L'ACCORDEUR DE GUITARE AUTOMATIQUE

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1 Arthur MIKOLAJCZYK Donatien RIBES Pierrick VELFRINGER Clement COUVREUR TSSI2 L'ACCORDEUR DE GUITARE AUTOMATIQUE

2 Cahier des Charges Fonctionnelles: Pour la réalisation de notre projet, nous avons un cahier des charges fonctionnelles à respecter qui est le suivant : -Le prototype ne devra accorder qu une seul corde. -Le système doit être autonome en énergie. -Le temps d accords d une corde devra être inférieur à 30 secondes. Il faudra essayer d optimiser cette durée pour le confort de l utilisateur. -Le budget maximal autorisé est 100

3 PARTIE I: MECANIQUE

4 I) Définition du besoin: Notre projet a pour but de permettre un accordage de la guitare en moins de 30secondes. Cela apporte aux guitaristes un gain de temps et une grande précision d'accordage de leur instrument sans efforts, ce qui est difficile pour les novices. L'avantage et l'innovation de ce système est qu'il permettra d'accorder une guitare automatiquement. II) Diagramme FAST: Energie Réglages Partie commande ACCORDER une corde automatiquement Corde désaccordée A 0 Accordeur automatique Corde accordée +Perte d'énergie

5 III) Système et son environnement Faisabilité: Plusieurs systèmes auraient pu être exploité afin d'analyser la fréquence et d'accorder automatiquement la guitare. La première est d'utiliser le signal sortant de la prise jack femelle. Mais du fait de son existence sur le marché, cette solution fut abandonnée. Cette idée ne permet pas, non plus, une adaptation sur les guitares acoustiques n étant généralement pas équipées de prises jack femelles. (Exemple ci-joint) Exemple : String Master (Utilisation : sortie prise jack) La seconde étant d'intégrer directement le système d'accordeur à la guitare, or cette solution était trop couteuse et trop complexe à réaliser. (Exemple ci-joint) Protune 6 (Intégré directement dans la guitare) La troisième était d'intégrer le système d'accordage automatique dans la mécanique (solution trop complexe). Finalement l'utilisation des vibrations de la corde et son analyse grâce à un accordeur chromatique à pince fut retenue. (Exemple ci-joint) Gibson Guitar Robot Tuner (Intégration du système d'accordage dans les mécaniques).

6 III) Système et son environnement Faisabilité: Diagramme Pieuvre: Tête Mécaniques Ergonomie Energie Corde Guitariste

7 IV) Fonctionnement Diagramme FAST : S a v o ir s i la c o rd e s e s t a c c o rd e r A c c o rd e r c o rd e s d e g u i ta re C a p te r le s v ib ra tio n s C a p te u r p in c e s Tra ite r le s ig n a l c a p té A c c o rd e u r Tra ite r le s ig n a l To u rn e r la m é c a n iq u e M ic ro c o n trô le u r (P ic ) M o to re d u c te u r + P in c e s Le Système commence donc par Capter les vibrations émises par la corde qui se propage dans le bois de la guitare et traite ce signal à l aide du composant accordeur. L accordeur ayant traité le signal annonce si la corde est accordée où non et le microcontrôleur, ou pic, traite ce signal. Selon l information envoyée, le microcontrôleur envoie l ordre de faire tourner plus ou moins la pince grâce au programme intégré à l intérieur. L ordre est d abord envoyé au moteur qui commencera à tourner durant le temps de l accordage, et pour un couple plus important au niveau de la pince, un réducteur est installé. La pince tourne à l aide d une liaison encastrement sur l axe du réducteur.

8 V) Principe de fonctionnement : Pour des raisons de faisabilité, nous avons conçu notre accordeur automatique afin qu'il n'accorde qu'une corde : le LA (fréquence de 110Hz). Il serait bien sur possible de créer un système similaire afin d'accorder toutes les cordes et en plusieurs tonalités. Pour les raisons expliquées précédemment, nous avons décidé d'utiliser les vibrations sur le corps de la guitare, de traiter le signal puis de commander le moteur de manière à accorder convenablement la corde. Diagramme FAST: Accorder une corde automatiquement Détecter et traiter l accordage Tourner la mécanique Capter les vibrations Pince à vibrations Analyser le signal Accordeur du commerce Traiter l information PIC Transformer l énergie Moteur Adapter l énergie Réducteur Maintenir la mécanique Pince de maintient Les vibrations sont captées et transformées en un signal électrique par la pince KORG Contact Microphone Pickup CM 100L, le signal est traité par un accordeur traditionnel TEMPOTUNE Chromatic Auto Tuner EX-9500 qui indique l'accordage de la corde par le biais de LED. Nous récupérons le signal émis par ces LED afin de les traiter par notre programme sur le PIC. Ce dernier commande le moteur qui fera tourner la mécanique de la corde grâce à une pince de maintient usinée sur mesures.

