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Carillon 13 cloches avec horloge RTC et DCF.

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Difficulté:

L'idée de réaliser un carillon m’est venue lors de la recherche d'un cadeau original pour noël. Toutes les heures, le carillon peut jouer une petite mélodie, choisie au hasard, dans une liste de plus de 60 morceaux. Tout est paramétrable et suivant les sélections choisies, il peut sonner le quart, la demi-heure, le décompte des heures, la nuit ou rien du tout. En réalisant ce carillon, j’ai beaucoup appris tant sur le plan théorique que pratique. J’espère que vous apprécierez ce déroulé, à travers les différentes photos, marquant les étapes de cette réalisation.

Matériel :

Budget : Non défini

Fichiers :

Etape 1 : Découpe des planches

Les planches sont découpées dans du contreplaqué de 15mm d'épaisseur. Elles font toutes 140mm de large. Il y a 4 planches horizontales de 410mm et 2 verticales de 280mm. Sur la planche du bas, une réservation est prévue pour les éléments électroniques. Des petites cales d'épaisseurs sont collées pour permettre la fixation de l'afficheur et du bouton depuis l'intérieur. Noter le petit tube d'aluminium de 10mm qui servira à l'orientation de l'antenne DCF. Sa fixation est assez simple, un trou de part en part  traversé avec un fil d'acier recourbé qui repose sur une rondelle.

Les rainures  sur les cotés ont été réalisées avec une défonceuse. Et oui il y a une rainure en trop du a un mauvais réglage de la machine.

Etape 2 : Le circuit électronique

De petits électroaimants vont venir frapper les cloches pour produire un son. Le nombre d'entrées /sorties est insuffisant sur une carte UNO pour commander directement les 13 électro-aimants.

J'ai utilisé deux 74HC238 qui sont des 3 to 8 line décodeur démultiplexeur et qui à eux deux forment un 4 to 16 décodeur démultiplexeur.  Une cinquième ligne (Dés/activé) broche 13 met toutes les sorties des 74HC238 à zéro lorsqu'elle est "High". Le programme positionne alors les broches d'adresses pour sélectionner un électroaimant. Puis la ligne (Dés/activé) est mise à l'état "Low" durant 5ms ce qui à pour effet d'activer le transistor ciblé et de donner une impulsion électrique de 12V sur l'électroaimant. Le noyau est projeté vers l'avant et vient frapper la cloche. L'impulsion très courte permet au ressort de rappel de retirer le noyau au contact avec la cloche.

Ce principe ne permet que de jouer une note à la fois. Mais en pratique on peut en jouer plusieurs, elles sont simplement séparées de 5ms l'une de l'autre.

Je n'ai pas réalisé le schéma complet du circuit imprimé. Sur la photo du circuit imprimé on peut voir que j'ai rajouté des condensateurs pour filtrer les alimentations 12 et 5V. Deux résistances de 10K sont placées sur le circuit I2C et + 5V. Il y a le potentiomètre de contraste de l'afficheur. Ainsi que des filtres sur les contacts de l'encoder rotatif. Désolé la photo recto du circuit imprimé est floue.

Etape 3 : Câblage des éléments électroniques

L'afficheur 2x16 caractères, le bouton rotatif encodeur, le module RTC i2c et le module DCF sont reliés au circuit imprimé suivant le mapping suivant:

  Pin 00 Digital (RX) Usb

  Pin 01 Digital (TX) Usb

  Pin 02 Digital     Afficheur RS -

  Pin 03 Digital     Afficheur Led 0 éteint - 8 mini - 255 max

  Pin 04 Digital     Afficheur Enable

  Pin 05 Digital     Afficheur DB4

  Pin 06 Digital     Afficheur DB5

  Pin 07 Digital     Afficheur DB6

  Pin 08 Digital     Afficheur DB7

  Pin 09 Digital     Cloches Adresse 0  74HC238

  Pin 10 Digital     Cloches Adresse 1  74HC238

  Pin 11 Digital     Cloches Adresse 2  74HC238

  Pin 12 Digital     Cloches Adresse 3  74HC238 (6)

  Pin 13 Digital     Cloches Enable bas  74HC238 gère l'impulsion de 5ms des électro

  Pin 14 Analog0  Rotary A

  Pin 15 Analog1  Rotary B

  Pin 16 Analog2  Rotary SW

  Pin 17 Analog3  DCF signal

  Pin 18 Analog4  Horloge RTC SDA

  Pin 19 Analog5  Horloge RTC SCl

Puis tous ces éléments sont fixés dans le petit compartiment technique.

Sur la photo on peut voir que l'antenne DCF peut pivoter sur 180°. On voit également le câble d'alimentation 12v traverser la planche est arrivé au niveau du porte fusible.

A ce stade, il est nécessaire de faire les premiers tests. Charger le programme dans l'arduino Uno . Puis vérifier l'afficheur, le fonctionnement du bouton, l'horloge RTC et le récepteur DCF. Le dernier caractère sur l'afficheur clignote au rythme de la réception des données. Puis retirer le câble USB et alimenter les modules à partir du transfo 12V. Dans le menu réglages il y a une section tests qui permet le réglage de la distance des électroaimants par rapport aux cloches. Prendre un électroaimant, relier un fil sur le +12V, puis avec l'autre tester le fonctionnement de chaque transistor.

