MIDI ελεγχόμενη δομή LED: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ως γνήσιος λάτρης της μουσικής και φοιτητής ηλεκτρονικών και πληροφορικής, πάντα ήθελα να φτιάξω συσκευές MIDI, τις οποίες θα μπορούσα να χρησιμοποιήσω για τη δημιουργία ηλεκτρονικής μουσικής.

Αφού παρακολούθησα πολλές παραστάσεις και φεστιβάλ μουσικής, άρχισα να ενδιαφέρομαι πραγματικά για τις ελαφριές παραστάσεις κατά τη διάρκεια των παραστάσεων.

Μετά από πολλή έρευνα, βρήκα κυρίως μόνο συσκευές που χρησιμοποιούν μικρόφωνο και δεν μπορούσαν να επιτρέψουν τον έλεγχο των LED ακριβώς όπως θέλετε.

Γνωρίζοντας όλο και περισσότερο τα σήματα DAW και MIDI, αποφάσισα να ξεκινήσω με αυτό το έργο!

Αποτελείται από μια τρισδιάστατη δομή με LED που δεν έχουν ενσωματωθεί, τα οποία ελέγχονται στην πραγματικότητα από σήματα MIDI (NoteOn, NoteOff και CC Messages).

Έτσι, ο μουσικός θα μπορούσε να ελέγξει το χρώμα και την ένταση κάθε LED, μόνο χρησιμοποιώντας σήματα MIDI, που παράγονται από οποιοδήποτε DAW.

Με αυτήν την ιδέα, ήθελα να ενισχύσω τη δημιουργικότητα μέσω φωτεινών εκπομπών και να επιτρέψω στον καθένα να δημιουργήσει τη δική του, να κάνει κάθε οπτική παράσταση μοναδική.

Βήμα 1: Υλικά

Βασικά, αυτό το έργο αποτελείται από δύο μέρη: ένα κύκλωμα λήψης MIDI και τη δομή LED. και ένας μικροελεγκτής για να συνδέσει αυτά τα μέρη και να "μεταφράσει" τα σήματα MIDI που προέρχονται από το DAW στις λωρίδες LED. Ακολουθεί μια λίστα με τα υλικά που απαιτούνται για κάθε μέρος.

Κύκλωμα λήψης MIDI:

• 1 x 6N138 Optocoupler
• 1 x 1N914 Δίοδος
• 1 x 5 ακίδων Din Jack (MIDI Jack)
• 2 αντιστάσεις 220 Ohm
• 1 x Αντίσταση 4,7K Ohm
• 1 υποδοχή USB/MIDI

Δομή LED:

Χρησιμοποίησα λωρίδες LED RGB βασισμένες σε LED WS2812B που μπορούν να ελεγχθούν με μόνο 1 ψηφιακή θύρα. Εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε μεγάλο αριθμό LED, ίσως χρειαστεί να φροντίσετε για το μέγιστο απαιτούμενο ρεύμα (1 LED μπορεί να καταναλώσει το πολύ 60mA). Εάν ο μικροελεγκτής δεν μπορεί να χειριστεί αυτήν τη μέγιστη τιμή, θα χρειαστείτε ένα άλλο τροφοδοτικό 5V που μπορεί να παρέχει αρκετό ρεύμα. Χρησιμοποίησα έναν προσαρμογέα 5V - 8A AC/DC με τον ειδικό προσαρμογέα εξόδου και έναν διακόπτη.

Σημείωση: Φαίνεται ότι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια μονάδα τροφοδοσίας υπολογιστή, καθώς γνωρίζουν ότι είναι σε θέση να παράγουν ένα πραγματικά υψηλό ρεύμα, αλλά θα πρέπει να βεβαιωθείτε ότι παρέχει σταθερή τάση 5V DC, ίσως χρησιμοποιώντας ένα 36 Ohm 5 Watt αντίσταση ισχύος μεταξύ της γείωσης (μαύρο) και της εξόδου 5V (κόκκινο) για να διασφαλιστεί ότι περνά αρκετό ρεύμα από την αντίσταση και έτσι παρέχεται ένα σταθερό 5V.

Τέλος, χρησιμοποίησα ένα απλό Arduino Uno με βίδα για να συνδέσω τα σήματα MIDI με τις λωρίδες LED.

Βήμα 2: Δημιουργία του κυκλώματος εισόδου MIDI

Εάν ενδιαφέρεστε για το τι ακριβώς είναι το πρωτόκολλο MIDI και πώς λειτουργεί, σας συνιστώ ανεπιφύλακτα να ελέγξετε το κανάλι YouTube Notes and Volts, όπου υπάρχουν πολλά ενδιαφέροντα και καινοτόμα μαθήματα και έργα MIDI Arduino.