9 VI) Conception: -Moteur: Pour le moteur, nous avons tout d'abord mesuré la force nécessaire pour tourner la mécanique en utilisant un dynamomètre. Nous avons utilisé un motoréducteur déjà disponible au lycée car il convenait. Il s'agit d'un motoréducteur MDP RC170 12V. Vitesse nominale : 2525 tr/min Couple nominal : 0,0084 Nm Le réducteur est composé de 4 étages d'engrenages avec un rapport de réduction total de R = 25 Vitesse de sortie : 101 tr/min Couple de sortie : 0,21 Nm La vitesse obtenue en sortie du motoréducteur étant encore bien trop élevée et la tension d'alimentation trop importante, nous utiliserons le moteur alimenté en 5V, La vitesse sera ainsi diminuée et utilisable pour notre système. Le boitier est constitué de plaques de plexiglas découpées et collées, renforcées par des tasseaux. Nous avons opté pour une solution démontable (vis) afin de changer la pile (1 pile 9V).

10 PARTIE II: ELECTRONIQUE

11 I) Analyse du besoin. Le MWB Tuner, accordeur de guitare automatique mécanisé, permet d accorder une guitare simplement en grattant une corde. A l aide d un accordeur à LED et une pince à détection de vibrations, nous allons adapter un système permettant d analyser l information recueillie par l accordeur grâce à la pince pour ensuite la traiter et envoyer un signal à un moteur pour qu il tourne une des clé d accordage de la guitare. Nous disposons donc d un accordeur et de sa pince alimentés en 9V, et d un moteur alimenté en 5V. Pour l analyse de l information nous utilisons un microcontrôleur 16F690 alimenté en 5V. Nous utiliserons donc une pile 9V pour l accordeur qui fournira aussi 5V au microcontrôleur grâce a un régulateur de tension. II) Principaux composants utilisés. Régulateur en tension 5V (7805): Permet d adapter un courant 9V en un courant 5V. Microcontrôleur 16F690: Permettant d analyser l information émise par l accordeur et d envoyer un signal au moteur via le pont en H. Circuit intégré de pont en H MOSFET IRF9952: Permet d adapter le courant afin que le moteur tourne dans un sens ou dans un autre.

12 III) Le circuit intégré de pont en H. Le pont en H est un système permettant, lorsqu il est relié a un moteur de faire varier le sens de rotation de celui-ci. Chaque circuit intégré est composé de 4 transistors de type MOSFET, afin d obtenir le résultat souhaité, nous aurons besoin de 2 circuits intégrés soient 4 transistors. Un transistor MOSFET à canal N fonctionne sur un régime de saturation ou de blocage. Lorsque la tension entre la source S et la grille G (VGS) est supérieure ou équivalent a la tension au drain D, alors le transistor est dit saturé et fourni de l électricité en sortie. En revanche si la tension VGS=0V alors le transistor est dit bloqué et il ne délivre aucun courant. Le principe de transistor MOSFET à canal P est similaire hormis que lorsque la tension VGS= 0V le transistor cette fois est en saturation et délivre une tension au système et lorsque VGS à une tension égale au drain il est bloqué et ne délivre plus de courant. De ce fait voila ce que nous avons dans notre IRF9952: Et dans notre système avec 4 transistors:

13 IV) Le régulateur de tension Le régulateur de tension 5V 7805 est un composant sous forme d un circuit intégré a 3 broches, il est utile pour passer d une tension supérieure à celle désirée à une tension désirée (ici de 9V à 5V). Il est aussi de brancher un condensateur en série afin de servir de réservoir d énergie, de filtre et de découpleur (diminution des composantes alternatives des tensions d'entrée et de sortie). Nous avons donc:

14 V) Montage électrique entier.

15 VI) Pic 16F690: A) choix du pic : Notre accordeur automatique devait pouvoir faire tourner la mécanique de la guitare en fonction de la note mesuré par l'accordeur. Nous avons donc acheté un accordeur déjà existant et nous avons réfléchit à une solution pour traiter l'information mesurée par celui-ci. L'accordeur utilisant des diodes pour partager à l'utilisateur sa mesure, nous avons pu nous relier à celles-ci et créer un programme. L'accordeur comporte 15 diodes : 12 représentant chacune une note et 3 pour une précision de l'accordage plus précise. Ne nous occupant que de la corde La (A) seules 8 diodes notes nous intéressent et pour une plus grande précision nous avons utilisé 2 diodes sur les 3 diodes de précision, l'une étant inutile. Nous avons donc à traiter au total 10 diodes. Nous avons donc regardé les pic que le lycée possédait et nous avons demandé le plus adapté. C'est à dire un 16F690. B) Branchement : 1. Entrées : Le Port A est utilisé pour les diodes précision. La diode # est donc relié au Bit RA0 et la diode b au Bit RA1. Le Port C, lui, est utilisé pour les diodes notes. Les diodes sont donc relié ainsi avec leur Bit correspondant : diode C avec Bit RC0, diode B avec Bit RC1, diode A# avec Bit RC2, diode A avec Bit RC3, diode Ab avec Bit RC4, diode G avec Bit RC5, diode F# avec Bit RC6 et la diode F avec Bit RC7. L'alimentation passe par les Ports VDD et VSS 2. Sorties : Le Port B est utilisé pour les sortie du pic. Les Bit RB4 et RB5 sont reliés au pont en H qui est lui même relié au moteur. # b G A Ab F# F C B A# Sorties

