Sonificatie van biodata: 36 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Genereer MIDI-noten op basis van veranderingen in galvanische geleiding over twee sondes.

Ga voor de nieuwste codeversie en bijgewerkte tutorials naar electricforprogress.com en bekijk mijn github-project

Stap 1: Soldeerloze Breadboard

Een belangrijk hulpmiddel bij het experimenteren met elektronica is de Soldless Breadboard. De Breadboard stelt gebruikers in staat om componenten met elkaar te verbinden en gemakkelijk opnieuw te configureren, en stelt nieuwkomers in de elektronica en ervaren ingenieurs in staat om prototypes te ontwerpen en elektronische systemen eenvoudig aan te sluiten.

Breadboards hebben een reeks gaten die elektrisch zijn verbonden. Horizontale rijen lopen over het Breadboard in Terminal Strips van 5 verbonden punten en zijn gemarkeerd met de letters abcde en fghij. Een grote scheidingswand in het midden van het breadboard scheidt de horizontale rijen, dit vergemakkelijkt het gebruik van Dual Inline Package (DIP) microchips. Aan de zijkanten van het breadboard bevinden zich verticale kolommen met gaten, meestal gemarkeerd met rode en blauwe lijnen. Deze verticale kolommen worden het meest gebruikt voor stroomaansluitingen (positieve spanning en aarde) en worden een 'Bus' genoemd. We zullen al onze positieve en grondverbindingen aan deze bussen aan elke kant van het breadboard bevestigen. In een latere stap zullen we de gronden en de positieve bussen aan elke kant van het breadboard met elkaar verbinden.

Om twee elektronische componenten te 'verbinden', plaatsen we eenvoudig de draden (of 'poten') van de onderdelen in aangrenzende horizontale gaten. Hierdoor kan een gebruiker meerdere componenten met elkaar verbinden met behulp van elke horizontale rij van 5 punten.

Stap 2: Plaats 555 Timer

De 555-timer is een 8-pins DIP-microchip, die we zullen configureren als een astabiele multivibrator die elektrische geleidbaarheid kan meten. Richt de chip zo dat pin 1 bovenaan staat - je ziet een kleine cirkel bij pin 1 op de chip, zie ook het diagram dat elk van de pinnen op de 555 Timer identificeert.

Plaats de 555 timer aan de onderkant van de Breadboard. Het breadboard is gerangschikt met een opening in het midden, de microchip moet over deze opening lopen. De rijen van het breadboard zijn genummerd, we zullen de 555-timer in de rijen 27, 28, 29 en 30 invoegen, met pin 1 in rij 27.

Stap 3: Pin 1 op aarde

Bevestig de 555 pin 1 aan aarde en voeg een jumperdraad toe van rij 27 kolom A naar de massabus.

Stap 4: timingcondensator C1

Sluit de timingcondensator C1 (0.0042uF) aan tussen Pin 1 en Pin 2 van de 555 Timer. Plaats de kleine blauwe condensator in rijen 27 en 28 in kolom B.

Deze condensator stelt het algehele frequentiebereik van de timer in, hier gebruiken we een zeer kleine waarde om de hoogste resolutie van pulsen uit de 555 te krijgen, aangezien we fluctuaties in elektrische capaciteit over de twee sondes meten.

Stap 5: Ontkoppel condensator C2

Sluit de hoogfrequente ontkoppelingscondensator C2 (1uF) aan op de positieve en aarde van de 555 Timer, pinnen 1 en 8 in rij 27, kolom D en G.

Het kan handig zijn om de poten van de condensator af te knippen, zodat deze beter op het breadboard passen, maar zorg ervoor dat er voldoende ruimte overblijft voor de poten om de microchip te overspannen en volledig te verbinden met de breadboard-aansluitingen.

Stap 6: Ontkoppelen van elektrolytische condensator C3

Sluit de laagfrequente ontkoppelingselektrolytische condensator C3 (41uF) aan op de positieve en aarde van de 555 Timer, pinnen 1 en 8 in rij 27, kolom C en H.

Merk op dat elektrolytische condensatoren gepolariseerd zijn en het negatieve uiteinde identificeren met een witte streep langs de zijkant van de dop; zorg ervoor dat de negatieve kant van de condensator naar Pin 1 (Ground) kolom C gaat en de positieve kant van de condensator naar Pin 8 (Positive) kolom H.

