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Projeto 35 - Sketch padrão para criar melodias (exemplos : hinos do palmeiras e do Corinthians)

Angelo Luis Ferreira | 14/03/2018 Acessos: 13.466

Objetivo

Neste projeto vamos apresentar um sketch padrão para criar melodias através de um buzzer, um disco piezoelétrico ou um speaker (auto falante). Neste exemplo vamos utilizar o conceito de compilação de arquivos tipo header file, que são arquivos com extensão .h que permitem maior organização, otimização na estrutura e reutilização do programa em outros projetos. Para perceber isso, faça uma comparação entre este projeto e o projeto 34, que apresenta a execução de uma melodia também.

Definições

Header file: Em programação de computadores, um arquivo cabeçalho (em inglês: header file) é um arquivo que permite que os programadores separem certos elementos de um código fonte de um programa em arquivos reutilizáveis.

Compilação: A compilação transformará o conjunto de arquivos-fonte em um arquivo executável, também conhecido como binário.

Disco Piezoelétrico: Um disco piezo funciona quando uma corrente elétrica passa pelo material cerâmico do disco, fazendo com que ele mude de forma e produza um som. O disco também funciona de forma inversa: quando se bate nele ou ele sofre algum tipo de pressão, a força no material provoca a geração de uma corrente elétrica. Para saber mais, leia: https://pt.wikipedia.org/wiki/Piezoeletricidade e Transdutor Piezoelétrico.

Buzzer: Nada mais é do que um transdutor piezoelétrico encapsulado.

Obs.: O buzzer e o disco são sonorizadores piezoelétricos. Quando se aplica um sinal elétrico e um determinada frequência, o dispositivo piezoelétrico produz uma nota musical. As notas variam de acordo com a frequência utilizada. (O ouvido humano pode ouvir sons nas frequências entre 20 e 20.000 Hz).

Aplicação

Para fins didáticos e criação de sons com arduino.

Componentes necessários

Referência	Componente	Quantidade	Imagem	Observação
Protoboard	Protoboard 830 pontos	1		No mínimo utilizar protoboard com 830 pontos
Jumpers	Kit cabos ligação macho / macho	1
Buzzer	Buzzer ativo 5V 12mm	1		Utilize um buzzer ou um disco piezoelétrico
Potenciômetro	Potenciômetro 10K	1		O valor do potenciômetro aumenta quando giramos o eixo do componente na direção do polo negativo para o polo positivo.
Arduino UNO R3	Arduino UNO	1		Você poderá utilizar uma placa Arduino UNO original ou similar

Montagem do Circuito

Conecte os componentes no Protoboard como mostra a figura abaixo. Verifique cuidadosamente os cabos de ligação antes de ligar seu Arduino. Lembre-se que o Arduino deve estar totalmente desconectado da força enquanto você monta o circuito. Neste projeto você poderá utilizar um buzzer ou um disco piezoelétrico na montagem do circuito. Se possível, teste com os dois componentes.

Atenção

1. O buzzer tem polaridade. Portando, cuidado para não ligar o buzzer invertido. Se você retirar o adesivo superior do buzzzer poderá ver um sinal de positivo (+). Este sinal mostra onde está o pino positivo do componente que deverá estar conectado ao potenciômetro (neste projeto) ou a uma porta digital do Arduino e o polo negativo ao GND.

2. Observe que nesse projeto o potenciômetro foi montado como um reostato, onde utilizamos apenas 2 terminais do componente:

2.1. Veja a montagem do nosso projeto abaixo:

Desta forma o potenciômetro funciona como um resistor variável e não pode ser controlado pela IDE do Arduino. Girando o eixo no sentido horário (da saída do arduino para a entrada do buzzer) aumentaremos o volume do som, e ao contrário, diminuímos o volume do som. Isto acontece pois girando o eixo do reostato aumentaremos ou diminuímos a tensão no buzzer, variando de 0 a 5V. Para saber mais sobre a diferença entre potenciômetro e reostato leia o tutorial: Potenciômetro ou reostato: qual a diferença?

3. A montagem do nosso projeto foi realizada em um protoboard com linhas de alimentação não contínuas, onde acrescentamos jampers para a ligação. Verifique se o seu protoboard possui linhas de alimentação contínuas ou separadas.

