצד נוכל לחשב אותו? אינני יודע כיצד לחשב את אורך הפעמון הראשון. אני מניח שקיימת נוסחה אשר מתייחס למאפיינים הפיזיים של החומר, גודל המוט (אורך, חיצוני d קוטר פנימי) עם התדר שהוא ישחק, אבל אני לא יודע את זה. פשוט מצאתי אותו על ידי כוונון בעזרת האוזן והגיטרה (אתה יכול גם להשתמש במזלג כוונון או בכרטיס קול מחשב אישי כדי לכוון אותו).

שלב 2: שלושת המגדלים

לאחר שחתכתי את הסורגים לאורך הנכון, נאלצתי לבנות תומך לתלייתם. ערכתי כמה סקיצות ולבסוף בניתי את שלושת המגדלים האלה שתוכלו לראות בתמונות. תליתי ארבעה פעמונים על כל מגדל והעברתי חוט ניילון דרך החורים שעשיתי ליד החלק העליון והתחתון של כל צלצול. הייתי צריך לקדוח חורים בחלק העליון והתחתון כי היה צורך לתקן פעמונים משני הצדדים כדי למנוע שהם מתנדנדים ללא שליטה כאשר הם נפגעים מהמקלות. המרחק המדויק למיקום החורים היה עניין עדין והם נאלצו לחפוף את שני צמתי הרטט של התדר הבסיסי של המוט, הנמצאים 22.4% מהחלק העליון והתחתון. צמתים אלה הם הנקודות ללא תנועה כאשר הסורגים מתנדנדים בתדר הבסיסי שלה, ותיקון המוט בנקודות אלה לא אמור להשפיע עליהם בעת רטט. הוספתי גם 4 ברגים בחלקו העליון של כל מגדל על מנת לאפשר התאמת המתח של חוט הניילון של כל פעמון.

שלב 3: המנועים והסטריקרים

השלב הבא היה בניית המכשירים המזיזים את מקלות החלוץ. זה היה חלק קריטי נוסף, וכפי שאתה יכול לראות בתמונות, החלטתי לבסוף להשתמש במנועי DC כדי להזיז כל חלוץ. לכל מנוע מוצמדת מקל החלוץ ומערכת בקרת עמדות, ומשמשת לפגיעה בזוג פעמונים. מקל החבטה הוא חתיכת ספייק אופניים עם גליל עץ שחור בקצהו. גליל זה מכוסה בניילון דק דק. שילוב זה של חומרים נותן סאונות רכה אך רועשת בעת פגיעה בסורגים. למעשה בדקתי כמה שילובים אחרים, וזה היה זה שנתן לי את התוצאות הטובות ביותר (אשמח אם מישהו יודיע לי על שילוב טוב יותר). מערכת בקרת מיקום המנוע היא מקודד אופטי בעל 2 סיביות רזולוציה. הוא מורכב משני דיסקים: אחד הדיסקים מסתובב סולידארי למקל ובעל המשטח התחתון שלו מודפס קודיפיקציה בשחור -לבן. הדיסק השני קבוע למנוע ויש לו שני חיישני קולטן-פולט CNY70 אינפרא אדום שיכולים להבחין בין הצבע השחור-לבן של הדיסק השני, וכך הם יכולים להסיק את מיקומו של המקל (קדמי, ימינה, שמאל וחזרה) הכרת המיקום מאפשרת למרכז לרכז את המקל לפני ואחרי פגיעה בפעמון מה שמבטיח תנועה וצליל מדויקים יותר.

