El proyecto Bandonberry tiene como objetivo crear un simulador electrónico para el aprendizaje del bandoneón. Pretende ser una alternativa económica en comparación con un bandoneón, de forma de permitir el acceso a un instrumento por parte de los estudiantes. No solo se limita a reproducir su forma y sonido, sino que incorpora tecnologías que ayudan y estimulan el proceso de aprendizaje.
Los archivos necesarios para fabricar las PCBs se encuentran en la carpeta pcbs.
Los archivos necesarios para fabricar la carcasa en impresora 3D se encuentran en la carpeta stl.
El software del Arduino se encuentra en la carpeta supervisor_firmware.
En las secciones siguientes se encuentran las instrucciones para instalar los diferentes componentes del Bandonberry si se desea hacerlo manualmente en una instalación del sistema operativo en blanco.
Para comunicarse por SSH es necesario en primer lugar habilitarlo en la Raspberry Pi, ya que viene deshabilitado por defecto por motivos de seguridad, y en segundo lugar debe estar conectada a una red. Dado que no posee puerto Ethernet sino que WiFi, es necesario además pasarle las credenciales de la red a la que se desea que se conecte.
En primer lugar la imagen del sistema operativo se descarga en una PC y es grabada en una tarjeta SD. Luego se reinserta la memoria SD en la PC y en la partición /boot se debe crear un archivo llamado ssh (sin extensión) para habilitar la conxión SSH y un archivo wpa_supplicant.conf con la información de la red WiFi, como se muestra a continuación:
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=UY
network={
ssid="SSID"
psk="PASSWORD"
key_mgmt=WPA-PSK
}
Para que los programas necesarios sean inicados en automáticamente se agregaron los comandos de inicialización a /etc/rc.local.
python /etc/shutdownirq.py &
sudo fluidsynth -i -s -a alsa -o audio.alsa.device=hw:1,0 -g 3 -c 2 -z 64 /home/pi/Bandonberry/bandoneon_v2.sf2 &
python /home/pi/Bandonberry/botoneras.py &
python /home/pi/Bandonberry/fuelle.py &
Uso de pines:
| uso | función | pin | pin | función | uso |
|---|---|---|---|---|---|
| 3.3 V | 3.3 V | 1 | 2 | 5 V | 5 V |
| PRESION | I2C1 SDA | 3 | 4 | 5 V | 5 V |
| PRESION | I2C1 SCL | 5 | 6 | GND | GND |
| SERVO | GPIO 04 | 7 | 8 | UART0 TX | |
| GND | GND | 9 | 10 | UART0 RX | |
| GPIO 17 | 11 | 12 | BITCLK | AUDIO | |
| GPIO 27 | 13 | 14 | GND | GND | |
| GPIO 22 | 15 | 16 | GPIO 23 | ||
| 3.3 V | 3.3 V | 17 | 18 | GPIO 24 | |
| TECLADO | SPI0 MOSI | 19 | 20 | GND | GND |
| TECLADO | SPI0 MISO | 21 | 22 | GPIO 25 | |
| TECLADO | SPI0 SCLK | 23 | 24 | SPI0 CS0 | TECLADO |
| GND | GND | 25 | 26 | SPI0 CS1 | TECLADO |
| EPROM | 27 | 28 | EPROM | ||
| GPIO 05 | 29 | 30 | GND | GND | |
| GPIO 06 | 31 | 32 | GPIO 12 | BMS | |
| GPIO 13 | 33 | 34 | GND | GND | |
| AUDIO | LRCLK | 35 | 36 | GPIO 16 | BMS |
| GPIO 26 | 37 | 38 | GPIO 20 | ||
| GND | GND | 39 | 40 | DATAOUT | AUDIO |
El mecanismo de apagado es el de RaspiATX.
Un script que corre en la raspberry monitorea el estado de un pin para enviar una señal de apagado en el sistema cuando se detecta un cambio en su estado. Una señal es enviada por otro pin para indicar el correcto booteo del sistema. Solo utilizamos los scripts provistos e implementamos en el BMS la funcionalidad del manejo de la energía.
Se copia el script de instalación:
sudo wget https://raw.githubusercontent.com/LowPowerLab/ATX-Raspi/master/shutdownchecksetup.sh
Se editan los pines a usar sudo nano shutdownchecksetup.sh:
SHUTDOWN = 12 # GPIO used for shutdown signal
BOOT = 16 # GPIO used for boot signalSe instala eligiendo la opción 1:
sudo bash shutdownchecksetup.sh
sudo rm shutdownchecksetup.sh
sudo reboot
Adafruit MAX98357 I2S Class-D Mono Amp
Dado que la raspberry no posee salida analógica de audio es necesario agregar hardware adicional para generar las señales de audio y amplificarlas. Optamos por dicho integrado dado que posee entrada digital I2S, presente en la raspberry, y provee una señal ya aplificada para ser conectada directamente a un parlante.
