玩轉(zhuǎn)開源數(shù)字樂器克拉沃克斯

描述

一種新型儀器

Kravox 是隆德大學(xué)（瑞典）的一個(gè)研究項(xiàng)目的一部分，旨在為數(shù)字樂器控制器提供傳統(tǒng)機(jī)械樂器的感覺。

現(xiàn)在，每個(gè)人都可以使用 Kravox 并作為一個(gè)音樂實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，因此創(chuàng)建了這個(gè)詳細(xì)的教程，以使盡可能多的人能夠使用這個(gè)令人興奮的新樂器！

如何玩克拉沃克斯

玩 Kravox 非常簡(jiǎn)單。想象一下，您正在玩??掃帚等普通物體，您在空間中觸摸和移動(dòng)它的方式控制著聲音的產(chǎn)生方式。在此視頻中查看并聆聽如何播放 Kravox 。

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什么是克拉沃斯？

Kravox 是一種跨平臺(tái)兼容的開源數(shù)字樂器，由三個(gè)組件組成——控制器、接收器和軟件。

控制器/秒

最多可以連接三個(gè)無線控制器設(shè)備。每個(gè)控制器處理來自數(shù)字 MPU-6050 陀螺儀的方向和加速度數(shù)據(jù)以及來自連接到 Arduino Nano 的兩個(gè) MPR121 觸摸傳感器板的觸摸數(shù)據(jù)。控制器通過 nRF24L01 無線電收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收器設(shè)備。

如果要使用多個(gè)控制器，則需要為第二個(gè)和第三個(gè)控制器分配單獨(dú)的地址。有關(guān)分配地址的更多信息，請(qǐng)參閱控制器代碼的聲明/NRF24L01 部分中的信息。

接收者

接收器通過 USB 將從控制器接收到的數(shù)據(jù)與從多個(gè)電位器收集的數(shù)據(jù)一起傳送到連接的計(jì)算機(jī)。提供的接收器設(shè)備代碼允許與多達(dá)三個(gè)控制器進(jìn)行通信，但也可以僅與一兩個(gè)控制器一起使用而無需調(diào)整。

軟件

來自接收器的數(shù)據(jù)在一個(gè)用Pure Data Vanilla編寫的程序中處理，該程序輸出聲音。

我們將在本教程中構(gòu)建的內(nèi)容 - 分步指南

Kravox 的美妙之處在于它的形狀、聲音和演奏方式都可以調(diào)整。這讓我有機(jī)會(huì)為本教程設(shè)計(jì)一個(gè)易于復(fù)制的 Kravox 版本。

（如果您好奇：在我的 youtube 頻道上，您還可以找到我如何制作更大版本的 Kravox 的延時(shí)攝影）

上面的視頻和本教程都將向您展示如何使用易于獲得的電子元件和紙板構(gòu)建功能齊全的控制器和接收器的所有必要步驟。

第 1 部分 – 收集組件和工具

您將需要以下組件來構(gòu)建 Kravox 控制器 + 接收站：

{1x} 50*24 孔（最小尺寸）穿孔板，{5x} 40 針母頭，{5x} 40 針公頭，{5x} 10 千歐電位器和旋鈕，{3x} 藍(lán)色 5mm 標(biāo)準(zhǔn)LED，{3x} 150 歐姆電阻器，{2x} 10 微法拉電容器，{2x} 100 納法拉電容器，{2x} NRF24L01 無線電收發(fā)器，{2x} Arduino nanos，{3x} 220 歐姆電阻器，{2x} MPR121 觸摸傳感器板、{1x} GY-521 MPU 6050 數(shù)字陀螺儀、{2x} USB-A 到 USB-C 電纜、{1x} 4 米（最?。? 厘米寬的銅帶、{1x} 移動(dòng)電源、{2x } 7 米（最?。┒喾N顏色的電線和可選的 {1x} 0、2 米 ?=3mm 收縮管。

此外，您需要工具來組裝組件：

后來還有一些空紙板箱或類似物品：

和膠水、膠槍、膠帶、一個(gè)或多個(gè)夾子和橡皮筋來制作外殼：

第 2 部分 - 制作控制器板

接下來我將從上面提到的部分逐步解釋如何制作控制器電子設(shè)備

如果有疑問，在哪里焊接電纜，您可以隨時(shí)返回下面的電路圖并檢查組件是否連接正確，一旦您將 arduino 和傳感器板連接到我們正在創(chuàng)建的電路板上。

