Kravox: беспроводной контроллер движений и касаний для Arduino

Компоненты и материалы

Компонент	Количество	Примечание
Arduino Nano R3	2	Один в контроллере, второй в приёмнике
USB-A — Mini-USB кабель	2	Питание и прошивка
MPU-6050 (GY-521)	1	3-осевой гироскоп + акселерометр (I2C)
MPR121 (сенсор касания, 12 каналов)	2	Всего 24 электрода касания на контроллере
nRF24L01+ (радиомодуль)	2	SPI, 2.4 ГГц, до 3 контроллеров
Конденсатор 10 мкФ (электролитический)	2	Стабилизация питания радиомодуля
Конденсатор 100 нФ (керамический)	2	Фильтрация высокочастотных помех
Пин-хедеры female 40-pin	5	Для разъёмов плат расширения
Пин-хедеры male 40-pin (однорядные)	2	Для интерфейсов
Провода (разноцветные, ленточный кабель)	~10 м	Для электродов касания и связей
Светодиоды синие 5 мм	3	Индикация
Потенциометры 10 кОм	5	4 на приёмнике + 1 резерв
Резисторы 150 Ом (1/4 Вт)	3	Ограничение тока светодиодов
Резисторы 220 Ом (опционально)	3	Нагрузка для удержания пауэрбанка
Текстолитовая перфоплата (мин. 50×24 отв.)	1	Для контроллера и приёмника
Корпус (пластиковая коробка, емкость от пищевой плёнки)	2	Для контроллера и приёмника
Медная фольга/лента (ширина 1 см)	~4 м	Электроды касания
Паяльник, припой, флюс	1
Клей (суперклей, термоклей), скотч, резинки	—	Монтаж корпуса
Пауэрбанк (USB, малый)	1	Питание контроллера

Инструменты

• Паяльная станция / паяльник
• Дрель с бором 7 мм (для потенциометров)
• Канцелярский нож
• Мелкая пила
• Стальная линейка
• Обкусыватель / стриппер
• Плоскогубцы
• Клеевой пистолет
• Шпори

Программное обеспечение

• Arduino IDE
• Pure Data Vanilla (бесплатно) — звуковой движок
• Библиотеки Arduino:
  • I2Cdev + MPU6050_6Axis_MotionApps20 (Jeff Rowberg) — для MPU-6050
  • MPR121 (Bare Conductive) — для сенсоров касания (важно: не Adafruit!)
  • RF24 + nRF24L01 (TMRh20) — для радиомодулей

Концепция Kravox

Kravox — открытый кроссплатформенный цифровой музыкальный инструмент, разработанный в Лундском университете (Швеция). Цель — дать контроллерам цифровых инструментов тактильные ощущения акустических инструментов.

Система состоит из трёх частей:

1. Контроллеры (до 3) — беспроводные ручные устройства. Каждый содержит Arduino Nano, MPU-6050 (ориентация/ускорение), две платы MPR121 (24 емкостных электрода касания), nRF24L01+ для передачи данных. Питание — пауэрбанк.
2. Приёмник — стационарный блок на Arduino Nano с nRF24L01+, 4 потенциометрами и синим светодиодом. Передаёт данные от контроллеров и состояния потенциометров по USB в компьютер.
3. Программное обеспечение (Pure Data) — обрабатывает входящие данные и генерирует звук. Патч Kravox.pd использует сэмплы барабанов и эффекты (реверб, гранулярный синтез).

Пошаговая сборка

Часть 1: Подготовка компонентов

Соберите все детали согласно списку. Рекомендуется заказать запас nRF24L01+ (5-10 шт.), так как часть может быть бракованной.

