Electronique > RéalisationsProduction sonore > Métronome 008 [Pro]

Dernière mise à jour : 27/03/2016

Présentation

Ce métronome a été conçu à la demande d'un chef de musique pour utilisation lors de répétitions (formation jazz). Il possède une lampe "flash" haute luminosité dont la durée d'illumination est ajustable et dont le rythme peut varier de 30 BPM à 300 BPM par pas de +/-1 BPM.

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Le circuit possède un afficheur à LED rouge (3 digits 7 segments) qui indique en clair la valeur du tempo en BPM (Beats Per Minutes ou Battements Par Minute). Le son peut être mis en service ou désactivé, la priorité étant mise sur les flashes lumineux. Deux versions ont été developpées :
- schéma 008 : avec PIC 18F2420 (version plus maintenue à compter du 21/02/2016)
- schéma 008b : avec PIC 24F16KA102 (version maintenue)
Ces deux versions offrent les mêmes possibilités de base, mais la version avec le PIC 24F dispose en plus d'une fonction "Tap-Tempo".

Avertissement

Dépôt de paternité déposé auprès de Copyright France sous le numéro 7MY51G2.

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Schéma 008

Avec PIC 18F2420 (également testé avec succès avec un 18F2520). Cette version à base de PIC 18F n'est plus maintenue.

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Réglage du tempo
Le rythme (tempo) est ajustable avec les boutons-poussoirs SW1 (-1), SW2 (+1), SW3 (-5) et SW4 (+5) et est sauvegardé en EEPROM pour rappel à l'identique lors de la mise sous tension suivante. La précision temporelle est de l'ordre de 0,2%. Sur le prototype, le temps mesuré entre deux battements à un BPM de 120 était de 501 ms au lieu de 500 ms.

Réglage de la durée des flashes
La durée des flashes peut être ajustée entre 1 ms et 99 ms. Cette durée est affichée sur les trois digits quand on presse l'un des deux boutons-poussoirs SW5 (Down) ou SW6 (Up). A noter que l'affichage est exprimé en centaines de microsecondes : l'affichage de la valeur "210" correspond à 21000 us et donc à 21 ms.

Affichage du rythme (BPM)
L'affichage est de type multiplexé (un seul digit sur les trois est allumé à un instant donné) et permet de visualiser la cadence des flashes. Chaque afficheur est mis en service par un transistor darlington inclus dans le circuit intégré ULN2803. Comme ce dernier comporte 8 transistors et qu'on n'en utilise que 3 pour les afficheurs, j'ai décidé d'en employer un pour la commande du HP, les transistors restants sont réquisitionnés pour attaquer des LED haute luminosité à faible consommation (plusieurs branches possible). La LED haute puissance est quant à elle pilotée par un transistor MOSFET séparé, bien plus adapté et costaud que ceux inclus dans le ULN2803.

Sortie lumière
Ce métronome utilise une (ou plusieurs) ampoule(s) à LED "de puissance" de tension nominale 12 V, commandée(s) par un transistor MOSFET de type IRL540 dont la broche de commande (grille) est commandée par le PIC via une résistance de faible valeur.

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L'idée était en effet de fournir un flash très lumineux et visible par tous les musiciens (y compris ceux qui ont le nez dans leur partition), tout en évitant l'emploi d'un tube à éclat qui nécessite une haute tension, dont la durée de vie est limitée et qui de surcroit produit un claquement sec à chaque flash ! La résistance R2 en série avec la LED de puissance est optionnelle et n'est mise en place que si l'ampoule LED utilisée nécessite une tension d'alimentation inférieure à 12 V.

Sortie son
Le son est délivré par un petit HP de 8 ohms / 0,5 W. La résistance R1 câblée en série avec lui permet de limiter le courant qui passe dans la bobine du HP et donc de limiter le volume sonore. La valeur de cette résistance peut être diminuée si le HP supporte l'augmentation de puissance induite par cette modification de valeur. Pour rappel :
P (Watts) = (U * U) / R
Si R = 90 ohms (HP 8 ohms + R1 = 82 ohms) et si on néglige les pertes dans le transistor du ULN2803 :
P = (9 x 9) / 90 = 900 mW dissipés dans R1 et le HP, environ 1/10 dans le HP soit un peu moins de 100 mW pour ce dernier.
Si vous ne voulez pas de son, il suffit de ne pas câbler le HP. Dans la pratique, un simple interrupteur câblé en série avec le HP permet à tout instant de couper ou mettre en service les bips sonores.

Schéma 008b

Fonctions identiques avec Tap-Tempo en plus, remplacement du PIC 18F2x20 par un PIC 24F16KA102.

