Лазерная арфа на базе Arduino

в 17:57, , рубрики: arduino, diy или сделай сам, БГУИР, ВМСиС, Железо, кафедра ЭВМ, лазерная арфа, схемотехника

Лазерная арфа на базе Arduino - 1

Какая первая ассоциация при упоминании слова арфа? Деревянная рама, струны, ее звук. А что если представить темное помещение, дым, лазер и электронную музыку? Все кажется непонятным и интригующим.

Теперь представляется несколько лазерных лучей, обхваченных рамой. Но если выйти за пределы данной мысли, можно представить арфу неограниченную рамкой и сделанной лишь на одном лазерном луче.

Что есть иллюзия?

К данной идее меня натолкнуло световое шоу французского композитора Жана-Мишель Жарра. Это шоу настолько меня вдохновило, что мне захотелось повторить его у себя дома.

Лазерная арфа на базе Arduino - 2

Лазерная арфа впервые была использована на концерте в Китае. Прототип лазерной арфы был разработан французом Бернардом Шайнером в 1979 году. В 1981 году, когда инструмент был впервые представлен публике, он еще был в стадии разработки. С тех пор арфа претерпевала множество изменений.

Лазерная арфа на базе Arduino - 3Французский инженер Филипп Гуерр внес в устройство инструмента и его программное обеспечение радикальные изменения. Его лазерная арфа была сконструирована из лазера и вращающегося зеркала, которое отражало лучи в разных направлениях. Фотоэлектрические датчики определяли, где именно на пути лазерного луча встало препятствие.

Лазерная арфа похожей конструкции использовалась и Жарром. Интеллектуальную часть инструмента составляет микрокомпьютер, использующий программу Laserharp, разработанную Гуерром. Каждый луч может играть разные ноты, когда Жарр дотрагивается к «световым» струнам. Когда он перемещает руки вверх и вниз, тон ноты изменяется. Как только Жарр убирает руку с луча, воспроизведение ноты прекращается.

На данный момент идея дошла даже до цветной арфы, что выглядит, признаемся, впечатляюще. Ребята, если хотите заценить еще много чего интересного, посоветую погуглить Greig Stewart. Парень действительно интересные вещи делает.

Обоснование элементов схемы

Как уже видно из названия статьи в проекте используется Arduino Uno. Так же необходимы:
– датчик для считывания интенсивности отраженной струны. Обычный фоторезистор может сгодиться, чем же ему еще заниматься;
– элемент для настройки системы (удобного регулирования порога освещенности). Первое что приходит на ум это потенциометр;
– мотор с зеркалом для распараллеливания струн. Ну, тут уже надо задуматься и подходить к вопросу осмысленно, ведь от этого выбора будет зависеть очень много;
– лазер, который и будет обеспечивать необходимую функциональность струн арфы;
– MIDI обработчик сигналов, принимающий частоты струн.

Если говорить о последнем пункте, то тут два варианта: либо реализовывать все физически, либо виртуально. Я остановилась на втором варианте.

Для конвертирования сигналов выбрано приложение Hairless-midiserial, а для создания виртуального MIDI порта – loopMIDI. Далее сигнал будет передаваться в FL Studio, которое принимает сигнал для выбранного музыкального инструмента.

Теперь что касается двигателя. Если Вы не имеете ни малейшего понятия куда двигаться в данной теме, как и я, в принципе, ранее, и хотите круто прошариться в данной теме, то существует отличная статья Ридико Леонида Ивановича «Шаговые двигатели». Это лучшее, что можно найти на просторах интернета.

Рассматривая конкретно данный вопрос был соблазн использовать в проекте двигатель Nema 17. Кто не захочет поиграться с таким? Поверьте, осмысление того, как работают такие «малыши» у неподготовленного зрителя может занять не один вечер. По крайней мере, так было у меня. Однако, был выбран униполярный двигатель PM55L-048 плюс драйвер ULN2003. О том, как это подключать, как работает это сочетание можно с легкостью найти, поэтому не буду повторять все по десять раз. Но! Не пытайтесь запустить эту конструкцию на двигателе 28BYJ-48. Вы никогда не разгоните его до нужной скорости. И проблема будет не в Ваших руках, а в том, что он просто не годится для данной цели.

