Polyflûte: 8 Kauj Ruam

2024 Tus sau: John Day | [email protected]. Kawg hloov kho: 2024-01-30 09:25

Le projet Polyflûte suav nrog é réaliser un instrument de musiquenumérique.

Le tab sis est de créer ib qho cuab yeej de musique hwm tus neeg mob tej yam kev mob; Cet instrument ua haujlwm ntau:

-Autonome thiab portable (Roj teeb, pawg …)

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

-Auto qhib (Tsim ib tus tub suab paj nruag à sib koom ua ke tsis tu ncua txuas ntxiv dans l'environnement -alentour)

Le tab sis yog donc de réussir à convertir une onde vibratoire, oscillante de la vie courante lossis cov teeb meem ntawm objets du quotidien en onde sonore thiab suab paj nruag.

Kauj Ruam 1: Création Du Circuit Analogique

Notre système se base sur le principe de la détection delumière: Nyob rau qhov chaw tsis muaj LED thiab lub ntsej muag photodiode à ntsej muag séparé par une hélice propulsé en roue libre par un ventilateur. Ainsi le passage d'une pâle devant la photodiode créera un signal de type T. O. R (plutôt proche du sinusoïdale en prenant en compte le temps de réception de la lumière).

Le capteur suav nrog le cœur de la partie analogues. Nous avons donc décidé de distinguer un Circuit d'émission et un circuit de réception. Le Circuit est alimenté par 6 pawg rechargeables de 1.2 V soit au tag nrho 7.2V. Le Circuit d'émission est constitué d'une LED et d'un moteur branché en parallèle (une diode de tiv thaiv ib qho également été placée pour éviter les retours de courants). Le circuit d'émission se constitue d'une photodiode dont le signal is amplifié par un AOP; ainsi que de 2 filtres passe d’ordre 1 filtrant viron ib puag ncig 80 Hz (kev xav ntau tshaj plaws ntawm kev sib hloov de l'hélice).

Kauj Ruam 2: Choix Des Composants

Une fois le Circuit théorique établit, nyob rau choisit les composants les plus adaptés au montage.

Vous retrouverez ci-dessous les références et valeurs des différents composers (en se basant sur le schéma électronique précédent):

LED: SFH 4550

Ventilateur: MB40200V1 (5V)

Diode: 1N4001

Cov duab: SFH 203

NPE: LM358N

Qauv Zauv: MCP3008

Kev R1 (LED): 47 Ohms

Risistance R2 (Filtre 1): 220 Ohms

Risistance R3 (Filtre 2): 220 Ohms

Résistance R4 (Filtre en sortie de Vref): 1 kOhms

Condensateur C1 (Filtre): 10nF

Condensateur C2 (Filtre): 10 nF

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

Régulateur: 0J7031 reg09b

Connector 40 tus pin

Raspberry PI 2 Qauv B.

Hélice d'hélicoptère de 3,8 cm

6 pawg rechargeables 1.2 V

Kauj Ruam 3: Réalisation Du PCB

La réalisation du PCB (Luam Circuit Board) s'est effectuée en plusieurs étapes:

- Le dessin de la carte (Agencement des composants)

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

- Soudage des composants

Le dessin et le routage de la carte ont 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 ont été disposés de manière à réduire la taille de la carte (9 cm ntev, 5 cm de loj). Le routage fut la partie la plus délicate, tsheb la carte étant imprimé en ob chav couche nous devions décidés de la disposition des des connections en couche Top ou Bottom. Une fois la carte imprimée, nous avons soudés les composants sur des txhawb nqa afin de pouvoir enlever les composants en cas de défaillances ou de changements de composants. Nous avons également dû placer sur la carte le connecteur tso siab rau PCB thiab la Rasberry. Nous avons pour cela dû identifier les ports SPI de la Rasberry et faire la bonne correspondence avec le PCB.

