Aero Beat este un instrument muzical virtual care simulează o baterie reală folosind două bețe de tobă echipate cu senzori de mișcare. Fiecare bată conține un modul giroscop + accelerometru (GY-521 / MPU-6050) montat pe vârf, care detectează direcția și intensitatea loviturii în aer. În funcție de gestul efectuat, sistemul identifică una dintre cele 3 tobe virtuale asociate fiecărei bețe (stânga, mijloc, dreapta) și redă în timp real sunetul corespunzător printr-un amplificator de chitară. Simultan, un LED RGB se aprinde și o aplicație mobilă evidențiază vizual toba lovită sau chiar oferind un joc de tip wack-a-mole sau PianoTiles.

Ce face: Cântărețul ține câte o bată în fiecare mână și efectuează lovituri în aer. Sistemul detectează lovitura, identifică toba vizată pe baza direcției de mișcare, redă sunetul corespunzător, aprinde LED-ul RGB și trimite informația către o aplicație mobilă care afișează vizual toba activată. Exista si un buton care schimba genul tobelor (jazz, rock etc.)

Scopul proiectului: Crearea unui instrument de percuție virtual care să ofere experiența cântatului la tobe fără a necesita o baterie fizică — fără zgomot mecanic, fără spațiu ocupat și fără a deranja pe nimeni din jur.

Ideea de la care am pornit: Mereu mi-am dorit să cânt la tobe, însă locuiesc la apartament și am vecini cu copil mic. O baterie reală este scumpă, voluminoasă și, cel mai important, extrem de zgomotoasă. Mi-am propus să construiesc un sistem care să îmi ofere aceeași experiență fără să deranjez pe nimeni.

De ce este util:

• Pentru muzicieni începători sau avansați care vor să exerseze fără investiție

majoră în echipament și fără probleme de zgomot

• Pentru persoanele care locuiesc la apartament sau în spații unde zgomotul este

o problemă reală (copii mici, vecini, program de noapte)

Listă de piese:

• ATmega328P Xplained Mini — microcontroler principal
• 2 x GY-521 (MPU-6050) — senzori giroscop + accelerometru 3 axe, montați pe vârful betelor
• 2 x DFPlayer Mini + card SD — modul redare audio, fișiere .mp3 cu sunete de tobă
• Modul Bluetooth HC-05
• Display LCD1602 HD44780
• LED RGB (anod comun sau catod comun)
• Amplificator de chitară — output audio
• Modul jack 3.5mm + adaptor jack 3.5mm → 6.35mm — conectare la amplificator
• 2 x bețe de tobă (suport fizic pentru senzori)
• 2 x Modul de buton fara retinere
• Rezistoare, fire, breadboard

Schema electrica:

Descrierea Arhitecturii Hardware

Inima sistemului este placa de dezvoltare ATmega328P Xplained Mini, care face prelucrarea semnalelor pentru detectarea loviturilor și trimiterea comenzilor audio. Placa furnizează atât tensiunea de 5V pentru alimentarea principală a modulelor, cât și tensiunea de 3.3V, folosită strict ca referință logică de adresare pentru unul dintre senzori.

Pentru detectarea mișcărilor și a unghiurilor de înclinare ale bețelor, sistemul utilizează două module inerțiale MPU-6050 (giroscop și accelerometru). Deoarece ambele module folosesc protocolul I2C și împart aceleași linii fizice de date (SDA pe PC4 și SCL pe PC5), a fost necesară configurarea unor adrese hardware diferite: pinul AD0 al senzorului de pe bâta stângă este conectat la GND (setând adresa la 0x68), în timp ce pinul AD0 al senzorului de pe bâta dreaptă este conectat la 3.3V (setând adresa la 0x69). Acest procedeu permite microcontrolerului să comunice independent cu ambele bețe în timp real, pe aceeași magistrală.

Generarea și redarea sunetelor sunt realizate de un modul DFPlayer Mini cu card SD. Acesta comunică asincron prin interfața UART hardware cu ATmega328P (folosind pinii PD4 și PD5). Pentru a proteja pinul RX al DFPlayer-ului (care este conceput pentru niveluri logice de 3.3V) de semnalele logice de 5V emise de ATmega328P, a fost introdus un rezistor de protecție de 1kΩ pe linia de transmisie (TX spre RX).

Ieșirea audio analogică este preluată de la pinii DAC_R și DAC_L ai DFPlayer-ului și dirijată către un modul Jack TRRS de 3.5mm prin intermediul a două rezistoare de 100Ω. Aceste rezistoare au dublu rol: limitează curentul de ieșire și protejează convertorul digital-analog al modulului MP3. Pentru a elimina interferențele și a rezolva problema buclelor de masă (ground loops) la conectarea spre un amplificator de chitară extern, pinul GND (Sleeve) al jack-ului a fost rutat direct la pinul GND dedicat al DFPlayer-ului, izolând astfel masa de semnal audio de masa generală a microcontrolerului.

În cadrul testelor, a fost identificată o a doua sursă de ground loop: diferența de potențial dintre masa laptopului conectat la priză (prin care era alimentat ATmega328P via USB) și masa amplificatorului de chitară conectat la acelasi prelungitor. Simptomul era un zgomot continuu de tip bip-bip prezent chiar și în absența loviturilor, dispărând complet în căști. Problema a fost reprodusă și diagnosticată sistematic, iar soluția aplicată a fost alimentarea plăcii ATmega din telefon sau power bank în loc de laptopul conectat la priză, eliminând astfel bucla de masă parazită dintre cele două surse. Ca alternativă permanentă pentru o versiune viitoare a circuitului, se pot adăuga condensatoare de cuplaj de 10µF pe liniile DAC_R și DAC_L, care blochează componenta DC și elimină zgomotul indiferent de sursa de alimentare.

Sistemul hardware este scalabil și include deja alocarea pinilor (PD6/PD7) pentru implementarea unui modul Bluetooth HC-05 și folosirea pinilor existenți I2C pentru adăugarea unui ecran LCD 1602.

Mediu de dezvoltare:

• PlatformIO (VS Code) cu framework Arduino pentru ATmega328P
• Board: ATmega328P Xplained Mini, upload via xplainedmini programmer

Librării folosite:

• Wire.h — comunicație I2C cu MPU-6050 (Lab 6)
• Arduino.h — framework de bază

• Săptămâna 1: Alegerea componentelor, testare conectivitate I2C cu MPU-6050
• Săptămâna 2: Implementare algoritm de detecție lovitură, calibrare pe axa Y
• Săptămâna 4: Integrare DFPlayer Mini, LED RGB, aplicație mobilă (în progres, 50% done)
• Săptămâna 5: Integrare Ecran LED, buton pentru schimbarea genului tobelor, modul Bluetooth pentru conectivitate mai usoara intre boxa sau telefon (în progres)

Resurse Hardware:

• MPU-6050 Product Specification — InvenSense
• ATmega328P Xplained Mini User Guide — Microchip (DS50002659B)
• DFPlayer Mini Datasheet — DFRobot
• GY-521 Module Schematic

Resurse Software:

• Arduino Wire Library Documentation — https://www.arduino.cc/en/reference/wire
• PlatformIO Documentation — https://docs.platformio.org
• MPU-6050 Register Map — InvenSense RM-MPU-6000A

Export to PDF