Observação: No exemplo acima, utilizamos um buzzer. Você poderá substituir o buzzer por um disco piezoelétrico para ter um efeito semelhante. O cabo vermelho (positivo) deverá estar conectado ao terminal "b" do potenciômetro e o cabo preto (negativo) conectado ao GND (ground).

Código do Projeto (Sketch)

Observe que no sketch do projeto vamos apresentar um programa padrão com apenas 7 notas musicais em uma escala intermediária (C4, D4, E4, F4, G4, A4, B4). Leia Noções básicas de teoria musical.

A partir deste sketch padrão, você poderá criar qualquer música no seu Arduino. Neste projeto vamos deixar como exemplo os hinos do Palmeiras e do Corinthians.

1. Faça o dowload e abra o arquivo projeto35.ino no IDE do Arduino:  DOWNLOAD - projeto35.ino

Ou se preferir, copie e cole o código abaixo no IDE do Arduino:

/*******************************************************************************
*
*    Projeto 35 - Padrão para tocar qualquer melodia com buzzer ou auto-falante
*                   http://squids.com.br/arduino
*
*******************************************************************************/
#include "notas.h" //arquivo com definição de todas as notas anexadas
#define NO_SOUND 0

// Notas que devem ser tocadas disponibilizadas ordenadamente;
int melodia[] ={
  NOTE_C4,NOTE_D4,NOTE_E4,NOTE_F4,NOTE_G4,NOTE_A4,NOTE_B4
};

// Duração das Notas: Semicolcheia:16; Colcheia:8; Semínima: 4; Mínima:2; Semibreve:1
int tempoNotas[] ={
   4,4,4,4,4,4,4
};

const int compasso = 1500; // Altera o compasso da música
const int comprimento = 7; // Número de notas musicais indicado no vetor melodia
const int pinBuzzer = 8; // Indica a porta digital ligada ao buzzer

void setup(){
  pinMode(pinBuzzer, OUTPUT);
}

void loop(){
  for (int Nota = 0; Nota <comprimento; Nota++){//comprimento indica quantas notas tem o nosso vetor.
    int tempo = compasso/tempoNotas[Nota]; //Tempo = compasso dividido pela indicação do vetor tempoNotas.
    tone(pinBuzzer, melodia[Nota],tempo); //Toca a nota indicada pelo vetor melodia durante o tempo.
    // Para distinguir as notas adicionamos um tempo entre elas (tempo da nota + 20%).
    delay(tempo*1.2);
  }
  delay(3000);
} 

2. Obtenha o header file notas.h e coloque na mesma pasta do sketch no IDE do Arduino: DOWNLOAD - notas.h

Atenção: o arquivo notas.h deverá estar na mesma pasta onde está o sketch principal:

3. No IDE do Arduino, faça a verificação e o upload para o microcontrolador.

Atenção: Observe que deverá aparecer uma aba com o header file notas.h, como mostra a figura acima. Para visualizar ou alterar o código no IDE basta clicar sobre a aba notas.h.

4. Exemplos:

Como exemplo de criação de músicas, deixaremos abaixo os códigos dos hinos do Palmeiras e Corinthians: (Os códigos abaixo foram obtidos do tutorial do site Laboratório de Garagem: Como Fazer Hinos dos Times de Futebol de São Paulo com Arduino)

Hino do Palmeiras:  DOWNLOAD -Hino do Palmeiras

Hino do Corinthians:  DOWNLOAD -Hino do Corinthians

Vídeo

Vamos utilizar como exemplo do projeto o hino do Palmeiras. Veja o vídeo abaixo:

Como o projeto deve funcionar

1. Quando você inicia o programa, o sonorizador piezoelétrico irá tocar notas musicais nos tempos definidos no sketch.

2. Se desejar aumentar ou diminuir o volume, basta girar o eixo do potenciômetro para a direita (aumentar) ou para a esquerda (diminuir).

3. Após finalização da melodia, o programa espera 3s para ser reiniciado.

Gerar sons em um dispositivo piezoelétrico

1. Para gerar sons em um dispositivo piezoelétrico, buzzer ou disco, utilizamos a função tone(pin, frequência, duração), onde:

. É gerada uma onda quadrada de cerca de 50% no pino especificado como pin;

. A frequência é dada em hertz (Hz);

. A duração é dada em milisegundos (ms);

. Apenas um tom pode ser gerado por vez.

1.2. Para interromper o som, ou seja, interromper a geração da onda no pino especificado, podemos utilizar a função noTone(pin).