2.1

第一步是將穿孔板和母排針切割成合適的尺寸，并用一個(gè)小電容器和一個(gè)大電容器將它們組裝在一起，這有助于提高無線電收發(fā)器的可靠性：

用美工刀切割穿孔板：

用鋼鋸切割母針頭（我把它們放在書本上，以便從桌面上調(diào)平）：

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焊接在零件中。您已經(jīng)可以連接彼此相鄰的兩個(gè)長(zhǎng)母頭的每個(gè)引腳對(duì)。對(duì)于剩余的接頭，只需用一點(diǎn)焊料簡(jiǎn)單地連接它們就足夠了——最好是根據(jù)電路圖以后無論如何都沒有連接的引腳。焊接電容時(shí)，注意10微法拉電解電容的極性（兩者中較大的一個(gè)）。一側(cè)會(huì)有條紋，通常還有一條較短的腿。那一側(cè)需要接地。較小的 100nano-farad-capacitor 沒有極化，可以以任何一種方式焊接。

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結(jié)果應(yīng)該類似于：

2.2

第二步是用限流電阻焊接兩個(gè) LED。

注意LED的極性：它的一側(cè)是扁平的，通常也會(huì)有一個(gè)較短的腿。該側(cè)需要在步驟 2.3 中接地。我們現(xiàn)在將用青色電纜將另一端連接到插孔，Arduino 插針 D3 稍后將在插入時(shí)位于該插孔：

2.3

接下來我們添加所有紅色和藍(lán)色電源線。紅色用于 3.3 伏，藍(lán)色用于接地 (GND)

結(jié)果應(yīng)該類似于：

2.4

在第四步中，棋盤上已經(jīng)有點(diǎn)擁擠了。三個(gè)傳感器板通過 I2C 協(xié)議（內(nèi)部集成電路）進(jìn)行通信。這意味著它們都可以連接到相同的兩個(gè) Arduino 引腳，因此我們?cè)谒鼈兣c Arduino 引腳 A4 和 A5 之間焊接黃色和綠色電纜。我們還為陀螺儀的中斷引腳連接添加了一條白色電纜。

完成后，電路板如下所示：

2.5

無線電收發(fā)器通過 SPI 協(xié)議（串行外圍接口）進(jìn)行通信，這需要比 I2C 更多的連接，因此我們添加了黑色、灰色、棕色、紫色和橙色電纜：

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這就是你將得到的：

2.6

現(xiàn)在是準(zhǔn)備組件的時(shí)候了。

如果沒有預(yù)先焊接，除了在公排針上焊接外，還要特別注意觸摸傳感器板！來自中國的便宜型號(hào)的地址引腳硬連線到地，中間沒有下拉電阻，所以你需要用美工刀物理地切斷電路板底部的這個(gè)連接。在寫入 ADD 的位置旁邊的兩個(gè)焊盤之間切割。我建議使用萬用表檢查之后焊盤之間是否沒有連接：

當(dāng)所有組件的排針都焊接好并準(zhǔn)備好觸摸傳感器板后，您可以將 Arduino Nano、陀螺儀、兩個(gè)觸摸傳感器板和無線電收發(fā)器插入控制器板：

（也許）完成的控制器板：

2.7

仔細(xì)檢查后，如果一切都連接正確，下一步是將提供的 Kravox-Controller 代碼（見附件）上傳到 Arduino nano，但在這樣做之前，您需要安裝陀螺儀庫，觸摸傳感器板和無線電收發(fā)器。如果您不熟悉 Arduino 庫，請(qǐng)?jiān)诖颂?/font>了解如何安裝它們。

• MPU-6050 陀螺儀需要 Jeff Rowberg 的庫“I2Cdev.h”和“MPU6050_6Axis_MotionApps20.h”，可在此處下載。
• MPR121 觸摸傳感器板需要 Bare Conductive 的“MPR121.h”庫，可在此處找到。該庫至少存在兩個(gè)版本。確保安裝 Bare Conductive 開發(fā)的版本，而不是 Adafruit 開發(fā)的版本。
• NRF24L01 無線電收發(fā)器板需要 TMRh20 的庫“nRF24L01.h”和“RF24.h”，可在此處下載。請(qǐng)注意：至少還存在兩個(gè)同名的庫版本。確保安裝由 TMRh20 開發(fā)的，而不是 maniacbug 開發(fā)的。

一旦安裝了庫，您就可以上傳 Kravox-Controller 代碼。如果您已經(jīng)想檢查控制器是否正常工作，您可以讓它通過串行監(jiān)視器從觸摸傳感器和陀螺儀輸出數(shù)據(jù)。為此，您需要在上傳之前取消注釋接收器代碼的最后一部分：