Vous trouverez les fichiers Gerber (fichier Altium Designer).

Kauj Ruam 4: Réalisation De La Partie Mécanique (txhawb Et Instrument)

Le tube tsim los ntawm ib lub raj hauv PVC (plomberie) qui a été coupé une une longueur de 15 cm et 4, 1 cm de diamètre. Ntawm kev rov sau dua 4 lub ris ntawm 1 cm de diamètre espacé chacun de 2 cm. Ib tus neeg sau xov xwm ntawm kev rov ua dua ib qho hélice soutenu par une tige en plastique de 2 cm. Le PCB thiab le tube sont fixés sur une plaque en bois à fixé l'aide d'entretoises et de vis. Sur la partie gauche du tube ntawm kev kho lub tshuab ua pa à l'aide d'un scotch de câble électrique. Nyob rau hauv lub qhov rooj, lub raj yog ib lub hnab ntim rau hauv ib lub thawv ntawv.

- PVC en tub

- cov quav hniav nyob hauv ib puag ncig 30 cm x 30 cm

- 4 entretoises de 3,5 cm

- 4 lub hlis

- Tsis cuam tshuam 2 txoj haujlwm ib txwm muaj

- Txhawb nqa pawg

- Thawv

Kauj Ruam 5: Connexion MCP-Raspberry

La connexion MCP-3008/Rasberry est essentielle pour la kev sib txuas lus, kev txais tos kis des données.

La connexion Raspberry/MCP yog détaillée dans les dluab.

La connexion s'effectue en npav SPI, le code d'initialisation du npav yog sib koom ua ke dans les fichiers.

Kauj Ruam 6: Kev Tau Txais Des Données

Une fois la Raspberry connectée à un convertisseur analogique/numérique de type MCP3008 à l'aide d'un npav SPI, il faut maintenant acquérir les données souhaitées. Nous ne relevons qu'un type de valeur, l'amplitude de notre teeb liab fréquentielle, sur la chaîne 1 du MCP3008. Ces valeurs sont stockées dans un tableau de taille 512: on choisit une puissance de 2 pour faciliter les algorithmes de transformé de Fourier à venir, et plus le nombre de points est élevé plus le signal discret sera précis.

L'acquisition des données ne peut cependant pas se faire de manière aléatoire, en effet la fréquence d'acquisition et donc la fréquence d'échantillonnage est primordiale. Nous avons déterminé empiriquement que notre signal n'atteignait jamais des fréquences supérieures à 80Hz. Txaus siab rau 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). Le premier thread de notre program program contient donc la fonction du timer qui effectue l'acquisition des données.

Kauj ruam 7: FFT

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

Ntawm kev siv ncuav cela la bibliothèque GSL qui permet à partir d'un tableau de données, d'avoir le tableau d'amplitude des raies fréquentielles composant ce teeb liab. En écartant la première case du tableau contentant l'amplitude des composantes txuas ntxiv, ntawm 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 thiab le nombre de cov ntsiab lus yuav tsum tau ua ntej 512.

Kauj Ruam 8: Génération Du Son

Kev saib xyuas tseem ceeb nyob rau récupéré la fréquence du teeb liab il suffit de générer un sinus pour avoir un son. Deux cov kev daws teeb meem se sont ouvertes ous nous: Émettre un sinus directement à partir des fréquences tau txais en les multipiant pour les rendre audible, ou bien associer des fréquences précises aux plages des différentes notes de notre prototype.

Nous avons testé les deux méthodes et nous avons finalement retenu la seconde ntxiv rau concluante. Les notes jouées sont celle de la gamme 4, cependant les contraintes de notre système nous permet seulement d'avoir 8 plages sib txawv thiab ainsi de jouer 8 sau ntawv sib txawv: Ua, Ré, Mi, Fa, Sol, Sol bémol, La et Si.

Enfin vous trouverez les codes ua raws des deux daws teeb meem citées au-dessus.