Explicando o Código do Projeto

 1. Primeiro definimos e declaramos as constantes e as variáveis do projeto.

1.1. Observe que utilizamos as constantes e variáveis tipo "int". Veja na tabela abaixo as diferenças nos tipos de constantes e variáveis:

1.2. Através da diretiva #include incluímos o "header file" notas.h para ser compilado junto ao sketch (não utilize ponte e vírgula no final de uma diretiva #include).

1.2.1. A diretiva #include é utilizada para incluir bibliotecas externas em um sketch. Isso dá ao programador acesso a um grande grupo de bibliotecas C padrão (grupos de funções pré definidas) e também bibliotecas específicas para o Arduino. Como exemplo, o nosso header file que criamos denominado notas.h.

1.2.2. O header file notas.h, que você poderá encontrar em Tabela Notas Musicais, irá definir todas as notas musicais em várias escalas. No arquivo encontraremos um conjunto de várias diretivas #define cujo os tokens são as notas musicais com seus valores de frequência correspondentes necessários para gerar o som.

Observação: As letras A, B, C, D, E, F e G são utilizadas para as notas lá, si, dó, ré, mi, fá e sol, respectivamente (fonte: Wikipédia). Por exemplo, C2, frequência de 65 Hz, é o Dó na escala musical 2, e GS1 por exemplo, tem frequência de 52Hz e significa Sol sustenido (S) na escala musical 1.

1.3. Através da diretiva #define, definimos  a constante NO_SOUND como 0 (zero).  Esta constante poderá ser utilizada em qualquer música com uma pausa entre as notas musicais no tempo pré-definido. Veja no exemplos dos hinos do Palmeiras e do Corinthians onde esta constante é utilizada.

1.4. Definimos o array tipo inteiro melodia[] com todas as notas musicais na ordem que deverão ser tocadas. Neste exemplo utilizamos apenas 7 notas musicais na escala intermediária: (NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_G4,  NOTE_A4, NOTE_B4). É importante salientar que as frequências desta notas serão obtidas no arquivo notas.h.

1.5. Definimos o array tipo int tempoNotas[] com os valores relativos aos tempos (ou duração) das notas musicais, definidas como:

Observação importante: O número de elementos do array tempoNotas[] deve ser o mesmo do array melodia[]. Portanto, neste exemplo, os dois arryays devem ter 7 elementos na mesma ordem, ou seja, uma nota musical com um valor relativo à duração da nota musical correspondente. É importante salientar que quando você utilizar a constante NO_SOUND, a mesma deverá se comportar como uma nota musical, devendo ter um valor relativo à duração que irá indicar uma pausa entre as notas musicais com um tempo definido.

1.6. Declaramos a constante tipo inteira compasso como 1500. Este valor poderá ser alterado, fazendo com que a melodia seja tocada de forma mais rápida (<1500) ou mais lenta (>1500).

1.7. Declaramos a constante tipo inteira comprimento como o valor total das notas musicais e tempos definidos nos arrays melodia[] e tempoNotas[]. Neste exemplo o valor da constante comprimento será 7.

1.8. Declaramos a constante tipo inteira pinBuzzer como 8, referindo-se à porta digital 8 do Arduino.

2. Através da estrutura void setup(), definimos:

2.1. Define-se como saída do controlador Arduino (OUTPUT) a porta digital 8 (pinBuzzer), onde deverá estar conectado o potenciômetro ligado terminal positivo do sonorizador piezoelétrico (buzzer).

3. Através da estrutura void loop(), obtemos:

3.1. Criamos um loop de incremento 1, variando de Nota=0 até o Notaonde no nosso projeto, a variável comprimento é 7 (número de notas musicais ocupadas no array melodia).

3.2. Através da expressão int tempo = compasso/tempoNoteas[Nota], definimos a variável local tempo (duração da nota musical) como a constante compasso dividida pelo valor relativo indicado pelo array tempoNotas. Portanto, quanto maior o compasso maior será a duração de cada nota, ou seja, a melodia será executada de forma mais lenta.

3.3. Através da função tone(pinBuzzer, melodia[Nota],tempo) tocamos as notas de acordo com o array melodia[] e a duração da nota musical definida pela variável tempo.

3.4. Através da função delay(temp*1,2) adicionamos mais 20% na duração para distinguir melhor cada nota musical.

3.5. Através da função delay(3000), o programa espera 3 segundos para reiniciar a música.

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