Etape 4 : Montage des électroaimants

Deux vis de 3mm sont prévues pour la fixation de l'électro-aimant. J'ai confectionné des plaquettes en aluminium de 3mm d'épaisseur percées de 4 trous oblongs pour permettre un ajustement devant les cloches. Une petite plaquette en caoutchouc de 2 mm d'épaisseur tente de réduire le bruit de fonctionnement.

Lors des essais, j'ai constaté que la frappe est plus efficace lorsque le noyau est déjà avancé à la moitié de sa course. C'est pourquoi j'ai mis 3 rondelles en butée pour avancer le noyau de 5mm. Attention ne pas laisser l'écrou d'origine au bout du noyau, il se desserre avec le temps. Je l'ai remplacé par un écrou nylstop autobloquant. Il ne reste plus qu'à fixer légèrement l'ensemble des 13 électroaimants sur les 3 niveaux et de les précâbler de façon à ce que les fils arrivent largement dans la partie technique.

Etape 5 : Montage des cloches

Impossible de trouver sur internet des cloches sans manche et sans mécanisme. J'ai acheté un jeu de 13 cloches prévues pour l'éducation musicale des enfants. Elles ont un mécanisme à pousser et à secouer. Dommage, j'ai serré le manche dans un étau puis avec une scie à métaux j'ai coupé le manche au sommet de la cloche.

La cloche ne peut être fixée directement sur le bois, elle ne résonne plus. Pour l'isoler du bois j'ai utilisé un passe fils type(8/14/18-1)

Le passe fil est monté sur la cloche et le boulon traverse le passe fil. Puis l'ensemble est fixé sur la planche avec 2 rondelles.

Ceci fait pour les 13 cloches, il suffit de glisser les 3 planches dans leurs rainures comme des tiroirs.

Les fils des électroaimants sont rassemblés sur un connecteur puis raccordés sur le circuit imprimé.

Etape 6 : Le codage des notes

Le premier travail consiste à numéroter la hauteur et la durée des notes sur la partition en se référant à la grille des notes qui couvrent 3 octaves de 1 à 35 et à la grille des durées de 1 à 14 de la quadruple croche à la ronde pointée. Voir la photo en exemple.

Puis j'encode tous ces chiffres dans un tableau Excel. Le tableur me donne ensuite la moyenne des hauteurs de notes du morceau. Cette note moyenne correspond à la cloche moyenne: la numéro 7.Un coefficient est égal à la moyenne des notes - 7. Il suffit de soustraire le coefficient à chaque hauteur de note pour obtenir le numéro de la cloche. Mais il est rare que cela s'arrête la. Bien souvent des numéros de cloches dépassent le 13 ou sont inférieur à 1. J'augmente ou je diminue le coefficient pour voir si il y a moins de numéros qui dépassent. Enfin je décide de décaler ces notes hors limite d'une octave + ou - 12.

La mémoire de l'Arduino est constituée d'octets qui peuvent contenir un nombre de 0 à 255. Pour exploiter l'octet je code le numéro de la cloche sur le demi-octet de poids fort et la durée sur le demi-octet de poids faible.

Le tableur fait cette opération (cloche*16) + durée = codage d'une note. Pour l'instant j'ai encodé une soixante de morceaux ce qui représente 3800 notes. Je copie la colonne résultat que je colle dans un traitement de texte simplement pour remplacer les ^p par des virgule. Puis je copie ce remplacement et je le colle dans le programme arduino.

Etape 7 : La programmation

J'y suis allé pas à pas, module après module. J'ai mis des commentaires, que dire d'autre: Je n'utilise pas les interruptions mais beaucoup de flags. Pour l'analyse DCF, la page wikipédia m'a beaucoup aidé. Autre chose je pensai que le petit Uno serait vite saturé, eh bien non grâce à progmem on peut atteindre les 20 000 notes.

Etape 8 : les réglages et conclusion.

Une fois que tout est assemblé et vissé, il faut procéder aux réglages des électro-aimants par rapport aux cloches. Mettre une protection auditive; Le programme "test" envoie en permanence des impulsions courtes et longues sur la cloche sélectionnée. Déplacer le support de l'électro-aimant vers l'avant ou l'arrière pour que la cloche sonne le mieux possible. Puis serrer les 4 vis, ce n'est pas facile car la hauteur de l'espace ne dépasse pas 5cm.

C'est là que je regrette de n'avoir pas fixé les cloches sur la même planche que son électro-aimant. Cela aurait facilité les réglages même en dehors de l'horloge. Quoiqu'il en soit cela reste une bonne expérience pour moi.

Sur cette video, vous pouvez écouter les mélodies "Douce nuit" et les Amants de St-Jean.

http://www.dailymotion.com/video/x5fo01f_carillon13cloches-2-movie_tech

Quel travail et quel beau tutoriel bien détaillé et passionnant : toutes mes félicitations pour ce travail qui a dû te prendre beaucoup de temps... mais dont le résultat est largement à la hauteur de cet investissement : c'est GE-NI-AL !!!

Merci, pour ce sympathique message.

Bravo l'Artiste!!!

jolie réalisation

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