Stap 7: LED-uitgang

Voeg de rode LED toe aan de uitgangspin 3 van de 555 Timer Row 29 pin A en aan de grondbus. Plaats de langere kabel van de LED (anode) in Rij 29 Kolom A, met de kortere poot van de LED in een van de grondbusgaten.

**- LED's zijn gepolariseerd en moeten in de juiste richting worden geplaatst. De kathodepoot van de led (negatief) is te herkennen aan een afgeplatte rand aan de zijkant van de led, en de positieve anode is te herkennen aan de langere poot. De polariteit en kleur van de LED's kunnen worden geïdentificeerd met behulp van een eenvoudige knoopbatterij, door de batterij tussen de LED-draden te schuiven, ziet u de LED oplichten of niet, probeer de batterij de andere kant op te draaien. De LED gaat branden wanneer het batterij + (brede platte) uiteinde is aangesloten op de anode (langere poot) en de batterij - (kleinere knop) is aangesloten op de kathode-aardingspoot. Pak een CR2032 3v knoopcelbatterij en probeer het uit!

Nadat je alles in de laatste stap hebt laten werken, kun je terugkomen en desgewenst de poten van de LED bijsnijden.

LET OP: onder alle normale omstandigheden zou er een weerstand worden toegevoegd tussen de uitgangspen en de LED. Om de bouw van deze kit te vereenvoudigen, zijn de stroombegrenzende weerstanden weggelaten. We hebben weerstanden opgenomen voor elke LED in de kit. Gewijzigde instructies inclusief stroombeperkende weerstanden zullen als bijlage worden verstrekt.

Stap 8: Jumper 555 Trigger naar drempel

Sluit een jumperdraad aan tussen pin 2 en pin 6 van de 555 Timer Rij 28 kolom D naar Rij 29 Kolom G.

Hiermee worden de drempel en de triggerpinnen van de 555-timer bevestigd, die de ingangsaansluiting voor de primaire elektrode vormen.

Stap 9: Jumper 555 Reset naar V+

Sluit pin 4 van de 555-timer aan op de positieve bus met behulp van een verbindingsdraad Rij 30 kolom D op de positieve bus

Sluit pin 8 van de 555 Timer aan op de positieve bus met behulp van een verbindingsdraad Rij 27 Kolom I op de positieve bus

(voeg afbeelding en stap toe voor 555 VCC naar V+)

Stap 10: Weerstand R1 100K 555 Ontlading naar positieve bus

Sluit weerstand R1 (100k) aan tussen pin 7 van de 555 en de positieve bus. Plaats een kant van de weerstand in rij 28 kolom J en de andere kant van de weerstand op de positieve bus.

Stap 11: Sonde-ingang

De sonde-ingang is een 3,5 mm mono-aansluiting, die via twee gesoldeerde pinnen op het breadboard wordt aangesloten. Hoewel het een krappe plek is, passen de koppennen die aan de aansluiting zijn gesoldeerd in rij 28 en 29 kolom H.

De header-pinnen zijn aan de jacks toegevoegd om het voor de gebruiker gemakkelijker te maken om de kit te bouwen. Houd er rekening mee dat overmatige spanning op de jack of pinnen schade aan de soldeerverbinding kan veroorzaken. Als uw kit de header-pinnen niet op de jack heeft gesoldeerd, raadpleeg dan de bijlage voor soldeerinstructies voor de jack en header.

Stap 12: Positieve busjumper

Sluit de positieve bus aan beide zijden van het breadboard aan door een verbindingsdraad tussen de bovenste hoogste punten van de linker en rechter (rode) Power Bus te plaatsen.

Stap 13: Ground Bus Jumper

Sluit de aardingsbus aan beide zijden van het breadboard aan door een verbindingsdraad tussen de bovenste hoogste punten van de linker en rechter (blauwe) aardingsbus te plaatsen.

Stap 14: De galvanometer testen

Nu zijn we klaar om wat batterijen aan te sluiten en de galvanometer te testen die we zojuist hebben gebouwd met de 555 Timer.

Plaats 3 AA-batterijen in de zwarte batterijdoos, zorg ervoor dat de aan / uit-schakelaar op de doos in de 'UIT'-positie staat. Bevestig de rode draad van de accubak aan de Breadboard Positieve (rode) bus, bevestig de zwarte draad van de accubak aan de Breadboard Ground (blauwe) bus. Schuif nu de aan/uit-schakelaar op de accubak naar 'ON'. De LED moet branden om aan te geven dat de 555-timer is ingeschakeld.

Bevestig de witte elektrodedraden (gebruik de plakstrips nog niet) aan de 3,5 mm-aansluiting die op de galvanometer is aangesloten. Door de metalen knopuiteinden van de elektroden met uw vingers aan te raken, kunt u de LED-flitser zien op basis van veranderingen in geleidbaarheid. Door de elektroden heel licht aan te raken, kan de LED-flitser langzaam aan en uit gaan, door heel hard in de elektroden te knijpen, knippert de LED erg snel, waardoor het lijkt alsof de LED blijft branden of iets dimt.

Stap 15: Plaats ATMEGA328 28pin DIP

Uw MIDIsprout-kit wordt geleverd met een voorgeprogrammeerde ATMEGA328-microcontroller, met zekeringen die zijn ingesteld op 8 Mhz op de interne oscillator (zekeringen: Low-E2 High-D9 Ext-FF) en vooraf geladen met de MIDIsprout-firmware. Deze 28 pins DIP heeft twee parallelle rijen van 14 pins.

Plaats de 328p-chip aan de bovenkant van het breadboard, waarbij u pin 1 identificeert met de kleine cirkel op de chip, in rijen 1 - 14 die de DIP over de opening in kolommen E en F overspannen.

**Om gemakkelijk te herprogrammeren en te experimenteren, is het mogelijk om een 16Mhz oscillator toe te voegen op pin 9 en 10 van het breadboard, en te programmeren met een arduino Uno-bord met modificaties van de MIDIsprout-code. De ATMEGA328 kan ook opnieuw worden geprogrammeerd via ICSP met een externe programmeur (andere arduino) en een doolhof van jumperdraden;)

**Ook als een addendum kan MIDIsprout Kit worden gebouwd met behulp van de vorige stappen om de galvanometer te monteren, waarbij het breadboard rechtstreeks op een Arduino Uno is bevestigd! Blijf kijken…

Ter referentie, de code die vooraf is geladen in de huidige versie MIDIsprout:

Arduino-code:

Stap 16: Schakel de ATMEGA328. in

Bevestig de VCC-pin op de 328 aan de positieve bus met behulp van een jumper tussen rij 7, kolom A en de positieve bus.

Stap 17: Aard de ATMEGA328

Bevestig de grondpen op de 328 aan de grondbus met behulp van een jumper tussen rij 8, kolom B en de grondbus.

Stap 18: Schakel de ATMEGA328 in (analoog)

Bevestig de analoge spanningspen op de 328 aan de positieve bus met behulp van een jumper tussen rij 9 kolom J en de positieve bus.

Stap 19: Aard de ATMEGA328 (analoog)

Bevestig de grondpen op de 328 aan de grondbus met behulp van een jumper tussen rij 7, kolom J en de grondbus.

Stap 20: 555 Timer-uitgang naar ATMEGA328-ingang

Verbind de uitgangspen van de 555 Timer met de ingangspen 4 op de 328 met een jumperdraad tussen 555 Timerpen 3 Rij 29 Kolom D en Rij 4 Kolom D.

Hier activeert de digitale uitgang van de 555 een onderbrekingspen op de 328, INT0, die de pulsduur meet en vergelijkt.

Stap 21: Knop

De meegeleverde knop moet worden voorbereid door de drie poten voorzichtig te buigen (buig alle drie tegelijk), zodat de knop verticaal kan staan. Plaats de knop aan de linkerkant van het breadboard in kolom A, rijen 19, 20 en 21.`

Stap 22: Knop Wisser naar ATMEGA328 Analoge Ingang

Verbind de middelste pin van de knop met de analoge ingang (A0) van de 328 met behulp van een jumperdraad. Bevestig een jumper tussen de Knop Rij 20 Kolom E en 328 (A0 pin) Rij 6 Kolom G.

Stap 23: MIDI-aansluiting

Steek de MIDI-aansluiting in het breadboard. Bereid de aansluiting voor door de twee puntige montagepennen aan de voorkant van de MIDI-aansluiting te identificeren en ze naar boven te buigen zodat ze naar de voorkant van de MIDI-aansluiting wijzen. Plaats de MIDI-aansluiting aan de rechterkant van het breadboard, met de aansluiting naar de rechterkant. Steek de MIDI-aansluiting in kolom I en J, rijen 18, 19, 21, 23 en 24. De vijf MIDI-aansluitingspennen passen (nauwsluitend) in het breadboard, pas op dat u niet te hard duwt.

