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sonore > Orgue 009
Dernière mise à jour : 14/09/2014Présentation
J'ai conçu et réalisé cet orgue pour que mes enfants puissent s'initier aux joies des LASER, tout en limitant le danger lié à ce type de composant.
Et par la même occasion, l'idée était de poursuivre un projet commencé en 2005 et qui n'avait pas beaucoup avancé, mon piano-harpe laser. L'instrument présenté ici est constitué de dix couples LASER + LDR (photorésistances). Il est polyphonique et délivre des notes MIDI en fonction des faisceaux dont on interrompt la course avec les doigts. Le coeur est basé sur un PIC 18F45K22, que l'on pourrait estimer surdimensionné pour la tâche qu'on lui confie. C'est que j'ai d'autres projets d'avenir pour ce montage ;-)
Schéma
Le schéma est "haut", à cause bien sûr des faisceaux LASER qui surplombent le PIC (on en voit 12 mais j'en ai utilisé 10).
Principe de fonctionnement
Il est extrêment simple. Le PIC commande l'allumage des faisceaux LASER de façon séquentielle, un seul LASER est allumé à la fois. Cette façon de faire présente plusieurs avantages :- consommation moindre;
- puissance lumineuse moyenne moins dangereuse pour les yeux (mais les précautions d'usage s'appliquent bien sûr toujours).
Elle présente aussi un inconvénient, celui de monomoliser plus de broches du PIC. Dans notre cas, on n'est pas en manque, mais l'augmentation du nombre de notes (et donc de LASER) imposera l'emploi d'un ou plusieurs expandeurs de port (maintenant que je connais bien le MCP23017, je m'en donnerai à coeur joie).
A chaque fois qu'un LASER est activé, on analyse l'état logique de l'entrée sur laquelle est reliée la LDR qui lui correspond. Cette LDR, câblé dans un pont diviseur de tension, permet d'obtenir une tension proche de 0 V quand le LASER l'éclaire (état logique bas), et une tension proche de +Valim (état logique haut) quand le faisceau LASER est coupé. Si un changement d'état est constaté, on envoie un événement NoteOn ou NoteOff sur la sortie MIDI.
Alimentation des LASER
Les modules LASER que j'ai utilisés sont des modèles 5 mW et comportent déjà une résistance CMS, ils sont prévus pour être alimentés sous une tension de 5 V. J'ai ajouté une autre résistance en série avec chacun des LASER pour réduire leur courant et par la même occasion leur intensité lumineuse. Outre l'avantage d'une évidente économie d'énergie, les cellules photorésistives (LDR) sont moins "saturées" et la variation de résistance quand le faisceau apparaît ou disparaît est plus rapide.Horloge de référence
J'ai préféré utiliser un quartz externe de 8 MHz pour garantir une bonne stabilité de la vitesse de transmission de la liaison série utilisée pour les données MIDI, mais cela fonctionne aussi avec l'horloge interne de 8 MHz.Programmation des notes
Par défaut, les notes jouées vont du Do3 au Si3 avec les altérations, et le canal MIDI est le canal 1. Dans une prochaine version, on pourra spécifier d'autres notes, il suffira de jouer la note à configurer en coupant le faisceau correspondant, et d'envoyer juste après sur l'entrée MIDI IN, la note MIDI à faire jouer.Mode Panique
Pas encore utilisé ici, il sera fonctionnel sur la prochaine version avec plus de faisceaux LASER (j'attend que ma commande d'autres LASER arrive). Cette fonction sera déclenchée avec un faisceau à part, dont la coupure provoquera un "reset" général, à savoir l'envoi d'événements MIDI de type Note Off pour toutes les notes.Alimentation
L'ensemble fonctionne sous une tension d'alimentation régulée de +5 V obtenue grâce à un régulateur intégré de type 7805 (on peut utiliser un 78L05 qui est la version 100 mA en boîtier plastique TO92). On peut utiliser une pile 9 V pour un usage autonome, mais il ne faudra tout de même pas compter sur des dizaines d'heures d'utilisation !Prototype
Réalisé avec ma platine de développement EasyPic7 et une plaque sans soudure pour les quelques composants annexes au PIC.
Il n'y a pas tant de composants que ça, quand on regarde bien. Les LASER sont livrés d'origine avec deux fils de câblage souples, que j'ai vite remplacés par des fils rigides. Leur positionnement est bien sûr plus facile avec des fils qui ne plient pas sous leur poids !
Dans un premier temps et pour les premiers tests, j'ai utilisé les plaques sans soudure pour positionner les LASER et les LDR...
... mais c'était franchement casse-pieds pour aligner les faisceaux, même avec une faible distance entre les LASER et les LDR ! Pour la suite des tests, j'ai opté pour une solution plus stable, avec des petites plaquettes pré-percées et étamées sur lesquelles j'ai fixé les LASER, les LDR et les résistances associées.
Les circuits imprimés ont été fixés sur des tasseaux de bois et relié au PIC avec des câbles en nappe. Puis pour garantir à l'ensemble une stabilité minimale, j'ai fixé les deux tasseaux sur une latte d'un lit récupérée aux encombrants et sciée en deux.
L'ensemble est fonctionnel, mais la distance entre les lasers et les LDR fait que le moindre choc sur la structure provoque un léger décalage d'un ou deux faisceaux LASER et la LDR correspondante n'est plus éclairée... ce qui se traduit par une note en continu ! Pour un usage pratique et robuste, il faut revoir le système de fixation des éléments lumineux, mais je précise que ce montage n'est qu'un prototype réalisé pour valider une technique. Comme c'est concluant, je pourrai passer à la suite !
Installation verticale ou horizontale, le mode polyphonique permet de jouer plusieurs notes à la fois.
Remarque concernant la réactivité des LDR : celles que j'ai essayées sont données pour un temps de réponse de 20 ms. Mon programme active et désactive les LASER à une vitesse de 1 kHz, chaque LDR est éclairée pendant 1 ms toutes les 10 ms, et cela fonctionne très bien. Pourquoi ? Parce que le temps de réponse spécifié par le fabricant est donné pour une variation totale de résistivité entre obscurité et plein éclairement. Sur mon prototype, les entrées du PIC réagissent autour d'un seuil et peu importe que la résistance de la LDR ne soit pas minimale ou maximale, l'important est que ça bascule au bon moment... Comme mon prochain prototype comportera 96 LASER (2 pour chacune des 48 notes, 4 octaves), il est probable que je revienne aux LED comme capteurs de lumière, comme testé avec succès dans mon piano-harpe LASER qui tarde... tarde...
Vidéo de démonstration
Vidéo vite fait pour montrer l'instrument en action, avec un son de harpe et un son plus "électronique".
Dans cette vidéo, je me contente de jouer quelques notes les unes après les autres. Je n'ai pas plaqué d'accord ni laissé plusieurs notes s'exprimer en même temps à la suite, mais l'instrument en est bien capable !
Logiciel du PIC
L'archive zip dont le lien suit contient le fichier binaire compilé (*.hex) du programme que j'ai utilisé.Orgue 009 - PIC 18F45K22 (07/09/2014)
Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.
Circuit imprimé
Non réalisé.Historique
14/09/2014- Ajout vidéo de démonstration.
07/09/2014
- Première mise à disposition.