Para instalarlo correr el comando dos veces:
curl -sS https://raw.githubusercontent.com/adafruit/Raspberry-Pi-Installer-Scripts/master/i2samp.sh | bash
Para ver una lista de los dispositivos de audio:
aplay -l
Los auriculares con conexión de 3.5 mm poseen un terminal en común, configuración que no es posible llevar a cabo con estos integrados. La etapa de aplificación de este integrado tiene una configuración complementaria o diferencial, lo cuál implica que no es posible utilizar dos amplificadores para alimentar un par de auriculares. Dado el gran impacto que tiene en el diseño el cambio de este integrado se optó por conservarlo y eliminar la salida de audio de 3.5 mm.
Se puso una resistencia a Vcc en los pines SD para seleccionar el canal en cada amplificador:
- Izquierdo 150k
- Derecho 1M
Para generar el sonido de bandoneón utilizamos el sintetizador Fluidsynth en conjunto con una biblioteca de sonidos de uso libre creado por Jörg Bleymehl.
Para instalarlo:
sudo apt-get install fluidsynth
Para usar con las soundfonts de General MIDI:
sudo fluidsynth --audio-driver=alsa --gain 3 --verbose /usr/share/sounds/sf2/FluidR3_GM.sf2
Para usarlo con las soundfonts nuestras:
sudo fluidsynth --audio-driver=alsa --gain 3 --verbose /home/pi/Bandonberry/bandoneon_v2.sf2
Se siguieron los consejos encontrados en FLUIDSYNTH WIKI para reducir la latencia.
En particular se elige number of audio buffers = 2 y audio buffer size = 64.
Para que se inicie en el arranque se debe agregar la siguiente línea en /etc/rc.local:
sudo fluidsynth -i -s -a alsa -g 3 -c 2 -z 64 /home/pi/Bandonberry/bandoneon_v2.sf2 &
Para instalarlo:
sudo apt-get install build-essential
sudo apt-get install libasound2-dev
sudo apt-get install libjack-jackd2-dev
sudo apt-get install python-dev python-pip
sudo pip install rtmidi-python
Las botoneras poseen una gran cantidad de botones (71 en total) y es necesario detectar el accionar de distintos botones de manera simultánea. Dado que la raspberry posee solo 26 entradas digitales se utiliza un módulo expansor de puertos.
El chip MCP23S17 es SPI, se debe habilitar SPI desde sudo raspi-config como se explica en la GUíA ADAFRUIT.
El driver por defecto es: spi-bcm2708.
Soporta las siguientes velocidades (2014-07-05):
| cdiv | speed | config |
|---|---|---|
| 2 | 125.0 MHz | |
| 4 | 62.5 MHz | |
| 8 | 31.2 MHz | |
| 16 | 15.6 MHz | |
| 32 | 7.8 MHz | <- 10.0 MHz |
| 64 | 3.9 MHz | |
| 128 | 1953 kHz | |
| 256 | 976 kHz | |
| 512 | 488 kHz | |
| 1024 | 244 kHz | |
| 2048 | 122 kHz | |
| 4096 | 61 kHz | |
| 8192 | 30.5 kHz | |
| 16384 | 15.2 kHz | |
| 32768 | 7629 Hz |
Una escritura o lectura necesita de la trasnmisión de 3 bytes DEVICE OPCODE + REGISTER ADDRESS + REGISTER VALUE. A la frecuencia seleccionada dicha tarea tarda, teóricamente: 3 * 8 / 7.8 MHz = 3.1 us.
La librería RPiMCP23S17 no fincionó, basados en la misma se creó BDN_MCP23S17.py.