Σε αυτό το μέρος, θα επικεντρωθώ μόνο στο κύκλωμα εισόδου MIDI. Mayσως είναι καλή ιδέα να δημιουργήσετε ένα πρωτότυπο σε έναν πρωτοπόρο και να ελέγξετε εάν τα σήματα MIDI που προέρχονται από το DAW δέχονται καλά από τον μικροελεγκτή πριν μπείτε στη συγκόλληση των εξαρτημάτων.

Τα δύο παρακάτω βίντεο περιγράφουν τον τρόπο κατασκευής και δοκιμής του κυκλώματος:

• Χτίζοντας το κύκλωμα
• Δοκιμή του κυκλώματος

Τέλος, μπορεί επίσης να είναι καλή ιδέα να ελέγξετε αυτό το βίντεο για να κατανοήσετε τα μηνύματα CC και πώς τα κλιπ αυτοματοποίησης μπορούν να ερμηνευτούν από τον μικροελεγκτή σας για να ελέγξουν τη φωτεινότητα των LED, για παράδειγμα.

Βήμα 3: Διαμόρφωση FL Studio (προαιρετικό)

Καθώς αισθάνομαι άνετα χρησιμοποιώντας το FL Studio, θα εξηγήσω πώς να διαμορφώσετε σωστά τη διεπαφή MIDI, αλλά είμαι σίγουρος ότι αυτή η διαδικασία δεν θα πρέπει να διαφέρει δραστικά εάν χρησιμοποιείτε άλλο σταθμό ψηφιακού ήχου.

Πρώτα απλώς πρέπει να συνδέσετε την υποδοχή USB/MIDI στον υπολογιστή σας. Συνήθως, τέτοιες συσκευές συνοδεύονται από ενσωματωμένο υλικολογισμικό και αναγνωρίζονται ως συσκευές MIDI, ακόμη και αν δεν έχουν ξεφορτωθεί. Στη συνέχεια, ανοίξτε το παράθυρο "Ρυθμίσεις" (πατώντας F10). Εάν όλα λειτουργούν σωστά, θα παρατηρήσετε ορισμένες συσκευές MIDI εξόδου στην ενότητα εξόδου. Επιλέξτε τη συσκευή σας και βεβαιωθείτε ότι είναι ενεργοποιημένη.

Στη συνέχεια, θα πρέπει να ορίσετε τον αριθμό θύρας και να τον έχετε υπόψη σας (0 για παράδειγμα). Απλώς κλείστε αυτό το παράθυρο (οι παράμετροι αποθηκεύονται αυτόματα) και, στη συνέχεια, προσθέστε ένα νέο κανάλι: MIDI Out.

Στη συνέχεια, το τελευταίο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να ορίσετε τη θύρα αυτού του νέου καναλιού: βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει τον ίδιο αριθμό θύρας που ορίσατε στην ενότητα "Ρυθμίσεις": κάνοντας αυτό, τα μηνύματα MIDI που προέρχονται από το κανάλι σας είναι τώρα συνδέεται με την έξοδο MIDI.

Τώρα, όταν παίζεται μια σημείωση από το κανάλι MIDI Out, ένα μήνυμα "Σημείωση" θα σταλεί μέσω της διεπαφής MIDI. Με τον ίδιο τρόπο, θα αποσταλεί ένα μήνυμα "NoteOff" όταν κυκλοφορήσει η σημείωση.

Ένα άλλο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό που συνοδεύει το κανάλι MIDI Out είναι η δυνατότητα ελέγχου διαφορετικών παραμέτρων με ποτενσιόμετρα. Κάνοντας δεξί κλικ σε ένα από αυτά και επιλέγοντας "Διαμόρφωση …", μπορείτε να τα κάνετε να στέλνουν μηνύματα CC (τιμή που κυμαίνεται από 0 έως 127) που θα χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο της φωτεινότητας των LED: επιλέξτε CC και, στη συνέχεια, Αποδοχή.

Κανονικά το FL Studio είναι τώρα έτοιμο να στείλει δεδομένα στη διασύνδεση MIDI! Το επόμενο είναι να γράψετε τον κωδικό για να αναβοσβήνει στο Arduino και να τον προσαρμόσετε στη δομή των LED σας.

Βήμα 4: Σύνδεση των LED

Η σύνδεση των λωρίδων LED είναι αρκετά απλή, καθώς απαιτούν απλώς +5V, GND και δεδομένα. Ωστόσο, καθώς σχεδίαζα να συνδέσω περισσότερους από 20 από αυτούς, αποφάσισα να χρησιμοποιήσω αρκετές καρφίτσες Arduino PWM και να δηλώσω πολλές περιπτώσεις Adafruit_NeoPixel (στον συντελεστή) για να αποφύγω κάθε είδους ακούσια καθυστέρηση.

