Escolha dos componentes para a construção de HMI voltado para performance musical

Nesta postagem falarei sobre a escolha dos componentes para a construção do primeiro protótipo de dispositivo de interface humano-máquina (human machine interface, ou HMI) do meu mestrado.

HMIs são equipamentos eletrônicos responsáveis pela coleta, envio e recebimento de dados e comandos entre o usuário e o computador. Eles podem ter aplicação específica, como é o caso do HMI que construí, que possui a função de transmitir (e enviar) informação do músico para o computador durante uma performance musical.

Para o processamento e comunicação entre os sensores e o computador optei pela utilização do Arduino. O Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware aberto, ou seja, um conjunto de equipamentos e componentes intercambiáveis que podem ser utilizados para montar dispositivos eletrônicos para quaisquer necessidades, incluindo o controle de manipulações sonoras em tempo real. Uma grande dificuldade enfrentada na criação de quaisquer dispositivos eletrônicos é a programação do microcontrolador para a realização de determinada tarefa. Tendo a plataforma Arduino um hardware microcontrolador de fácil programação como elemento central e que esta programação pode ser gravada diretamente através de conexão USB presente na própria placa, este processo é simplificado (ARDUINO, homepage. Getting Started with Arduino. Disponível aqui).

Por se tratar de uma plataforma de hardware de código aberto (open-source) podemos encontrar placas e componentes compatíveis com o Arduino e sua programação. Além disso, o ambiente de programação do Arduino é baseado em Wiring e C++, linguagens de programação amplamente difundidas e bem documentadas.

Uma das premissas do meu projeto é manter o HMI o mais simples e o mais barato possível. O Arduino é considerado um microcontrolador de baixo custo, porém mesmo assim temos opções mais econômicas: os clones do Arduino. Optei pelo Freaduino Leonardo R3, um clone do Arduino Leonardo R3 que me oferece as mesmas características do original.

Freaduino Leonardo R3

O modelo Leonardo possui processador ATmega32u4 e tem 20 entradas/saídas digitais, conexão microUSB, botão reset e a possibilidade de emular teclado e mouse.

Como a proposta inicial é controlar quaisquer manipulações durante a performance com o violão e o HMI, optei por utilizar um LCD (JHD162a) de 80 caracteres, além de resistores e cabos para conexão dos sensores.

JHD162a

Os sensores e componentes escolhidos para interação com o músico e o instrumento são:

  • 1 sensor de distância ultra-sônico HC-SR04
  • 1 acelerômetro ADXL345 de 3 eixos
  • 5 interruptores momentâneos modelo SPST (interruptores de uma via de acionamento ativo)

O sensor ultra-sônico será disposto junto ao instrumento para captar gestos voluntários realizados com a mão direita do violonista. Estes sensores captam informação de distância e poderão ser programados para controlar intensidade ou presença/ausência de determinada manipulação sonora.

HC-SR04

O acelerômetro escolhido permite várias funções. Ele será disposto junto ao instrumento e possibilita a leitura de movimentação do violão em 3 eixos (X, Y e Z), além de possuir as funções TAP (detecta uma “pancadinha” ou um toque leve no sensor ou no violão, como um apertar de botão), DOUBLE TAP (similar ao TAP, porém funciona como os “2 cliques” de um mouse) e FREEFALL (detecta “queda livre” do objeto).

ADXL345

O acelerômetro permite leitura de diversas funções de forma independente, proporcionando mapeamentos gestuais complexos e possibilitando a manipulação de diversos eventos sonoros simultaneamente. Mais interessante é poder captar gestos involuntários e secundários do instrumentista.

O resultado desta primeira montagem segue:

Em postagem futura abordarei como viabilizar a comunicação entre o HMI e o Pure Data.