Requisitos previos:
sudo apt-get install python-dev python-pip
sudo pip install RPi.GPIO
sudo pip install spidev
Para usarlo (tiene que estar en el mismo directorio):
from BDN_MCP23S17 import MCP23S17| uso | función | pin | pin | función | uso |
|---|---|---|---|---|---|
| COL 0 | B0 | 1 | 28 | A7 | FILA 7 |
| COL 1 | B1 | 2 | 27 | A6 | FILA 6 |
| COL 2 | B2 | 3 | 26 | A5 | FILA 5 |
| COL 3 | B3 | 4 | 25 | A4 | FILA 4 |
| COL 4 | B4 | 5 | 24 | A3 | FILA 3 |
| COL 5 | B5 | 6 | 23 | A2 | FILA 2 |
| B6 | 7 | 22 | A1 | FILA 1 | |
| B7 | 8 | 21 | A0 | FILA 0 | |
| 3.3 V | VDD | 9 | 20 | INTA | |
| GND | VSS | 10 | 19 | INTB | |
| CS0 o CS1 | nCS | 11 | 18 | nRESET | 3.3 V |
| SPI0 SCLK | SCK | 12 | 17 | A2 | GND |
| SPI0 MOSI | SI | 13 | 16 | A1 | GND |
| SPI0 MISO | SO | 14 | 15 | A0 | GND |
Para ver una lista de los dispositivos MIDI:
aplaymidi -l
Para activar la interfaz MIDI USB:
echo "dtoverlay=dwc2" | sudo tee -a /boot/config.txt
echo "dwc2" | sudo tee -a /etc/modules
echo "g_midi" | sudo tee -a /etc/modules
sudo reboot
Esto cambia el dispositivo de reproducción por defecto, es necesario arreglar el inicio del sintetizador:
sudo fluidsynth -i -s -a alsa -o audio.alsa.device=hw:1,0 -g 3 -c 2 -z 64 /home/pi/Bandonberry/bandoneon_v2.sf2 &
El chip BMP180 es I2C, se debe habilitar I2C desde sudo raspi-config como se explica en la GUíA ADAFRUIT.
Para detectar los dispositivos I2C:
sudo i2cdetect -y 1
Si el sensor está bien conectado debe aparecer en la dirección 0x77.
Using the BMP085/180 with Raspberry Pi
Para instalarla:
sudo apt-get update
sudo apt-get install git build-essential python-dev python-smbus
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_BMP.git
cd Adafruit_Python_BMP
sudo python setup.py install
Uso de pines:
| uso | función | pin | pin | función | uso |
|---|---|---|---|---|---|
| TX/D0 | 1 | 2 | RAW | ||
| RX/D1 | 3 | 4 | GND | GND | |
| GND | GND | 5 | 6 | RESET | |
| GND | GND | 7 | 8 | VCC | 5V |
| SDA_Fuel_Guage | SDA/D2 | 9 | 10 | A3 | |
| SCL_Fuel_Guage | SCL/D3 | 11 | 12 | A2 | |
| AlertLowBat_IN | A6/D4 | 13 | 14 | A1 | |
| QuickStart_OUT | D5 | 15 | 16 | A0 | |
| ShutDownBot_IN | A7/D6 | 17 | 18 | D15/SCLK | |
| RaspState_IN | D7 | 19 | 20 | D14/MISO | SelectBot_IN |
| PowerOnOff_OUT | A8/D8 | 21 | 22 | D16/MOSI | RBatCheck_OUT |
| RaspOff_OUT | A9/D9 | 23 | 24 | D10/A10 | SafeVoltageBat_Out |
ShutDownBot_IN Señal que recibe del botón de encendido/apagado.
RaspState_IN Señal de la raspberry que indica HIGH No apagar, LOW Se puede apagar.
PowerOnOff_OUT Señal que enciende el transistor, permitiendo alimentar todo el sistema. HIGH Encendido todo el sistema, LOW Se corta la corriente de todo el sistema (a no ser que se apreiete el botón de encendido).
RaspOff_OUT Señal que indica a la raspberry que comience el proceso de preparación de apagado. (HIGH 0.5 segundos es un reset, por más de 2 segundos es comienzo de proceso de apagado, y por más de 8 segundos es apagado forzado).
SafeVoltageBat_Out Señal que habilita la alimentación de la raspberry una vez que se chequé el voltaje de la batería.
La señal de Boot_IN se baja pero la luz de la raspberry se termina de apagar 8 segundos después.
SHUTDOWN_IN = 12 conectado a RaspOff_OUT = 8
BOOT_OUT = 16 conectado a RaspState_IN = 6
Utilizamos un integrado MAX17043 como medidor de la carga de la batería.
Para poder usarlo en Arduino nos bajamos la librerías de aqui Librerias del MAX 17043 Fuel gauge.
Sobre la programación y funciones de la librería Funciones de libreria.
Para poder usarlo en Arduino nos bajamos la librerías de aqui Librería display. En caso de querer editar las animaciones se pueden realizar imágenes en algun software como Paint y luego se pasan a mapa de bits utilizando un conversor de jpg a bitmap. El convertidor, genera la imagen del tamaño necesario para el display con la siguiente configuración:
-Code format: Hex 0x
-Diplay position X=0 Y=0
-Width 128 , Height 32
-Used for: Black White, for DIM
-Adress in flash: 0x3C