Η συνημμένη εικόνα σκοπεύει επίσης να εξηγήσει πώς λειτουργούν τα ηλεκτρονικά:

• Οι λωρίδες LED τροφοδοτούνται απευθείας από το τροφοδοτικό.
• Ένας διακόπτης τροφοδοσίας χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του Arduino
• το κύκλωμα εισόδου MIDI τροφοδοτείται από το Arduino κατά την ενεργοποίηση του διακόπτη

Βήμα 5: Προσαρμογή της δομής 3D

Μέχρι στιγμής, αυτό το μέρος ήταν το μεγαλύτερο, καθώς ήμουν εντελώς καινούργιος με την τρισδιάστατη εκτύπωση (και τη μοντελοποίηση). Wantedθελα να σχεδιάσω μια δομή που έμοιαζε με μισό εκρηγμένο κομμένο εικοσαέδριο (ναι, μου πήρε λίγο χρόνο για να βρω το ακριβές όνομα του σχήματος).

Φυσικά είστε ελεύθεροι να σχεδιάσετε το δικό σας μοντέλο με το σχήμα που θέλετε! Δεν θα αναφέρω λεπτομερώς τη διαδικασία μοντελοποίησης, αλλά θα βρείτε τα αρχεία STL εάν θέλετε να σχεδιάσετε αυτήν τη δομή.

Η συναρμολόγηση των διαφόρων τμημάτων χρειάστηκε λίγο χρόνο, καθώς έπρεπε να βάλω ένα LED σε κάθε όψη και να τα συνδέω όλα συγκολλώντας έναν μεγάλο αριθμό καλωδίων μέσα στον πυρήνα που είναι προς το παρόν αρκετά ακατάστατο!

Σημείωση: εάν θέλετε να σχεδιάσετε μια τέτοια δομή, θα χρειαστείτε 10 εξάγωνα κομμάτια (περίπου 3 ώρες το καθένα χρησιμοποιώντας μίνι εκτυπωτή PP3DP UP) και 6 πεντάγωνα κομμάτια (2 ώρες).

Μόλις υπάρχει ένα LED σε κάθε μέρος, θα πρέπει να συνδέσετε κάθε τερματικό 5V και GND μαζί και να συνδέσετε τους πολλούς ακροδέκτες εισόδου και εξόδου κάθε LED με τον τρόπο που θέλετε να συνδεθείτε.

Τέλος, χρησιμοποίησα ακρυλικό διάχυτο LED για να καλύψω κάθε πρόσωπο και να τα κάνω ελαφριά με συνέπεια.

Το μόνο που απομένει μετά είναι ο κώδικας, ο οποίος αποκαλύπτει ότι δεν είναι τόσο περίπλοκος!

Βήμα 6: Ο κώδικας

Όπως το ανέφερα στο προηγούμενο μέρος, ο κώδικας αποκαλύπτει ότι είναι αρκετά απλός!

Στην πραγματικότητα, αποτελείται μόνο από μία παρουσία MIDI και πολλές παρουσίες Adafruit_NeoPixel (όσο υπάρχουν διαφορετικές λωρίδες).

Βασικά, μόλις δηλωθεί, η κλάση MIDI λειτουργεί με κάποιες "διακοπές": NoteOn, NoteOff και CCMessage. Όταν το cicruit εισόδου MIDI μεταδίδει ένα από αυτά τα συγκεκριμένα σήματα στο Arduino, καλείται η αντίστοιχη υπορουτίνα. Στη συνέχεια, το μόνο που κάνει ο κώδικας είναι να ενεργοποιήσει ένα συγκεκριμένο LED στο σήμα NoteOn, να το απενεργοποιήσει το σχετικό σήμα NoteOff και να ενημερώσει τη φωτεινότητα μιας λωρίδας στο CCMessage.

Επίσης, καθόρισα μια απλή λειτουργία που δίνει τη δυνατότητα επιλογής του χρώματος των LED διαβάζοντας την ταχύτητα που έρχεται με το σήμα NoteOn και κάθε LED μπορεί στη συνέχεια να είναι είτε κόκκινο, μοβ, μπλε, τιρκουάζ, πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί ή λευκό, ανάλογα με την τιμή της ταχύτητας από 0 έως 127.

Ένα σημαντικό πράγμα που πρέπει να προσέξετε είναι ότι θα πρέπει να αποσυνδέσετε τον πείρο RX (που προέρχεται από το κύκλωμα εισόδου MIDI) όταν ανεβάζετε το σκίτσο σας καθώς η σειριακή θύρα (που χρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας) είναι συνδεδεμένη με αυτόν τον πείρο!

Βήμα 7: Τι τώρα;

Αυτή τη στιγμή εργάζομαι σε ένα προσαρμοσμένο περίβλημα για να ενσωματώσω όλα τα ηλεκτρονικά και σκέφτομαι επίσης ένα όνομα για τη δομή! Ενημερώστε με αν σας άρεσε αυτό το projet και δουλεύω σε διάφορες εκπομπές καθώς σκοπεύω να ενημερώσω αυτό το διδακτικό με περισσότερα βίντεο!