16 VII) Programme: Notre accordeur automatique doit pouvoir traiter l'information envoyé par l'accordeur, par l'intermédiaire des diodes, afin de faire tourner le moteur dans un sens ou dans un autre à une vitesse plus ou moins rapide. A) Sens de rotation du moteur: 1) Fonction : Tout d'abord le programme va traiter les données envoyées au Port C, les diodes notes. Selon la note jouée par la guitare, une certaine diode va s'allumer, le programme doit donc savoir quelle diode est allumée. Un test de toute les entrées est donc fait. Si une entrées autre que le Bit RC4 (A) est positive alors le moteur va tourner dans un certain sens : sens des aiguilles du montre pour les notes plus aigües que le La (diodes A#, B et C) et sens contraire pour les notes plus graves (diodes Ab, G, F# et G). En faisant tourner les mécaniques, la diodes A devrait finir par s'allumer et alors le programme arrêtera de traiter les informations reçus au Port C et traitera les informations du Port A. Un nouveau test se fera sur les deux Bits. Si la diode # s'allume alors le moteur tournera dans le sens horaire et inversement pour la diode b. seulement le système étant très sensible un test est réalisé sur les deux Bits du Port A régulièrement. Pour finir un dernier test du système est réalisé pour vérifié que la diode A est allumé et que les deux diodes précision sont éteinte. Si le test est positif alors la corde est accordé et le système arrête de fonctionner mais si il est négatif, alors le système redémarre du début. 2) Programmation : Le programme va tout d'abord vérifier chaque porte et selon la diode allumé le programme doit faire tourner le moteur dans un sens ou dans un autre. Pour cela nous avons créé une boucle qui activera un macro tant que la diode allumé restera dans cet état. Boucle: : Macro:

17 VII) Programme Une fois les diodes note vérifiées, analysées et l'action effectuée, la diode A (La) devrait être allumé, l'accordeur analyse alors les informations envoyées par les diodes précision. La même manipulation est faite. Pour une sureté de l'accordage le programme va faire une dernière vérification que la diode A est allumée. Pour vérifier cela nous avons utilisé une condition. Si A=1 (allumée) alors le système s'arrête mais si A=0 (éteinte) alors un point de jonction nous renvoi au début du programme. Pour renvoyer au début du programme nous avons utilisé un point de jonction. Fin programme Début programme B) Vitesse de rotation du moteur: 1) Fonction : Pour un accordage plus rapide et une plus grande précision le moteur tournera à une vitesse plus ou moins rapide selon la diode allumée. Pour modifier les vitesse un signal périodique est créé, plus le rapport cyclique de celui-ci est élevé plus la vitesse de rotation du moteur est grande. C'est pourquoi nous avons du tester plusieurs rapports cycliques affin de choisir les plus adaptés, sachant que nous ne pouvons mettre le même rapport cyclique pour faire le moteur dans un sens ou dans l'autre a la même vitesse. Il y a une résistance pour tendre la corde le rapport cyclique doit être donc plus grand pour tendre la corde (sens aigu) que pour la détendre (sens grave) Le moteur tournera à sa vitesse rapide pour les entrées du Ports B et à sa vitesse lente pour celle du Port A.

18 VII) Programme 2) Programmation : Deux pourraient suffire pour le sens de rotation mais nous en avons créé quatre pour pouvoir aussi gérer la vitesse de rotation. Pour rentrer les rapports cyclique nous avons créé un signal à partir du temps de l'état haut et de l'état bas. Vitesse rapide sens grave (État haut :440µs ; état bas :540µs) Vitesse rapide sens aigu (État haut :800µs ; état bas :200µs),

19 VII) Programme Vitesse lente sens aigu (État haut :750µs ; état bas :250µs) Vitesse lente sens grave (État haut :320µs ; état bas :660µs)

20 CONCLUSION Notre accordeur de guitare automatique est finalement opérationnel. Les conditions imposées par le cahier des charges ont été respectées. Nous sommes particulièrement fiers d'avoir réussi a réaliser ce système qui est une innovation technologique.