Часть 2: Плата контроллера

1. Разметка и резка перфоплаты — под female-хедеры под Arduino Nano, два MPR121, MPU-6050, nRF24L01+. Припаяйте конденсаторы 10 мкФ (полярный, полоса на GND) и 100 нФ рядом с разъёмом nRF24L01+.
2. Светодиоды — 2 синих LED с резисторами 150 Ом на выводах D3, D4 (аноды к пинам, катоды к GND).
3. Питание — красные провода 3.3В, синие GND ко всем разъёмам.
4. I2C (MPR121 ×2, MPU-6050) — жёлтый (SDA) на A4, зелёный (SCL) на A5. Белый провод — прерывание MPU (INT) на D2.
5. SPI (nRF24L01+) — чёрный (SCK/D13), серый (MISO/D12), коричневый (MOSI/D11), фиолетовый (CSN/D10), оранжевый (CE/D9).
6. Подготовка MPR121 — на дешёвых платах адресный пин (ADD) припаян к GND. Нужно перерезать дорожку между двумя паяльными площадками у надписи ADD (ножом), проверить мультиметром отсутствие замыкания. Это позволяет использовать две платы на одной шине I2C (адреса 0x5A и 0x5B).
7. Установка компонентов — вставьте все модули в female-хедеры.
8. Прошивка контроллера — установите библиотеки, загрузите скетч Kravox_Controller.ino (из GitHub). Для теста раскомментируйте вывод в Serial Monitor (115200 бод) — должны появляться данные гироскопа и касаний.
9. Питание от пауэрбанка — если пауэрбанк выключается от малого тока, припаяйте 3 резистора 220 Ом параллельно 5V и GND Arduino (нагрузка ~68 мА).

Часть 3: Плата приёмника

1. Аналогично: перфоплата под Arduino Nano + nRF24L01+ с конденсаторами.
2. Питание (3.3В/GND) и SPI (те же пины).
3. Установите компоненты, прошейте Kravox_Receiver.ino.

Часть 4: Интерфейс приёмника (потенциометры + LED)

На маленькой перфоплате (2×17 отв.) смонтируйте 4 потенциометра (средние выводы к A0-A3 Arduino), питание (красные 5V, синие GND), синий LED с резистором 150 Ом на D5. Соедините с основной платой приёмника через male/female хедеры.

Часть 5: Сенсорный интерфейс и корпус контроллера

1. Разметьте 24 позиции электродов на коробке (не перекрывающиеся).
2. Вырежьте полоски медной ленты, приклейте на внутреннюю сторону коробки.
3. Сделайте разъём: перфоплата 2×24 отв. с 24-pin male хедером, припаяйте провода к электродам (длины увеличиваются к краям).
4. Наклейте поверх изоленту (диэлектрик).
5. Согните/склейте коробку в форму «метлы», добавьте вторую коробку для пауэрбанка.
6. Закрепите плату контроллера внутри, выведите USB-кабель, подключите сенсорный интерфейс.
7. Закрепите резинками.

Часть 6: Корпус приёмника

В другой коробке вырежьте отверстия под 4 потенциометра, LED и USB. Установите приёмник, закрепите потенциометры, наденьте ручки.

Часть 7: Подключение к Pure Data

1. Установите Pure Data Vanilla.
2. Откройте Krava.pd (требуется папка drumsamples рядом).
3. В меню Help → Find externals установите: comport, zexy, freeverb, arraysize. Перезапустите Pd.
4. Подключите приёмник по USB. В Pd нажмите «Show available ports» или перебирайте номера портов в диалоге до появления потока данных в консоли.
5. Сохраните настройку порта.
6. Включите контроллер (подключите пауэрбанк) — важно: в момент включения сенсорная поверхность не должна касаться рук или предметов (калибровка нуля).
7. Играйте! Движения контроллера (гироскоп) и касания электродов управляют звуком.

Настройка нескольких контроллеров

Во втором и третьем контроллере нужно задать уникальные адреса nRF24L01 в коде (секция DECLARATIONS / NRF24L01). Приёмник поддерживает до 3 контроллеров без изменений кода.

Ресурсы

• GitHub репозиторий с кодом, патчем Pd и сэмплами: github.com/timkrahmer/Kravox
• Схемы (PNG) во вложениях.