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L'idée d'utiliser un PIC 24F m'est venue à un instant curieux - en mangeant une part de pizza, c'était à l'époque où je voulais implémenter une fonction de Tap-tempo (désormais incluse). Ce coquin de PIC 24F n'aimant pas être branché sur une source de tension de 5 V, j'ai du utiliser un régulateur 3,3 V (un LF33C sur le schéma, un régulateur pour "planche à pain" sur le proto). La tension de commande du MOSFET étant plus faible qu'avec le 18F2420 (qui était de 5 V) j'ai du opter pour un modèle de transistor qui se conduit mieux (et conduit mieux) avec une faible tension de commande (Vgs). De ce point de vue, le IRLZ44 (pas le IRFZ44) me semble un peu mieux que le IRL540 - en admettant que je suis encore capable d'interpréter des abaques dans un datasheet. Mais comme j'avais des IRL540, je me suis servi de ceux-là.

Tap Tempo
La fonction de Tap Tempo permet de régler le rythme du métronome en pressant un bouton-pousoir à intervales réguliers. Pour que cela fonctionne, il faut au minimum 4 pressions successives. La détection du Tap-Tempo se fait au premier coup (première pression du bouton-poussoir) et l'affichage indique alors le message "tAP". Le logiciel sort du mode d'analyse Tap-Tempo après une durée d'inactivité qui correspond à un tempo inférieur à 40 BPM, et à ce moment l'affichage indique le nouveau rythme en cours. Le son est désactivé durant la période de détection Tap-Tempo, il est rétabli en même temps que l'affichage du rythme sur l'afficheur numérique. Durant la synchronisation, la fonction d'éclairage est maintenue (il est plus facile de fermer les yeux que se boucher les oreilles). Dès la première impulsion Tap-Tempo, les flashes se synchronisent aux coups du "batteur".

Logiciel du PIC

Demande pro, les logiciels de ce projet ne sont pas mis à disposition libre.
Métronomes 008 et 008b - 18F2420 et 24F16KA102 - (21/02/2016)

Prototype

Réalisé sur plaque sans soudure (proto N°1) puis avec un vrai circuit (proto N°2), dans les deux cas avec le PIC 24F16KA102.

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Vite fait avec des composants qui traînaient dans leurs casiers de rangement.

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Pour les tests, j'ai utilisé l'afficheur à LED 8 digits décrit à la page Afficheur LED 7 segments 008. Pour la lampe "flash" et en attente de la grosse ampoule 12 V, j'ai utilisé une ampoule 12 V de type "veilleuse" qui rend déjà très bien.

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Les vidéos (liens qui suivent) réalisées rapidement avec un petit APN grand public sont de qualité très moyenne et ne rendent pas très bien, mais cela donne une idée du fonctionnement général.

metronome_008b_proto_001ea metronome_008b_proto_001e  Vidéo 1 (rythme lent avec "petite" ampoule)
Vidéo 2 (rythme rapide avec "petite" ampoule)
Vidéo 3 (rythme rapide avec "grosse" ampoule)


En mode rapide et avec la "grosse" ampoule à LED (on peut aller jusqu'à 900 BPM / 15 Hz), alors on dispose d'un stroboscope bien sympa !
Testé également avec des lampes à LED COB en ruban, sur support souple ou rigide (alu), le résultat est impressionnant, bien plus encore qu'avec les lampes à LED précités !

Prototype 002
Avec CI en bonne et due forme. Cette fois j'ai essayé avec un bandeau LED COB, le "rendu" est là aussi excellent !

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Mais difficile de se rendre compte avec une photo... Sur ce prototype, le régulateur de tension LF33CV (boîtier TO220) que je n'avais pas encore reçu a été remplacé par un MCP1207-33 (boîtier plastique TO92).

Prototype 003
Idem que le prototype 002, mais cette fois avec le LF33CV pour la régulation d'alim du PIC et boîtier "raccourci en hauteur" pour le MOSFET IRLZ44.

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Pour les boutons-poussoirs, utilisation de modèles avec actionneur transparent et LED de couleur intégrée (LED non câblée ici). Sur cet exemplaire, j'ai mis une lampe LED 12 V de type "feu stop" pour voiture sur la sortie LEDc du ULN2803, en plus de la "super lampe à LED qui en met plein la vue" qui elle est branchée sur le gros MOSFET.

Circuit imprimé

Réalisé en double face. Le circuit a été conçu pour deux modes d'assemblages différents :
- tout en un seul tenant, composants et afficheurs sur un seul et même PCB;
- afficheurs à la verticale et à 90 degrés du circuit de commande.
La deuxième photo montre la méthode que j'ai adoptée pour permettre la découpe et le positionnement à 90 degrés de la section affichage.

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Dans le premier cas, aucune connection à établir entre afficheurs et reste du circuit, les pistes du CI sont dessinées pour ça. Dans le second cas, la partie afficheur est détachée et doit être raccordée au circuit de commande via un câble en nappe à 10 conducteurs ou à l'aide de fils rigides.

Historique

27/03/2016
- Ajout photos prototype N°3 réalisé lui aussi sur circuit imprimé.
21/02/2016
- Ajout photos prototype N°2 réalisé sur circuit imprimé.
- Modification algorithme du Tap-Tempo. Désormais, les flashes lumineux suivent le tempo manuel dès le premier coup et non plus à partir du troisième.
07/02/2016
- Ajout de la fonction de Tap Tempo sur la version avec PIC 24F.
31/01/2016
- Première mise à disposition.