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通過刪除開頭 ( /* ) 和結(jié)尾 ( */ ) 的注釋標(biāo)記，代碼如下所示：

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上傳具有該變體的代碼后，打開串行監(jiān)視器，并將其設(shè)置為 115200 的波特率（數(shù)據(jù)傳輸速度）?，F(xiàn)在您應(yīng)該能夠看到來自傳感器的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在您移動(dòng)控制器板并觸摸引腳時(shí)發(fā)生變化標(biāo)記為 0 到 11 的 MPR121 板。

如果沒有任何效果或者您只得到零，請(qǐng)仔細(xì)檢查您的接線并將其與上面的電路圖進(jìn)行比較。如果您從串行監(jiān)視器得到有趣的輸出，請(qǐng)檢查您是否已將其設(shè)置為正確的波特率。

2.8

將您的控制器板連接到您要使用的移動(dòng)電源。

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如果電路板（或更準(zhǔn)確地說是移動(dòng)電源）在一段時(shí)間后沒有自動(dòng)關(guān)閉，則您的控制器板已完成，您可以繼續(xù)進(jìn)行第 3 部分！否則執(zhí)行步驟 2.9

2.9

原則上控制板已經(jīng)完成，但是一些移動(dòng)電源在連接到控制板幾秒鐘后會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，因?yàn)樗牡哪芰糠浅Ｉ?/font>

作為一個(gè)骯臟的修復(fù)，我們可以在 Arduino 的 5V 和 GND 引腳之間并聯(lián)三個(gè) 220 歐姆電阻。這些電阻器會(huì)消耗額外的能量并將其轉(zhuǎn)化為熱量，因此控制器消耗的電量足以讓移動(dòng)電源保持開啟狀態(tài)。不用擔(dān)心：即使使用小型移動(dòng)電源，它仍然可以連續(xù)工作數(shù)天而無需充電

移除 Arduino Nano 并焊接在電阻器中，如下所示：

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所以董事會(huì)看起來像這樣：

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在重新連接組件后，（肯定）完成的控制器板看起來像這樣：

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第 3 部分 - 制作接收板

在本教程的這一部分中，我將向您展示如何制作接收器板。該過程與制作控制器板非常相似

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如果您想檢查某條電纜應(yīng)該連接在哪里，您可以參考此電路圖：

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3.1

第一步是再次切割穿孔板和母排針的尺寸，并將它們與一個(gè)小的和一個(gè)大的電容器組裝在一起，這有助于提高無線電收發(fā)器的可靠性。最低的母排針故意留得比必要的長(zhǎng)，因此您可以稍后將其用于其他項(xiàng)目，例如 Arduino 顆粒合成器。您可以將此步驟與步驟 2.1 進(jìn)行比較以獲取更多信息

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步驟 3.1 結(jié)束時(shí)的電路板照片：

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3.2

接下來我們添加所有紅色和藍(lán)色電源線。紅色用于 3.3 伏，藍(lán)色用于接地 (GND)

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它應(yīng)該是這樣的：

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3.3

焊接 SPI 通信的電纜：

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3.4

連接組件：

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接收器板現(xiàn)在已經(jīng)完成，但是在我們將附件中的 Kravox-Receiver 代碼上傳到 Arduino Nano 之前，我們首先需要為接收器創(chuàng)建一個(gè)接口

第 4 部分 - 制作接收器接口

在本教程的這一部分中，我將向您展示如何使用 4 個(gè)電位器和一個(gè) LED 為接收器制作接口。接口接線如下：

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并將像這樣插入接收器板：

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像這樣進(jìn)行：首先取一根由 8 根電纜組成的電纜束，并將其中的 5 根焊接到電位器的中間引腳上。最好使用相同的顏色以免混淆：

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接下來，切割一個(gè) 2 * 17 孔寬的穿孔板和一個(gè) 17 針公針頭到尺寸

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將電纜和排針連接到板上。請(qǐng)注意上面的電路圖，以確保將電纜連接在正確的位置

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現(xiàn)在用藍(lán)色接地電纜連接所有電位器的一側(cè)（并且可能使用比我稍長(zhǎng)的電纜）。還要添加帶有限流 150 歐姆電阻的藍(lán)色 LED。再次注意 LED 的極性（與步驟 2.2 相比）

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接下來用綠色的 5V 連接電纜連接所有電位器的另一側(cè)（并且可能使用比我稍長(zhǎng)的電纜）。

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完成的界面應(yīng)該類似于這個(gè)......

