2021.7.29 超音波で弾く楽器を作りたい1

本日のまとめ

 

唐突ですが、超音波で弾く楽器をつくりたいです。

設計のイメージは右図のように、超音波センサを上向きで置き、そこに手をかざして演奏します。音階はかざす手の高さによって決まっています。

 

次に、楽器のシステムを考えます。超音波センサは、以前のブログでも紹介したSRF-02を使います。また、マイコンから音を出す回路も前回のブログで書いたスピーカー駆動回路を使います。

右図が簡単なシステム図です。

超音波センサSRF02は、検知した距離をI2Cのシリアル通信またはUARTにて出力します。今回は、配線が簡単なI2Cを使うことにしました。

超音波センサからArduinoには、I2Cを経由して距離が数値で入力されます。

その数値をArduino内で処理し、音階のデータに変換して、スピーカーに出力します。

つぎにプログラムを設計するため、フローチャートを書きました。

プログラムをスタートすると、まず超音波センサの値を読み込みます。

すると、超音波センサは、かざした手までの距離をcm単位で数値を返します。

その距離を、Arduino内では、何層にも重ねたif文で条件を分岐し、各音階の周波数を割り当てます。

次に、if文内の処理について説明します。

まず、高さが105cm以上であるかないかを判別します。高さが105cm以上であれば、プログラムや音階は現状維持となります。つまり、前出した音階を継続します。105cmはかなり高い高さなので、かざしていない場合を想定しています。

次に、105cm以上がNoであった場合、次は95cm以上かどうかを判別します。95cm以上であれば、手は95cm~105cmの間にあるということですから、ドの音階を出力させます。

続いて、85cm以上ならシ、75cm以上ならラ、と分岐していき、最後、15cm以上で、下のドとなります。

それぞれ、音階を出力したら、処理はまた振り出しに戻り、センサの値を読み込むところからやり直します。

これを、プログラムのコードに直すと下記のようになります。

  #include <Wire.h>

    void setup()
    {
      Wire.begin();                // join i2c bus (address optional for master)
      Serial.begin(9600);          // start serial communication at 9600bps
      pinMode(11,OUTPUT);
    }
    int reading = 0;
    int SPEAKER = 11;
    int TIME=100;
    int m[9]={262,294,330,349,392,440,494,524,0 };
    int melody=0;

    void loop()
    { 
      // step 1: instruct sensor to read echoes
      Wire.beginTransmission(112); // transmit to device #112 (0x70)
      // the address specified in the datasheet is 224 (0xE0)
      // but i2c adressing uses the high 7 bits so it's 112
      Wire.write(byte(0x00));      // sets register pointer to the command register (0x00)
      Wire.write(byte(0x51));      // command sensor to measure in "centimeters" (0x51)
      // use 0x51 for centimeters
      // use 0x52 for ping microseconds
      Wire.endTransmission();      // stop transmitting
      // step 2: wait for readings to happen
      delay(20);                   // datasheet suggests at least 65 milliseconds
      // step 3: instruct sensor to return a particular echo reading
      Wire.beginTransmission(112); // transmit to device #112
      Wire.write(byte(0x02));      // sets register pointer to echo #1 register (0x02)
      Wire.endTransmission();      // stop transmitting
      // step 4: request reading from sensor
      Wire.requestFrom(112, 2);    // request 2 bytes from slave device #112
      // step 5: receive reading from sensor
      if (2 <= Wire.available())   // if two bytes were received
      {
        reading = Wire.read();  // receive high byte (overwrites previous reading)
        reading = reading << 8;    // shift high byte to be high 8 bits
        reading |= Wire.read(); // receive low byte as lower 8 bits
        Serial.print(reading);   // print the reading
        Serial.println("cm");
        
        if(reading>105){
        }else if(reading>95){
          melody=m[7];  
          tone(11,melody) ; 
          delay(TIME);
        }else if(reading>85){
         melody=m[6]; 
         tone(11,melody) ; 
         delay(TIME);       
        }else if(reading>75){
         melody=m[5];   
        tone(11,melody) ; 
         delay(TIME);     
        }else if(reading>65){
          melody=m[4];   
        tone(11,melody) ; 
          delay(TIME);     
        
        }else if(reading>55){
          melody=m[3]; 
        tone(11,melody) ; 
          delay(TIME);       
        
        }else if(reading>45){
          melody=m[2]; 
        tone(11,melody) ; 
          delay(TIME);
          
        }else if(reading>35){
          melody=m[1];  
        tone(11,melody) ; 
          delay(TIME);

        }else if(reading>25){
          melody=m[0];
        tone(11,melody) ; 
          delay(TIME);
          
        }else if(reading>15){
          melody=m[8];
          tone(11,melody) ; 
          delay(TIME);
        }
        tone(11,melody) ; 
      }
      delay(5);                  // wait a bit since people have to read the output :)
   }

ここで、新たに登場した関数は、wire関数です。

#include<Wire.h>

Wire.hの関数をincludeで呼び出しています。Wire関数は、I2Cのシリアル通信を行う最に使う関数で、Wire.read();などで、シリアルのデータを読み込むことができるなどします。

私もこの関数は知らなかったのですが、少し奥が深そうなので、後日まとめて掲載できたらと思います。

 

さっそくブレッドボードで配線を組みました。

次回は、これの動作チェックをします。

2021/7/29 ひいらぎ

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