MIDI Step Interface (bersyon En Español): 12 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Versión en inglés aquí.

Napagtutuunan ng mga ito ang mostraremos cómo hacer una plataforma interactiveiva de luz y sonido, que puede ser usada para jugar el famoso “Simon Says” al igual que como un controlador MIDI. Ambos modos operados con los pies!

Antecedentes

El proyecto nació por la idea de hacer una pieza interactiveiva con la que el público pudiera divertirse sin importar su edad, tanto para niños como para adultos. Y se hizo para un centro comercial, como parte de las atracciones que ofrece en sus installaciones.

Ang panimulang sanggunian ay recibimos por parte del cliente es una bersyonón del Simon Says para tocar con los píes, básicamente teníamos que replicar algo así.

Nos dimos a la tarea de buscar otros tipos de plataforma, entre las que abundaban las pistas de baile, que en su mayoría trabajan con la luz, pero no con el sonido. En esta búsqueda también nos topamos con los pianoos de gran formato para píes, y nos pareció buena idea hacer una plataforma que no solo fuera para jugar Simon Says, sino también para usarlo como instrumento musikal. Por el gusto a la música!

Otro aspecto que consideramos fue la forma de la plataforma. Ang mga pistola de baile que vimos son mga parihaba, con pads cuadrados, a excepción de una que tenía pads circulares. Queríamos desde un inicio trabajar con una forma diferente, que fuera llamativa visualmente y modular al mismo tiempo. Los hexágonos fueron la respuesta.

Al buscar formas hexagonales, lo más cercano que encontramos fue este proyecto. Ang ideya ng hacer hexágonos nos emocionaba cada vez más… Walang ideya tungkol sa ideyang ito.

Ang ibig sabihin nito ay hindi maikakilala sa isang claro: Una plataforma interactiva de luz y sonido que:

• Se pudiera jugar Simon Says
• Funcionara como instrumento musikal
• Tuviera pads hexagonales

Hakbang 1: Mga Materyales

Generales:

• 1) LattePanda
• 1) Gabinete para LattePanda
• 1) Eliminador 5 VDC isang 2.5A micro usb
• 1) Perma-proto
• 1) Multiplexor de 16 canales
• 10) Resistores de 10k ohms
• 1) Fuente de voltaje 5 VDC a 50 A
• 5) Regletas de conectores de tornillo
• Cinchos
• Sujeta cinchos
• Velcro
• Cinta doble cara
• 1) Altavoz activo de alta potencia
• 1) Cable auxiliar de 3.5 mm
• 1) Gabinete pang-industriya

Por pad:

• 1.5) Metro de tira Neopixel de 96 LEDs
• 1) Interruptor de límite pang-industriya
• 1) Hexágono de acrílico opalino de 1 cm
• 1) Hexágono de trovicel de 6 mm
• 1) Es konstrura de PTR
• Velcro
• Silicón
• Cable 5 vías
• Cable 3 vías
• Cable 2 vías
• Termofil

Hakbang 2: Elegir La Tarjeta Que Controle Todo El Sistema

Arduino es, por antonomasia, la tarjeta de desarrollo que hemos ocupado desde hace varios años. Nunca nos ha fallado, sin embargo, es necesario detenerse un poco a pensar qué aspectos técnicos debemos cubrir para nuestro proyecto:

• Luz: Requerimos iluminar los pads con alto brillo y con patrones complejos, para ello pensamos usar Neopixeles.
• Mga Pad: Los pads deben responder a la pisada del usuario, lo más fácil para esto son interruptores.
• Juego: Mag-edit ng isang paraan para sa iyo, na mag-ulat ng programa at mag-sign ng algún microcontrolador.
• Sonido: En un inicio, teniamos pensado diseñar nuestros propios sonidos en Pure Data, por lo tanto requeríamos una computadora que corriera dicho programa.

Más adelante se profundiza en estos aspeto, mientras tanto, la parte que nos mantenía en duda, era la del sonido.

Isaalang-alang ang usar ng Purong Data, bilang halimbawa ng Arduino se pueden generar algunos sonidos, es limitado y complejo, mientras que con PD se puede hacer síntesis o bien un patch para sa activar sonidos vía MIDI. Para sa mga kinakailangang entonces, isang computadora para sa pagwawasto ng Purong Data, at Arduino para makontrol ang mga ito.

Comenzamos a sondear qué computadora usar, y nos gustó lo que ofrecía LattePanda: una computadora con Windows 10 con una tarjeta Arduino insertada. Bingo!

LattePanda tiene un puerto GPIO en el que se encuentran mapeados los pines de un Arduino, a través de los cuales podriamos manejar los interruptores de los pads at los neopixeles.

La programación del juego sería en el mismo Arduino que trae insertado, que por cierto, es un Arduino Leonardo.

Para el sonido, LattePanda tiene un jack 3.5 que más adelante conectariamos a un altavoz.

Hay un montón de otras computadoras que pudimos haber usado, seguro te preguntas por qué no usamos Raspberry Pi. Y las razones son las siguientes:

• Adafruit sugiere no controlar Neopixeles con Raspberry, por cuestiones del reloj. Cosa que Arduino sí puede.
• Para sa controlar los pines GPIO de la Raspy, se tiene que hacer con Python, lenguaje que no dominamos.
• Si bien se puede conectar un Arduino a la Raspy, queríamos una solución de una sola tarjeta.
• Raspberry corre Windows 10 IoT Core.

Ciertamente LattePanda es costosa y no hay mucha comunidad que la utilice. Si esto lo ves como una adversidad, ang invitamos a utilizar otra plataforma. Estaremos encantados de saber que hiciste este proyecto con Raspy, UDOO, BeagleBone, atbp…

Hakbang 3: Diseñar Y Fabricar La Es konstrura

La idea de hacer la plataforma con hexágonos nadie no la iba a quitar. Como estábamos seguros de ello, comenzamos a diseñar la es konstrura.

Kung magkano ang isang pagsasaalang-alang para sa mga etapa, y nuestra estructura debía cubrir lo siguiente:

• Soportar el peso de personas
• Exposición a la intemperie
• Resguardar la electrónica

Isinasaalang-alang ang paggamit ng PTR sa pamamagitan ng iyong pag-asa, mabuhay sa iyo.

Dado que los hexágonos irían acomodados juntos el uno con el otro, se tenía que pensar de qué manera pasarían los cables entre ellos, y por esa razón se diseñó cada módulo como una especie de sandwich, donde por enmedio pasarían los cables de la electrónica.

Teníamos entonces que fabricar una es konstrura de doble hexágono, con unos postes que los separaran.

Al tratarse de una plataforma para pies, se nos hizo fácil considerar un diámetro externo para el hexágono de unos 70 cm, para sa fuera de buen tamaño. Hicimos el ejercicio de cortar en papel varios hexágonos con ese diámetro antes de hacer la es konstrura.

Con todo esto definido, comenzamos la fabricación de nuestro primer prototipo.

Narito ang unang mga hicimos fue cortar sa MDF na pinag-uusapan sa hexágono con las dimensiones que tendría la es konstrura, usaríamos esta pieza para guiarnos en cuanto a los ángulos y longitud que deberían tener los tramos de PTR.

Cortar de manera precisa los tramos de PTR es una tarea bastante difícil, y más cuando no tienes la herramienta adecuada. Nosotros a falta de una sierra ingletadora, usamos una esmeriladora, lo cual komplicó mucho este proceso. Debes ser cuidadoso usando esta herramienta, ya que es muy fácil cortar de más y no seguir cortes rectos.

Cortamos 12 tramos (6 por cada hexágono) y 6 postes (los que separan a los hexágonos). Una sa mga probamos na ito ay nagkataon sa el MDx, na patuloy na ipinagbibili.

Soldamos primero los hexágonos por separado, y luego los soldamos a los postes de separación. Todo un reto!

Somos unos principiantes en soldadura y pronto nos dimos cuenta que nos ibamos a limitar a soldar sólo ese prototipo, y el resto encomendarlo a un herrero experimentado. Si tu eres un buen soldador, anímate a fabricar todos los hexágonos tú mismo!

Ya con la es konstrura finalizada, la pintamos de blanco con aerosol. Ang recomendamos hacer esto en un lugar ventilado y donde se pueda colgar la es konstrura para que puedas pintarla por todos los ángulos.

Hakbang 4: Colocar Las Superficies En La Es konstrura

Ya con la es konstrura metálica, ahora seguía pensar en dos cosas:

• La superficie que resguardaría la electrónica.
• La superficie que el usuario pisaría.

La electrónica que iría en cada hexágono consistía únicamente en la tira de neopixeles. Necesitábamos algo que fuera resistente al agua, en caso de que lloviera y se acumulara el agua debajo de cada hexágono.

Elegimos trovicel, es barato, fácil de cortar, accesible, y resistente al agua.

Para sa mga superficie que pisaría el usuario, queríamos que fuera con acrílico, la duda era qué tan grueso había que ponerlo. El único color posible era blanco opalino, para que ocultara la tira de neopixeles y para difuminar la luz. Desafortunadamente no hay mucha variedad en cuanto a grosores, el más grueso disponible era de 1 cm.

En este primer prototipo, diseñamos una especie de tapa para evitar que el agua se filtrara por alguna orilla. Para sa lograrlo el hexágono tenía la orilla dentada para que se pudiera armar en conjunto con las paredes de la tapa, y posteriormente fijar las partes con pegacril.

Cortamos en láser ambos hexágonos: el de trovicel y el de acrílico.

Nota: Con anticipación, sabíamos que es peligroso cortar trovicel con láser, puesto que está hecho de PVC. Con ayuda y consentimiento del operador de la cortadora láser, lo cortamos rápido, con ventilación, y con mascarillas. Sa tingin namin ay walang disponíamos de un router cnc, at maaari mong gamitin ang panahon ng impreciso y tardado. Asumimos este riesgo solo para sa prototipo, ang resto de hexágonos de trovicel los Cortamos con router. Hindi na makakakuha ng mga cortadora láser!

Con las piezas ya cortadas, montamos todo junto y comenzamos a probarlo.

Durante algunos días nos subimos al hexágono para probar su resistencia, pero no pasó una semana para que las paredes de la tapa de acrílico empezaran a despegarse. Además el acrílico se pandeaba mucho con el peso de una persona promedio.

Hindi mo ito mabibigyan ng solusyon, mag-sign up ng reducir el perímetro del hexágono isang 50 cm, bilang isang superficie más pequeña ésta sería más resistente. Si bien pudimos colocar algunos soportes de refuerzo en la parte de abajo del acrílico, se vería la sombra de estos cuando se iluminara el hexágono.

Ya no teníamos tiempo para sa Fabrico otro hexágono, bilang isang mandamos a hacer con un herrero.

Esta última es konstrura sería la definitiva para nuestro proyecto, en el modelo 3D que acá te compartimos vienen especificadas sus dimensiones.

También descartamos la idea tener una tapa compuesta de varias caras pegadas con pegacril. En su lugar decidimos uasr solo una superficie de acrilico que atornillamos por arriba a la es konstrura. Tanto el acrílico como el trovicel se tuvieron que ajustar al nuevo tamaño. Ang Cortamos en láser 10 hexágonos de acrílico, at ang router ng CNC 10 hexágonos de trovicel.

Hakbang 5: Instalar La Tira De Neopixeles

Para sa iluminación, probamos de qué manera se podía iluminar mejor el acrílico. En definitiva fue colocando la tira por la orilla. Checa las fotos para que veas la diferencia.

Las tiras que usamos tienen 96 neopixeles por metro y las venden por metro separados, es decir, no venden rollos de 5 metro Continuos. Ito ay isang volvería pronto un problema, porque un solo metro no alcanza para cubrir toda la orilla de nuestro hexágono, por lo que tuvimos que unir pedazos.

Adafruit tiene una guía bastante kompleta sobre estas tiras, te recomendamos leerla antes de usarlas.

Con las tiras hicimos lo siguiente:

• Al inicio de cada tira, soldamos un resistor de 470 ohms. Se recomienda que este resistor vaya lo más cercano posible a la tira, en lugar del pin de Arduino.
• En el otro extremo, unimos la tira de un metro, con un tramo de unos 20 cm para makumpleto ang el perímetro del hexágono.
• Como la plataforma iba a estar expuesta a lluvia e intemperie, compramos tiras a prueba de agua, que traen un recubrimiento. Al unir tiras, tuvimos que abrir este recubrimiento para que los LEDs estuvieran lo mas juntos posible, y luego sellarlo con ayuda de unas tapitas impresas en 3D y silicón. En las fotos puedes ver más a detalle esto.
• Fijamos las tiras a la es konstrura con velcro.
• Sa wakas, a la tira le soldamos una extensión (de unos 20 cm) de cable de 3 vías, que baja por una perforación en el trovicel.

Hakbang 6: Instalar El Interruptor

Hay varias alternativas para sa sensar las pisadas del usuario: sensor capacitivo, sensor de distancia, sensor de fuerza, velostat, atbp. Por otra parte, sólo nekesitabamos detectado una señal de encendido / apagado y un interruptor hace justamente eso.

Sobre qué interruptor elegir, fuimos a la tienda de electrónica para ver las opciones. Buscábamos algo robusto-industrial, y nos encontramos con un gran surtido. La elección se basó de acuerdo al tamaño de nuestra es konstrura y a la forma de montaje. En las fotos podrás apreciar que el switch que usamos tiene una especie de cuello con cuerda que permite poder atornillarlo a una superficie horizontal. Justo lo que necesitábamos!

Usar este tipo de switch es muy fácil, en la parte de abajo trae unos tornillos como terminales a los que se le puede enrolllar el cable, no es necesario usar soldadura, además estos switch switch para sa intemperie ya que traen una carcasa que los aisla del agua. Les conectamos una extensión de cable de dos polos de 20 cm aprox.

Para sa mga calibrar ng sensibilidad ng los switch sa en función de qué tan cerca estén del acrílico. Para sa calibrarlos participle ng apoyamos de unas rondanas que imprimios en 3D con el grosor necesario para que el switch quedara ajustado al nivel que requeríamos. Walang usamos rondanas comerciales porque eran muy gruesas.

Hakbang 7: Soldar La Extensión De Cable De Cada Hexágono

En cada hexágono se tenía el interruptor y la tira de neopixeles, dando un total de 5 cables. Estos cables tenían que llegar a un circuito de control desde donde se mandarían y recibirían las señales. Ang mga Empleamos ay kumukuha ng isang cable de control mula sa 5 vías. Usamos termofil para sa proteger los puntos de unión con soldadura.

En el otro extremo de esta extensión, necesitabamos un conector de 5 pines. Hay unos DIN 5 industriales de propósito general pero son muy caros y elevarían mucho el costo del proyecto, era incluso más barato usar dos conectores XLR de audio que uno industrial. Soldamos entonces dos conectores XLR: uno para los neopixeles (3 cables) y otro para el switch (2 cables).

Usar dos conectores por hexágono es algo aparatoso, si tienes suf sapate presupuesto, the recomendamos ampliamente que Gumagamit ng isang pang-industriya na konektor, upang malaman ang trabajo y se verá mejor.

También calculamos el largo de cada cable tomando en cuenta las dimensiones de una es konstrura que iría por alrededor de los hexágonos. Es de gran utilidad, por su parte, planear por dónde pasarán los cables entre hexágonos y diseñar un diagrama de referencia.

Hakbang 8: Preparar El Gabinete Que Resguarda El Circuito De Control

Ang isang partir de que usamos conectores XLR macho, nangangailangan ng usar conectores XLR ay naitala mo na kung saan ay maaari mong gawin ito. El número de conectores junto con el tamaño de la fuente de voltaje y el LattePanda eran las referencias de las dimensiones que teníamos que considerar para el gabinete.

Ang Compramos un gabinete industrial, y para sa mga gamit ng uniberso at talinoro ng columna y una sierra broca para sa los agujeros de los conectores XLR, los cables de alimentación AC y audio. Ang mga ito ay dapat na mag-utos ng debido al amplio grosor de este tipo de cajas, aunado a que el taladro necesita operar a su máxima fuerza y para mag-apply ng cierto tiempo de reposo por cada tiempo de trabajo (es important que busques esta información con el fabricante de tu taladro, pues si no respetas estos tiempos, tu taladro se sobre-calentará con riesgo a dañarse).

Antes de perforar la caja, planifica la ubicación de los circuitos, el flujo de señal dentro y fuera del gabinete, la orientación de ésta, y si va a estar dentro de un mueble o a la intemperie. Walang olvides considerar la facilidad de conexión para sa usuario.

Hakbang 9: Soldar Circuito De Control Y Conexiones Para La LattePanda

Simpleng simple ang kontrol. Como nuestra plataforma se compone de 10 pads, cuenta con 10 interruptores (entradas) y 10 tiras de neopixeles (salidas). Estos 20 dispositivos van a interactuar con el Arduino que trae integrado la LattePanda, a través de sus pines digitales. Maaari kang magtanong sa 20 na mga digital na digital na digital computer, na mag-iwan ng mga seryosong serye (Rx y Tx) na inirerekumenda na walang usarlos. Entonces tuvimos que recurrir al uso de un multiplexor (MUX).

Los interruptores los conectamos a un multiplexor de 16 entradas para que en lugar de usar 10 pines del Arduino para la lectura, mga usemos 5.

Para sa bawat bahagi, los neopixeles decidimos sí conectarlos directo a los pines de Arduino, dado que en diferentes pruebas que hicimos, pueden llegar a tener problemas cuando se manejan a través de un MUX y hacen más complejo el código. Sin embargo, si tienes un buen nivel de programación, no tendrás problemas para usar un MUX dedicado a las tiras.

Para proteger y darle ventilación a la LattePanda usamos un gabinete dedicado que incluye ventilador. Con el gabinete puesto, sería diffícil montar sobre los pines un shield a donde irían soldadas las conexiones de los cables y el MUX, motivo por el cual diseñamos un circuito aparte muy sencillo al cual le soldamos conectores, algunos resistores y el MUX.

Ang mga ito ay nagtuturo sa iyo ng isang direkta ng kumpanya sa isang Perma-proto, na kung saan ay mayroon kang isang pangunahing paraan para sa PCB. Aquí te compartimos el diseño en Fritzing.

Hakbang 10: Conectar Los Pads Al Circuito De Control Y a La Alimentación

Teniendo el circuito de control ya soldado a los pines de la LattePanda y con el gabinete perforado, hicimos lo siguiente:

• Atornillar los conectores XLR hembra al gabinete
• Ang mga ito ay nagkakahalaga ng mga conectores con sus repectivos nombres
• Soldar el cableado de los conectores XLR a unos conectores de tornillo
• Probar pagpapatuloy en todo el cableado
• Fijar la fuente, el circuito de control, y la LattePanda al gabinete
• Organizar los cables con cinchos y sujeta cinchos
• Conectar los cables de los pads al gabinete

En las fotos se puede ver muy aparatoso el interior del gabinete, dejando poco claro lo que hicimos, pero acá te compartimos también un diagrama detallado de las conexiones.

Hakbang 11: Programación

En este tipo de proyectos, es mucho más cómodo dedicarte a la programación, una vez que tienes el hardware bien ensamblado: sin falsos; buenas conexiones; listo para uso rudo, etc.

Para sa programación comenzamos con la parte musikal, quisimos diseñar nuestros propios sonidos pero hindi mo mai-tiempo ng profundizar con eso, así que optamos por hacer un controlador MIDI, donde cada pad hexagonal dispararía un sample.

• Para sa controlador MIDI, maaari kang magbigay ng impormasyon.
• Utilizamos esta librería para sa Arduino.
• Para sa patch en Puro Data usamos este.
• Y para los sample hay varias opciones gratuitas que puedes encontrar en internet.

Tumugon sa al manejo de los neopixeles, usamos la librería FastLED.

Y finalmente, para el juego "Simon Says" fue de bastante ayuda este itinuturo.

Hakbang 12: Fabricación De Es konstrura De Protección Para La Plataforma

Walang habea algo que fijara a los hexágonos y no se Movieran cuando uno estaba sacando sus mejores pasos de baile, por lo que fue necesario considerar una segunda estructura que cumpliera con dos funciones:

• Mantener unidos a los hexágonos y que no se Movieran
• Proteger la orilla de la plataforma contra intemperie

Fabricar una es konstrura con estas características no sería tarea fácil, así que decidimos encomendarlo a herreros expertos. En las fotos puedes ver la obra de arte que hicieron estos artesanos.

El gabinete de control y el altavoz se montaron dentro de un mueble de madera.