Polyflote: 8 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Het project Polyflûte bestaat uit een instrument van musiquenumérique.

Le but est de créer un instrument de musique respectant des condition particulières; Cet instrument doit être:

-Autonome et portable (Batterij, stapel…)

-Autodidacte (Enseigner à l'utilisateur à partir d'un site internet, le fonctionnement et la construction de l'appareil)

-Auto tune (Produire un son musical à partir une fréquence relevé dans l'environnement -alentour)

Le but est donc de réussir à convertir une onde vibratoire, oscillante de la vie courante of issue d'objets du quotidien en onde sonore et musicale.

Stap 1: Création Du Circuit Analogique

Het systeem is gebaseerd op het principe van de lichtdetectie: On place un LED en photodiode face à face separé par un hélice propulsé en roue libre par un ventilateur. Ainsi le passage d'une pâle devant la photodiode creera un signal de type T. O. R (plutôt proche du sinusoïdale en prenant en compte le temps de réception de la lumière).

Le capteur constitue le cœur de la partie analogique. Nous avons donc décidé de distinguer un circuit d'émission en un circuit de réception. Le circuit est alimenté par 6 stapels oplaadbare de 1.2 V soit au totaal 7.2V. Le circuit d'émission est constitué d'une d'une LED et d'un moteur branché en parallèle (een diode de protection a également été placée pour éviter les retours de courants). Het circuit van de missie bestaat uit een fotodiode die geen signaal bevat dat wordt versterkt door een AOP; ainssi que de 2 filters passe bas d'ordre 1 filter à environ 80 Hz (maximale maximale rotatie de l'hélice).

Stap 2: Choix Des Composants

Une fois le circuit théorique établit, on choisit les composants les plus adaptés au montage.

Vous retrouverez ci-dessous les références et valeurs des différents composants(en se basant sur le schema électronique precédent):

LED: SFH 4550

Ventilator: MB40200V1 (5V)

Diode: 1N4001

Fotodiode: SFH 203

AOP: LM358N

KAN: MCP3008

Weerstand R1 (LED): 47 Ohm

Weerstand R2 (Filter 1): 220 Ohm

Weerstand R3 (Filter 2): 220 Ohm

Weerstand R4 (Filtre en sortie de Vref): 1 kOhm

Condensator C1 (Filter): 10nF

Condensator C2(Filter): 10nF

Condensator C3(Filtre en sortie de Vref): 5µF

Regelgever: 0J7031 reg09b

Aansluiting 40 pins

Raspberry PI 2 Model B

Hélice d'helikoptere van 3, 8 cm

6 stapels oplaadbare 1,2 V

Stap 3: Realisatie Du PCB

La réalisation du PCB (Printed Circuit Board) is het meest effectuée en plusieurs étapes:

- Le dessin de la carte (Agencement des composants)

- Le routage des composants sur la carte en Impression de la carte

- Soudage des composants

Le dessin et le routage de la carte on été faits sur le logiciel ALTIUM Designer (logiciel utilisé en entreprise pour le routage de PCB). Nous avons donc dû nous initier au logiciel. Les composants on été disposés de manière à réduire la taille de la carte (9 cm lang, 5 cm groot). De route van de partij met de delicate, auto la carte étant imprimé en double couche nous devions décidés de la disposition des connections en couche Top of Bottom. Une fois la carte imprimée, nous avons soudés les composants sur des support afin de pouvoir enlever les composants en cas de défaillances of de changements de composants. Nous avons également dû placer sur la carte le connecteur reliant le PCB et la Rasberry. Nous avons pour cela dû identifier les ports SPI de la Rasberry et faire la bonne correspondentie avec le PCB.

Vous trouverez les fichiers Gerber (fichier Altium Designer).

Stap 4: Réalisation De La Partie Mécanique (ondersteuning Et Instrument)

De buis bestaat uit een buis die bestaat uit PVC (plomberie) met een lengte van 15 cm en 4, 1 cm van diameter. Op retrouve 4 trous de 1 cm de diamètre espacé chacun de 2 cm. Een l'intérieur op retrouve une hélice soutenu par une tige en plastique de 2 cm. De PCB en de buis zijn vastgemaakt op een plaquette en een fixe van de hulp van de entretoises en de vis. Sur la party gauche du tube op een fixe le ventilateur à l'aide d'un scotch de câble électrique. De l'autre côté, de tube est bouché par un morceau de carton.

- buis en PVC

- plaquette en bois d'environ 30 cm x 30 cm

- 4 entretoises van 3,5 cm

- 4 écrous

- Un interrupteur 2 posities klassiek

- Ondersteuning van de stapel

- Karton

Stap 5: Connexion MCP-Raspberry

La connexion MCP-3008/Rasberry est essentielle pour la communication, réception transmissie des données.

La connexion Raspberry/MCP en detail van de afbeeldingen.

La connexion s'effectue en bus SPI, de code d'initialisation du bus est joint dans les fichiers.

Stap 6: Acquisitie Des Données

Une fois la Raspberry connectée à un convertisseur analogique/numérique de type MCP3008 à l'aide d'un bus SPI, il faut maintenant acquérir les données souhaitées. Nous ne relevons qu'un type de valeur, l'amplitude de notre signal fréquentielle, sur la chaîne 1 du MCP3008. Meer informatie over de taille van 512: naar keuze van de 2 voor facilitaire algoritmen van de transformatie van Fourier à venir, plus de nombre de pointes est élevé plus le signal discret sera précis.

De acquisitie van de aankoop is een logische stap in het bestaan van de manière, en het effect van de frequentie van acquisitie en van de frequentie van de eerste primordiale. Nous avons déterminé empiriquement que notre signal n'atteignait jamais des fréquences supérieures à 80Hz. Pour respecter Shannon notre fréquence d'échantillonnage doit être supérieure à 160Hz, nous avons choisi une Fe à 250Hz.

Afin d'acquérir les données à cette fréquence, nous avons créé un timer qui fait appel à notre fonction d'acquisition toutes les 4ms (Te = 1/Fe = 4ms). De eerste thread van het notre programma bevat de functie van de timer en het effect van de acquisitie van données.

Stap 7: FFT

Une fois le tableau de données d'acquisition rempli, on peut effectuer la transformer de Fourier discrete pour retrouver la fréquence du signal.

Op gebruik pour cela la bibliothèque GSL qui permet à partir d'un tableau de données, d'avoir le tableau d'amplitude des raies fréquentielles composant ce signal. En écartant la première case du tableau contenant l'amplitude des composantes gaat verder, op peut retrouver l'indice i de la fréquence qui a la plus forte amplitude à l'aide de la formule suivante: Freq = i*Fe/(2*Nb_Points).

Notre fréquence d'échantillonnage étant 250Hz en de nombre de acquis étant 512.

Stap 8: Generatie Du Son

Maintenant que l'on a récupéré la fréquence du signal il suffit de générer un sinus pour avoir un son. Deux solutions se sont ouvertes à nous: Émettre un sinus regiement à partir des fréquences acquises en les multipliant pour les rendre audible, ou bien associer des fréquences précises aux plages des différentes notre de notre prototype.

Nous avons testé les deux méthodes et nous avons finalement retenu la seconde plus concluante. Les notities met een celle de la gamme 4, cependant les contraintes de notre système nous permet seulement d'avoir 8 plages onderscheiden en ainsi de jouer 8 noten différentes: Do, Ré, Mi, Fa, Sol, Sol bemol, La et Si.

Enfin vous trouverez les codes complets des deux solutions citées au-dessus.