Скажу лишь еще для полного осмысления всего вышеперечисленного, что на макетной плате это все выглядело так:

Лазерная арфа на базе Arduino - 4

Возможно кто-нибудь обратил внимание, что на схемах присутствует транзистор, о котором не было сказано. Что ж, он введен по причине включения и выключения лазера.

Принципиальная схема

Сборка

Если рассматривать принцип работы в замедленном действии, то выглядит это все так:
Лазерная арфа на базе Arduino - 6шаговый двигатель делает поворот на соответствующее значение угла, в этот момент включается лазер на доли секунд и происходит опрос фоторезистора. Если значение с фоторезистора больше, чем порог срабатывания струны, то можно считать, что струна прервана и по положению мотора мы знаем какая именно струна. Остается отправить сигнал в виртуальный midi-порт для обработки звука. Если значение фоторезистора не превысило порога, значит существует два варианта: либо струна не была прервана, либо значение порога слишком высокое. Для изменения порога можно покрутить ручку потенциометра, и следующий раз, когда произойдет опрос фоторезистора, его значение будет уже сравниваться с другим значением порога.

Далее лазер выключается и мотор двигается снова на шаг. Опять включается лазер, происходит опрос, принятие решения, выключение лазера и поворот мотора. Когда мотор совершит шагов на один меньше, чем количество струн, что можно задать программно, шаги начнутся в обратную сторону с огромной скоростью без включения лазера. Визуально мы этого не заметим и нам все равно кажется, что мы видим одновременно несколько струн.

Лазерная арфа на базе Arduino - 7Ах, да, лазер. Наши китайские друзья отлично занимаются маркетингом. Удобно ведь написать не саму реальную мощность лазера, а что-то типа максимальная выходная мощность не превосходит такого-то числа. В итоге продавцы, не особо читая данный факт, с уверенностью утверждают, что у Вас будет отличный мощный лазер. Забавно смотреть.

Так как ничего более менее мощного найти не удалось, в расход пошло то, что есть. А есть реально где-то около 5 мВт, которые не могут зажечь даже спичку. В итоге результат не совсем тот, что хотелось. Однако брать установку на несколько Вт как-то уж не хотелось, если ее, конечно, возможно просто так купить. Красиво, но как-то опасно.

Лазерная арфа на базе Arduino - 8

Да-да, глядя на фото выше, можно подумать о вытравлении платы. Вроде как второй проект уже. Что ж, скажу, что я думала об этом, но пока не решилась на сей подвиг.

Далее можно посмотреть в какую красивую обертку все было завернуто. Чтобы не заморачиваться в каком же месте разместить один маленький фоторезистор, причем так, чтобы он всегда срабатывал, можно сделать каскад из элементов. Но работает система и при одном удачно расположенном около зеркала фотоэлементе. Все будет зависеть только от порога, который будет выбран. На заметку, лазер лучше отсвечивает от чего-то белого. Я использовала белые перчатки. Дополняет весь образ.

Лазерная арфа на базе Arduino - 9

Ну и, конечно, итоговый результат:
на фото лучи хорошо различимы благодаря увлажнителю воздуха (на видео слышен шум советского агрегата): чем больше в воздухе всяких частиц, тем лучше виден лазер. К сожалению, видео не передает всего эффекта. А днем лучей и вовсе не видно.

Лазерная арфа на базе Arduino - 10

Ну так что есть иллюзия?

Да, если бы был лазер мощнее, эффект был бы более впечатляющим. Но, что есть, то есть. На мой взгляд, получилось очень даже неплохо.

А иллюзия? Иллюзия всегда создается тандемом: умелые руки и думающая голова.

Лазерная арфа на базе Arduino - 11

Ссылка на исходный код.

Автор статьи: Анастасия Ковш

Автор: ne4ta

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля