Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:prj2021:amocanu:music-with-arduino-accelerometer [2021/06/01 12:36]
doina.chiroiu [Hardware Design]
+++ pm:prj2021:amocanu:music-with-arduino-accelerometer [2021/06/01 20:34] (current)
doina.chiroiu
@@ Line 18: / Line 18: @@
 === Schema bloc ===
 {{:pm:prj2021:amocanu:schema_bloc_music_with_arduino_accelerometer.png?600|}}
+{{:pm:prj2021:amocanu:schema_fizic_music_with_arduino_accelerometer.jpeg?500|}}
+{{:pm:prj2021:amocanu:schema_fizic_wrapped_music_with_arduino_accelerometer.jpeg?500|}}
 ===== Hardware Design =====
@@ Line 28: / Line 32: @@
   * Fire de legatura
+=== Schema electrica ===
+{{:pm:prj2021:amocanu:schema_electrica_music_with_arduino_accelerometer.png?600|}}
+Detalii hardware:
+  * modul MPU-6050
+Pentru conectarea accelerometrului, am conectat VCC-ul la 5V, GND la GND, și cele două seriale de date astfel: SCL la A5, SDA la A4. Astfel, se realizează comunicația I2C necesară.
+  * 8x8 Leds Matrix
+În vederea folosirii unui obiect ledController, a trebuit sa conectez pinii DIN, CLK și DS.
+Am ales pentru acest element pinii D11, D13 si D12.
+  * Keypad
+Se conecteaza pinii corespunzători liniilor 1 și 2 (pinii D2 și D3) și pinii pentru cele 4
+coloane (pinii D4, D5, D6 și D7). Astfel, se va vor mapa acești pini pe vectorul de
+keys ({{1, 2, 3, A}, {4, 5, 6, B}}), pe care îl utilizăm în crearea obiectului intermediar keypad.
+  * Speakers
+Fiecare speaker este conectat la GND cu un fir, și cu celălalt la un pin aferent.
+Am folosit pinii 8, 9 și 10 pentru cele 3 speakere.
+===== Software Design =====
+Proiectul meu constă, la nivel de cod, în implementarea
+programului ce va fi încărcat în placa (folosind Arduino IDE)
+și în implementarea programului ce procesează datele share-uite
+de către Arduino prin terminalul serial (folosind Processing IDE).
+În ceea ce privește bibliotecile necesare, am folosit:
+  * ItemI2Cdev.h
+  * ItemMPU6050.h
+  * LedControl.h
+  * Keypad.h
+  * Wire.h
+Structurile auxiliare sunt, în mare parte, structuri standard C.
+Pe lângă acestea, am utilizat totuși o structură Grid,
+necesară compunerii obiectului LedController ce servește
+afișării pe matricea de leduri, și un obiect Keypad pentru
+abstractizarea logicii tastaturii folosite.
+Detalii de implementare:
+== note & game muzicale ==
+Am folosit o varietate de note muzicale, din game diferite,
+pe care le-am grupat cate 10 in 6 grupuri stocate în vectorul
+“melodies”. Astfel, avem 6 teme muzicale disponibile.
+== setup() ==
+Pentru a realiza conexiunea cu senzorul MPU-6050, solicităm
+adresa corespunzătoare (0x68). După ce am preluăm adresa
+conexiunii de tip I2C, vom trezi senzorul setând 0 pe acea
+adresă.
+Pentru calibrare, am setat flaguri pe cele 3 adrese unde preluăm
+datele pentru cele 3 axe (X, Y, Z).
+== loop() ==
+După cererea de receptionare de la adresa MPU, începe transmisia de
+la acea adresa pentru a prelua mărimile de acceleratie, rotație și timp.
+Fiindu-mi necesare aceste mărimi, folosesc în total 14 registre (2 pentru
+măsurarea timpului, câte 2 pentru datele de pe fiecare axă - deci în total 6
+pentru acceleratie și două pentru rotație).
+Stocăm datele în variabile ținute global în program, și începem procesarea
+acestora pentru a le putea reprezenta pe ieșirile noastre.
+  * Redarea sunetelor
+Am procesat valorile măsurate ale accelerației: AcX, AcY. AcZ astfel:
+Calculez offset-ul obținut pe fiecare axa, și mapăm acele valori
+în range-ul [0, 8] pentru a folosi rezultatul pentru afișarea pe
+matricea de leduri.
+Am procesat valorile măsurate ale rotației: GyX, GyY. GyZ astfel:
+Calculăm unghiurile de rotație: roll - axa X, pitch - axa Y, rbe - axa Z.
+Formulele utilizate sunt:
+    roll = atan(GyY / sqrt(pow(GyX, 2) + pow(GyZ, 2))) * 180 / PI; // rotation X-axis
+    pitch = atan(-1 * GyX / sqrt(pow(GyY, 2) + pow(GyZ, 2))) * 180 / PI; // rotation Y-axis
+    rbe = atan(GyZ / sqrt(pow(GyX, 2) + pow(GyY, 2))) * 180 / PI; // rotation Z-axis
+Datele roll, pitch și rbe sunt puse terminalul serial.
+Pentru a găsi sunetul corespondent din gama curentă, vom mapa aceste date la
+range-ul [0, 10], rezultatul reprezentand în final indexul din vectorul de sunete ->
+melodies[theme][index]. Acest sunet va fi invocat pe difuzoare.
+  * Leds Matrix
+După maparea datelor în range-ul [0, 8] (dimensiunea matricii), se va seta
+ledul corespunzător acestei mapari, prin obiectul ledController.
+Astfel, valorile recepționate de la accelerometrul cu giroscop se pot pune
+în corespondență cu aprinderea unui led în spațiul matricii.
+Obținem deci, o reprezentare vizuală a mișcării accelerometrului.
+  * Keypad
+Pe lângă interacțiunea prin accelerometru și interpretarea mișcării acestuia,
+instrumentul dispune de interacțiune printr-o tastatură.
+Obiectul keypad este intermediarul în cod pentru citirea unei taste. Lucrăm cu
+primele doua linii de taste, incarcand semnăturile lor în vectorul keys[].
+La apăsarea unei taste cu semnătura unei cifre  de la 1 la 6, se va seta
+o tema muzicala din cele 6 disponibile si va porni instrumentul.
+La apăsarea tastei ‘A’, voi trezi încă un difuzor dintre cele 3 disponibile
+pentru un plus de volum. Cand se apasa ‘A’ a treia oară, volumul revine
+la stadiul inițial.
+La apăsarea tastei ‘B’, voi invoca notele din gama curentă la rand, pentru
+a reprezenta la nivel de sunet o melodie simplă.
+<note>Legat de procesarea datelor in cadrul PC-ului, am implementat un program
+ce realizează design-ul accelerometrului (în mod simplist), și îi stimulează rotația
+cu datele preluate de pe portul de comunicație.</note>
+===== Rezultatul Final =====
+  *   [[https://github.com/ina55/Music-With-Arduino-Accelerometer|cod github]]
+  * [[https://youtu.be/glB5WJHGV5o|video]]
+===== Concluzie =====
+Proiectul m-a învățat foarte multe despre lumea Arduino și posibilitatile nenumărate pe care
+le avem în implementarea prin plăcute.
+Una dintre provocările majore a fost realizarea conexiunii I2C, între plăcuta Arduino UNO și
+modulul de accelerometru cu giroscop MPU-6050. Pe langa studiul în ceea ce privește legarea serialelor de date, am implementat în totalitate sistemul de recepționare a datelor.
+Ulterior, o alta etapa importanta a fost procesarea datelor cu formule matematice, pentru obținerea unor rezultate relevante: sunete și afișare în concordanță cu mișcarea efectuata.
+Acest proiect m-a familiarizat cu programarea plăcuțelor Arduino, dar și cu utilizarea perifericelor (tastatura, afișarea prin matrice de leduri) și cu modul de funcționare a unui
+senzor MPU.
+Mi-a plăcut să lucrez la proiect și am învățat câte probleme poate pune hardware-ul într-o
+astfel de aplicație, invatand sa mă adaptez.
+===== Download =====
+{{:pm:prj2021:amocanu:music-with-arduino-accelerometer-master.zip|}}
+===== Bibliografie / Resurse =====
+https://www.instructables.com/Accelerometer-MPU-6050-Communication-With-AVR-MCU/
+https://www.electronicwings.com/arduino/mpu6050-interfacing-with-arduino-uno
+<html><a class="media mediafile mf_pdf" href="?do=export_pdf">Export to PDF</a></html>