Pitch follower: управление тоном через tone() и фоторезистор

В этом уроке мы научим Arduino менять высоту звука в зависимости от освещённости. Фоторезистор считывает уровень света, а функция tone() преобразует эти данные в звуковой сигнал. Получается простой аналог терменвокса — инструмента, которым управляют движением руки, не касаясь его.

Необходимые компоненты

• Arduino Board

• Динамик 8 Ом

• Фоторезистор

• Резистор 4,7 кОм

• Резистор 100 Ом

• Провода для соединения

• Макетная плата

Схема подключения

Схема подключения: Arduino UNO соединён с макетной платой, на которой установлены динамик, фоторезистор и резистор.

Один вывод динамика подключите к цифровому пину 9 через резистор 100 Ом, второй — к GND. Фоторезистор питается от 5V; его второй вывод идёт на аналоговый вход A0 и одновременно через резистор 4,7 кОм на GND. Резистор 100 Ом защищает динамик от перегрузки по току.

Принципиальная схема

Принципиальная схема: фоторезистор и резистор 4,7 кОм подключены к аналоговому входу A0 Arduino UNO; динамик 8 Ом через резистор 10 кОм подключён к цифровому выводу ~9.

Компоненты на схеме: ФОТОРЕЗИСТОР, РЕЗИСТОР 4,7 кОм, РЕЗИСТОР 10 кОм, ДИНАМИК 8 Ом.

Как это работает

Фоторезистор — это компонент, чьё сопротивление падает при увеличении освещённости. Вместе с резистором 4,7 кОм он образует делитель напряжения. Чем ярче свет, тем выше напряжение на A0, тем большее число возвращает analogRead(), и тем выше тон, который генерирует tone().

Человек слышит звуки в диапазоне примерно 20–20 000 Гц. Для данного проекта диапазон 120–1500 Гц звучит наиболее выразительно и хорошо воспроизводится небольшим динамиком.

Код

Логика проста: читаем аналоговый вход, преобразуем значение в частоту с помощью map() и передаём её в tone(). Главное — правильно задать границы map() под реальный диапазон вашего фоторезистора.

Прежде чем загружать скетч, откройте Serial Monitor и посмотрите, какие значения выдаёт analogRead(A0) при минимальной и максимальной освещённости в вашем помещении. В типичных условиях диапазон составляет примерно 400–1000, но у вас он может отличаться. Подставьте свои числа в вызов map().

/*

  Pitch follower

  Воспроизводит тон, высота которого изменяется в зависимости от аналогового входа

  Схема:

  - Динамик 8 Ом на цифровом пине 9

  - Фоторезистор на analog 0, подключён к 5V

  - Резистор 4.7 kilohm на analog 0, подключён к ground

  Создан 21 Jan 2010

  Изменён 31 May 2012

  Автор: Tom Igoe, с предложением от Michael Flynn

  Этот пример кода находится в открытом доступе.

  https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Tone2

*/

void setup() {

  // Инициализация последовательной связи (только для отладки):

  Serial.begin(9600);
}

void loop() {

  // Считываем значение датчика:

  int sensorReading = analogRead(A0);

  // Выводим показание датчика, чтобы знать его диапазон

  Serial.println(sensorReading);

  // Преобразуем диапазон аналогового входа (в данном случае 400–1000 от фоторезистора)

  // в диапазон выходной высоты тона (120–1500Hz)

  // Измените минимальное и максимальное значения входа ниже в зависимости от диапазона,

  // который выдаёт ваш датчик:

  int thisPitch = map(sensorReading, 400, 1000, 120, 1500);

  // Воспроизводим тон:

  tone(9, thisPitch, 10);

  delay(1);        // Задержка между считываниями для стабильности
}

Типичные ошибки

• Нет звука. Проверьте полярность динамика и надёжность соединений. Убедитесь, что резистор 100 Ом стоит именно в цепи динамика, а не перепутан с 4,7 кОм.
• Тон не меняется. Скорее всего, диапазон map() не соответствует реальным показаниям analogRead(). Добавьте в loop() строку Serial.println(analogRead(A0)); и откройте Serial Monitor — вы сразу увидите актуальные значения.
• Звук монотонный или «зависает». Фоторезистор может быть слишком медленным при резких изменениях освещённости. Попробуйте поднести руку ближе или использовать фонарик для более контрастного управления.
• Писк вместо тона. Слишком высокие значения частоты. Уменьшите верхнюю границу второго диапазона в map().

Как проверить результат

1. Загрузите скетч и поднесите руку к фоторезистору — тон должен понижаться по мере затенения.
2. Посветите фонариком — тон поднимается.
3. Плавно перемещая руку, можно «играть» простые мелодии.

Где пригодится

• Интерактивные инсталляции и световые музыкальные игрушки.
• Обучающие демонстрации работы АЦП и функции map().
• Основа для более сложных терменвоксов с несколькими датчиками.

Дополнительные материалы

Больше базовых примеров вы найдёте в разделе built-in examples.

Подробное описание всех функций языка Arduino доступно в language reference.

Последнее обновление: 11.08.2015, SM