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...并且可以像這樣插入接收器板：

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現(xiàn)在您還可以將 Kravox 接收器代碼上傳到接收器的 Arduino Nano。

如果您想查看它是否正在工作并從控制器接收數(shù)據(jù)，您再次需要在上傳之前對(duì)代碼進(jìn)行輕微調(diào)整。默認(rèn)情況下，接收器將以純數(shù)據(jù)可以解釋的格式輸出其數(shù)據(jù)，但不會(huì)在串行監(jiān)視器上顯示有用的信息。但是，您可以通過注釋（在前面添加 //）以下行來更改代碼中的這種行為：

#define WRITE_AS_BYTES

并取消注釋（刪除前面的//）說：

// #define PRINT_VIA_SERIAL_MONITOR

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所以你把這個(gè)：

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進(jìn)入：

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上傳更改后的代碼后，您將能夠看到來自控制器的數(shù)據(jù)和串行監(jiān)視器上的 4 個(gè)電位器，正如我在此視頻中演示的那樣：

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第 5 部分 - 制作控制器接口 + 外殼

與接收器一樣，控制器也有一個(gè)界面——我們將使用銅帶制作的觸摸界面：

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它將像這樣連接到控制器板：

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由于我們直接希望將觸摸界面連接到控制器的外殼，因此您手頭應(yīng)該已經(jīng)準(zhǔn)備好制作外殼的（非導(dǎo)電）材料。我用了裝保鮮膜和塑料袋的空盒子：

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通過標(biāo)記要連接觸摸電極的位置開始制作控制器界面。請(qǐng)注意，它們不得相互接觸或重疊：

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接下來，將 24 個(gè)銅電極切割成合適的尺寸……

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...并將它們連接到外殼：

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現(xiàn)在我們可以制作插頭了。為此，切割一個(gè) 2 * 24 孔寬的穿孔板和一個(gè) 24 針公頭以調(diào)整尺寸并將 24 根電纜焊接到其上。中間的電纜應(yīng)至少有 10 厘米長(zhǎng)。在外部添加電極的寬度以及每根電纜之間的間距。例如，如果您使用 1 厘米寬的銅帶并在電極之間留出 3 毫米，則電纜長(zhǎng)度應(yīng)增加 1.3 厘米，例如 10 / 11.3 / 12.6 / 13.9 / 15.2...

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并將電纜的另一端焊接到電極上，如下所示：

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通過用非導(dǎo)電膠帶覆蓋銅表面來完成接口：

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接下來將接口折疊成一個(gè)盒子并粘上它：

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將一個(gè)較小的盒子粘到我們?cè)谏弦徊街兄谱鞯暮凶由稀?/font>稍后它將包含移動(dòng)電源：

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用一些剩余的紙板或其他稍厚的非導(dǎo)電材料覆蓋控制器板的背面：

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為 LED 切出孔并將它們和移動(dòng)電源（圖中的黃色物體）粘合到位。確保以您仍然可以插入和移除 USB 電纜的方式放置移動(dòng)電源，因?yàn)檫@是您打開和關(guān)閉控制器的方式。還將觸摸界面連接到控制器板并將其放入盒子中。它很可能不會(huì)移動(dòng)太多，所以你不需要把它粘進(jìn)去。

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在兩個(gè)盒子的連接處為 USB-A 到 USB-C 電纜做一個(gè)切口，將其拉過并將其連接到 Arduino Nano：

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現(xiàn)在控制器完成了！

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您可以用一些橡皮筋將其關(guān)閉。如果以后在沒有觸摸時(shí)傳感器識(shí)別觸摸有問題，請(qǐng)嘗試在觸摸感應(yīng)外殼和電路板之間放置一些非導(dǎo)電材料，如保鮮膜或類似的東西，以及彎曲的電纜。當(dāng)外殼的觸摸敏感部分不接觸您的手或其他任何東西時(shí)，請(qǐng)確保連接移動(dòng)電源。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱第 7 部分。

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第 6 部分 - 制作接收器外殼

在第六部分中，我們還將為接收器制作一個(gè)外殼。您將需要另一個(gè)紙板箱（我之前選擇了一個(gè)包含藍(lán)牙收發(fā)器的紙板箱——合適吧？）和一些用于電位計(jì)的旋鈕

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首先為電位器 LED 切出一些圓形孔。還要在要將 USB 電纜連接到 Arduino Nano 的位置切出一個(gè)切口

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將接收器板粘進(jìn)去。確保 Arduino Nano 的 USB-C 插孔與您在上一步中為電纜連接切出的孔對(duì)齊。

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接下來粘上 LED 并擰入所有電位器。如何放入它們的順序與上面的電路圖相同：

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現(xiàn)在你只需要連接旋鈕....