Stap 24: MIDI-gegevenspin naar ATMEGA328 Tx

Sluit de MIDI-gegevensuitgangspen aan op de ATMEGA328 seriële zendpen (Tx) door een jumper aan te brengen tussen kolom F, rij 23 (MIDI-gegevenspen 5) en kolom B, rij 3 (328 Tx).

Stap 25: MIDI-vermogensweerstand naar V+

Sluit een weerstand aan tussen de MIDI-voedingspin (4) en V+ met behulp van een 220 Ohm-weerstand aangesloten op Kolom H Rij 19 (MIDI-voeding) en de positieve bus aan de rechterkant van het bord.

Stap 26: MIDI Ground Jumper

Sluit de MIDI Ground-pin aan op de Ground-bus met behulp van een jumperdraad tussen kolom F Row 21 (MIDI Ground) en de Ground-bus.

Stap 27: Knop Positieve Spanning

Sluit de positieve spanningspen van de knop aan op de positieve bus met behulp van een jumper tussen kolom D, rij 19 en de positieve bus.

Stap 28: Knop grond

Verbind de aardingspin van de knop met de aardingsbus met behulp van een jumper tussen kolom D, rij 21 en de aardingsbus.

Stap 29: LED's (rood)

Er zijn 5 gekleurde LED's in de MIDIsprout die een lichtshow geven en een indicatie geven van de status van de MIDI-noten die worden gespeeld.

Sluit de LED (rode) anode - lange poot aan op kolom A, rij 5 en de LED-kathode op de grondbus.

**- Voor de eenvoud laten we in deze build stroombeperkende weerstanden weg. Zie de bijlage voor stappen om weerstanden bij de LED's op te nemen.

Stap 30: LED's (geel)

Sluit de LED (gele) anode - lange poot aan op kolom A Rij 11 Sluit de LED (rode) anode - lange poot aan op kolom A, rij 5 en de LED-kathode op de grondbus. en de LED-kathode op de grondbus.

Stap 31: LED's (groen)

Sluit de LED (groene) anode - lange poot aan op kolom A, rij 12 en de LED-kathode op de grondbus.

Stap 32: LED's (blauw)

Sluit de LED (blauwe) anode - lange poot aan op kolom J, rij 14 en de LED-kathode op de grondbus.

Stap 33: LED's (wit)

Sluit de LED (witte) anode - lange poot aan op kolom J, rij 13 en de LED-kathode op de grondbus.

Stap 34: 16MHz Crystal Oscillator-plaatshouder

De 16MHz kristaloscillator moet worden toegevoegd op pinnen 9 en 10 van de ATMEGA328 rij 9 en 10 kolom C. Het onderdeel is niet gepolariseerd en het kristal kan in beide richtingen in pinnen 9 en 10 worden gestoken.

Stap 35: Batterijpakket

Bevestig het batterijpakket aan het breadboard door de rode draad van het batterijpakket in de positieve spanningsbus van het breadboard en de achterste draad in de massabus van het breadboard te plaatsen. Plaats 3 AA-batterijen en schakel de batterijbox in. Met de stroom aan moet de LED door de 555 Galvanometer oplichten.

Sluit de elektrodedraden aan op de aansluiting aan de onderkant van het breadboard en raak de twee knopuiteinden van de draden aan. De galvanometer-LED moet knipperen als reactie op de geleidbaarheid over uw vingers.

Stap 36: Biodata Sonificatie

Wanneer de elektrodedraden worden aangeraakt of bevestigd met behulp van gelpads, zal het MIDIspout-programma kleine veranderingen in de geleidbaarheid detecteren en deze veranderingen weergeven als MIDI-noten en kleurrijke lichten!

Door een MIDI-kabel aan te sluiten op de MIDI-aansluiting op het breadboard, kan de MIDIsprout Kit worden aangesloten op synthesizers, toetsenborden, geluidsgeneratoren en computers die MIDI ondersteunen om geluiden te produceren als reactie op de MIDI-noten.

Door aan de knop te draaien, kan de drempel/gevoeligheid van de MIDIsprout worden aangepast. Door de drempel te verlagen, kunnen kleinere fluctuaties in geleiding van de galvanometer worden gedetecteerd; door de drempel te verhogen, zijn grotere veranderingen nodig om noten te produceren. Bij langdurige installaties gebruik ik een laagdrempelige instelling die een prettig kabbelende stroom MIDI-data voortbrengt. Voor openbare interactieve evenementen met meerdere planten, draai ik de drempel nogal hoog, waardoor MIDI-noten alleen worden geproduceerd als een persoon heel dichtbij komt of de plant fysiek aanraakt.