21 FICHES DE SYNTHESE INDIVIDUELLES

22 Clement COUVREUR Dans le projet d'accordeur de guitare automatique nous avons tous participé à choisir le type d'accordeur que nous allions utilisé. Une fois la problématique posée et la solution choisie, j'ai cherché un accordeur correspondant a nos attentes sur internet, pendant que Mr Ribes et Mr Velfringer cherchaient le moteur approprié. Une foi l'accordeur choisi et commandé j'ai commencé à réfléchir au programme que je devrais créé et comment l'utiliser, étant chargé de la partie programmation. J'ai donc compté le nombre d'entrées et de sorties nécessaires pour choisir le microcontrôleur que nous devrons utiliser. Pour finir nous avons pris un PIC 16F690. Je me suis donc lancé dans la programmation d'un PIC 16F690. J'ai essayé plusieurs possibilités pour vérifier chaque entrée et réagir en fonction de l'entrée allumée. La possibilité d'utiliser une condition était possible mais j'ai finalement utilisé une boucle qui ne fonctionne que lorsque la diode note est allumée. Pour faire réagir le système j'ai utilisé des macros. J'ai créé quatre macros chacun envoyant des signaux périodiques différents, dans un sens ou dans un autre pour faire tourner le moteur dans le bon sens. Une fois le programme réalisé je l'ai testé sur une carte d'essai. Le test s'est avéré positif, je suis donc allé aider à faire la partie électricité. J'ai relié le PIC 16F690 à l'accordeur et au reste du montage où j'ai aidé à finir les soudures. J'ai eu plaisir à mener à bien ce projet. Cela m'a aussi permis de voir que le travail en groupe n'est pas toujours une chose facile et que l'investissement de chacun est différent. Il a fallu apprendre à motiver et négocier avec les autres membres du groupe, c'est une vraie approche du monde du travail.

23 Pierrick VELFRINGER Mon travail a consisté à trouver la solution technique mécanique permettant de mettre en mouvement la mécanique de guitare ainsi que de produire le prototype en optimisant le coût de fabrication et l encombrement. Après avoir opté pour un boîtier unique relié à la pince capteur et comprenant la pince de maintient, nous avons chercher les emplacements optimaux des composants de l accordeur afin qu il soit le plus petit possible et qu il tienne en main. Nous avons ainsi scié puis assemblé des plaques de PVC en utilisant de la colle (renforcée par des tasseaux collés). Puis vissé le motoréducteur et le support pour la pile ainsi que la partie démontable du boîtier. Pour la pince de maintient, j ai effectué des mesures sur plusieurs mécaniques de différentes guitares puis j ai conçu la pince afin qu elle soit adaptée à la majorité des guitares. La mise en plan de cette modélisation a ensuite servi à usiner sur mesure cette pièce particulière.

24 Donatien RIBES J ai commencé la projet en faisant une analyse fonctionnel du système envisagé afin de définir le besoin, réfléchir au critère du cahier des charges fonctionnel et optimiser les coûts de fabrication de l objet. Nous avons aussi cherché quelles solutions existaient et comment permettre à l objet d être innovant. Nous avons ensuite cherché en quelle matière nous allions faire notre boitier. Le Pvc fut pour des caractéristiques de poids, de maniabilité et de solidité la meilleure solution envisageable avec nos moyens J ai aussi pour ma part, travaillé sur la réalisation du boitier en partenariat avec Pierrick. Nous avons donc cherché à optimiser la taille de l objet en recherchant la meilleure possibilité de positionnement à des composants électronique et mécanique. Nous avons donc créé le boitier et la mise en place des composants à l intérieur du système.

25 Arthur MIKOLAJCZYK Au cours de toutes ses séances de travail autour du PPE, j'ai pu apprendre à travailler en coopération avec le reste de l'équipe. De plus en me spécialisant dans la partie électronique j'ai pu approfondir mes connaissances dans ce domaine. La conception de la carte électronique avec le câblage du pont en H et du PIC fut très passionnant. De plus l'idée d'un accordeur automatique été en premier une idée personnelle donc de voir ce projet se réaliser était très gratifiant. La musique étant une passion commune pour nous 4, ceci a facilité notre compréhension entre nous et le travail à se partager suivant les aptitudes de chacun. Je me suis donc plus occupé de mettre le projet a l'écrit pour définir mes idées en les confrontant aux autres, puis ensuite, lors de la distribution des différentes parties j'ai choisi avec Clément la partie électronique du PPE, ce qui consistait a choisir les composants et les assembler sur la carte pour ensuite le relier au travail effectué sur le PIC programmé par Clément et au travail mécanique effectué par Pierrick et Donatien. Puis ensuite pour la présentation je me suis occupé du diaporama pour la présentation du 11 mai 2011.