שלב 4: בניית חומרת יחידת הבקרה

לאחר שסיימתי את שלושת המגדלים, הגיע הזמן לבנות את יחידת הבקרה. כפי שהסברתי בתחילת הטקסט, יחידת הבקרה היא קופסה שחורה המורכבת משלושה לוחות אלקטרוניים. הלוח הראשי מכיל את הלוגיקה, מתאם התקשורת הטורי (1 MAX-232) והמיקרו-בקר (מיקרו-בקר ATMega32 8 סיביות RISC). שני הלוחות האחרים מכילים את המעגלים הדרושים לשליטה בחיישני המיקום (כמה נגדים ו -3 טריגרים-schimdt 74LS14) וכדי להניע את המנועים (3 נהגי מנוע LB293). אתה יכול להסתכל בתרשימים כדי לקבל מידע נוסף.

אתה יכול להוריד את ה- ZIP עם תמונות הסכימות באזור ההורדה.

שלב 5: קושחה ותוכנה

הקושחה פותחה ב- C, כאשר מהדר ה- gcc כלול בסביבת הפיתוח החינמית של WinAVR (השתמשתי בפנקס מתכנתים כ- IDE). אם תסתכל על קוד המקור תמצא מודולים שונים:

- atb: מכיל את "הראשי" של הפרויקט ואת שגרת האינטליזציה של המערכת. הוא מ- "atb" שם נקראים מודולים אחרים. - UARTparser: הוא המודול עם הקוד של המנתח הטורי, שלוקח את הפתקים שנשלחו על ידי המחשב דרך ה- RS-232 וממיר אותם לפקודות מובנות למודול "תנועות". - תנועות: ממיר פקודת פתק שהתקבלה מ- UARTparser, לסט של תנועות מוטוריות פשוטות שונות על מנת להכות פעמון. הוא מספר למודול "מנוע" את רצף האנרגיה והכיוון של כל מנוע. - מנועים: מיישם 6 תוכנות PWM להנעת המנועים באנרגיה המדויקת ובמשך הזמן המדויק שנקבע על ידי מודול "התנועה". תוכנת המחשב היא יישום Visual Basic 6.0 פשוט המאפשר למשתמש להיכנס ולאחסן את רצף התווים המרכיבים מנגינה. זה גם מאפשר לשלוח את ההערות דרך היציאה הטורית של המחשב האישי ולהאזין להן שיחק על ידי ה- Atb. אם אתה רוצה לבדוק את הקושחה אתה יכול להוריד אותו באזור ההורדות.

שלב 6: שיקולים אחרונים, רעיונות עתידיים וקישורים …

למרות שהמכשיר נשמע נחמד, הוא לא מספיק מהיר לנגן כמה מנגינות, למעשה לפעמים הוא קצת מסנכרן עם המנגינה. אז אני מתכנן גרסה חדשה יותר יעילה ומדויקת יותר, כי דיוק הזמן הוא עניין חשוב מאוד כאשר אנו מדברים על כלי נגינה. אם אתה מנגן פתק עם כמה מילי שניות מראש או מעכב האוזן שלך תמצא משהו מוזר במנגינה. לכן יש לנגן כל תו ברגע המדויק באנרגיה המדויקת. הסיבה לעיכובים אלה בגרסה הראשונה של המכשיר היא שמערכת ההקשה שבחרתי אינה מהירה כפי שהיא צריכה. הגרסה החדשה תהיה בעלת מבנה דומה מאוד, אך תשתמש בסולנואידים במקום במנועים. סולנואידים מהירים יותר ויותר מדויקים אך הם גם יקרים יותר וקשים יותר למצוא. ניתן להשתמש בגרסה ראשונה זו לנגינת מנגינות פשוטות, כמכשיר עצמאי, או בשעונים, פעמוני דלת … דף ראשי של הפרויקט: דף הבית של פעמונים אוטומטיים של צינורות סרטון של פעמוני הפעולה האוטומטיים: סרטון יוטיוב של פעמוני הצינוריות האוטומטיות באתר זה תוכלו למצוא כמעט כל המידע שתצטרך לבניית פעמוני משלך: יצירת פעמוני רוח מאת ג'ים האוורת 'יצירת פעמוני רוח מאת ג'ים קירקפטריק קבוצת פעולות הרוח בונה קבוצה