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...接收器完成了！

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第 7 部分 – 將接收器連接到純數(shù)據(jù)

現(xiàn)在所有硬件都完成了，是時(shí)候用它播放一些音樂了！為此，您需要可以將硬件連接到的軟件。對(duì)于 Kravox，該軟件是 Pure Data Vanilla，您可以在此處免費(fèi)下載

將 Pure Data 安裝到您的計(jì)算機(jī)后，啟動(dòng)它并打開附件中的 Kravox.pd 文件。請(qǐng)注意，它需要保存在您的計(jì)算機(jī)上與它隨附的drumsamples 文件夾相同的位置 - 否則 Pure Data 無法找到樣本

一旦 Kravox.pd 軟件界面打開，尋找一個(gè)藍(lán)色信息框并安裝框中列出的四個(gè)所謂的外部。安裝它們很簡(jiǎn)單：只需單擊 Pure Data 菜單中的“幫助”，選擇“在 Internet 上查找其他對(duì)象”（可能措辭略有不同），搜索“comport”、“zexy”、“freeverb”和“arraysize” "一一安裝最新版本。現(xiàn)在標(biāo)記為 comport、repack、freeverb 和 arraysize 的四個(gè)對(duì)象應(yīng)該有一個(gè)實(shí)心輪廓，如下圖所示。您可能需要為此重新啟動(dòng) Pure Data

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安裝必要的外部設(shè)備后，您可以通過 USB 連接接收盒。如果您更改了第 4 部分中的代碼以將接收器與 Arduino 串行監(jiān)視器一起使用，您需要先撤消此更改并將原始代碼上傳到接收器的 Arduino Nano，然后再連接并關(guān)閉 Arduino 串行監(jiān)視器，因此接收器不會(huì)忙于嘗試和它說話。

現(xiàn)在看看 Pure Data 的日志/信息窗口。如果您看到一個(gè)快速更新的數(shù)據(jù)流，這很好，因?yàn)檫@意味著純數(shù)據(jù)已經(jīng)找到了接收者，但很可能它會(huì)向您顯示一條紅色消息，如下所示，每隔一段時(shí)間刷新一次：

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紅色消息可能有點(diǎn)不同，但結(jié)果是一樣的：Pure Data 尚未成功連接到您的接收器。那是因?yàn)樾枰嬖V程序，要監(jiān)聽哪個(gè) USB 端口。不過，USB 端口有時(shí)有點(diǎn)有趣：在 2014 年的 macbook Pro 上，Pure Data 將兩個(gè) USB 端口識(shí)別為串行端口 3，無論您將接收器連接到哪個(gè)。在米蘭，我將 Kravox 與只有一個(gè)工作 USB 端口的聯(lián)想瑜伽墊一起使用，需要作為串行端口 6 聯(lián)系，最近將其安裝到另一臺(tái)帶有兩個(gè) USB 端口的 Windows 筆記本電腦上，希望作為串行端口進(jìn)行尋址8 和 9...所以我的建議只是嘗試使用您的 USB 端口的數(shù)字。為此，我創(chuàng)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)話框作為 Kravox.pd 界面的一部分，您可以在其中單擊數(shù)字，直到其中一個(gè)有效。您還可以嘗試“顯示可用端口”和“顯示連接的 USB 設(shè)備”按鈕 - 有時(shí)，但不經(jīng)常提供有用的信息。但是，您需要一段時(shí)間才能在信息窗口中獲得響應(yīng)。

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當(dāng)信息窗口顯示像這樣快速更新的數(shù)據(jù)流時(shí)，您會(huì)注意到您找到了正確的端口號(hào)并且已建立連接：

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到目前為止非常好！單擊保存，Pure Data 將在下次自動(dòng)打開時(shí)嘗試連接到此端口。

但是，我們?nèi)匀恍枰蜷_控制器。如果您在步驟 2.7 中取消注釋 Kravox 控制器代碼的最后一部分以將控制器連接到串行監(jiān)視器，您現(xiàn)在應(yīng)該再次上傳原始版本。

將控制器板連接到移動(dòng)電源。執(zhí)行此操作時(shí)，應(yīng)關(guān)閉電路板周圍的觸摸界面外殼，并且外殼的觸摸敏感部分不應(yīng)觸摸您的手或其他任何東西，因?yàn)橛|摸傳感器在通電時(shí)會(huì)感知其環(huán)境并假設(shè)它是未觸動(dòng)的狀態(tài)

恭喜——你完成了！

玩 Kravox 玩得開心！

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