Kravox: Kabelloses Bewegungs- & Berührungssensor-Kit für Arduino – Musikinstrument-Controller

Komponenten und Materialien

Komponente	Anzahl	Hinweise
Arduino Nano R3	2	Jeweils mit Mini-USB-Kabel (Controller + Receiver)
MPU-6050 (GY-521) 3-Achsen Gyroskop + Beschleunigungssensor	1	I2C-Adresse 0x68
MPR121 Kapazitiver Berührungssensor (12 Kanäle)	2	Adress-Pin auf einer Platine durchtrennen für zweite Adresse (0x5B)
nRF24L01+ Funktransceiver	2	SPI-Kommunikation; 5+ Stück bestellen (Ausschussquote)
Kondensator 10 µF (elektrolytisch)	2	Stabilisierung der 3,3 V-Versorgung für nRF24L01
Kondensator 100 nF (keramisch)	2	Entkopplung
40-polige Buchsenleisten	5	Für Arduino, Sensoren, Funkmodul
40-polige Stiftleisten (1-reihig)	2	Für Interface-Boards
Kabel (bunt, mind. 7–10 m)	2	Für 24 Touchelektroden + Verdrahtung
LED 5 mm blau	3	Mit 150 Ω Vorwiderstand
Potentiometer 10 kΩ	5	4 für Receiver-Interface, 1 Reserve
Widerstand 150 Ω	3	LED-Strombegrenzung
Widerstand 220 Ω (optional)	3	Erhöht Stromaufnahme bei problematischen Powerbanks
Lochrasterplatine (min. 50×24 Löcher)	1	Für Controller- & Receiver-Platine
Kleine Box / Lebensmittelbehälter	1	Für Receiver-Gehäuse (nicht metallisch)
Powerbank (USB, klein)	1	Versorgt Controller
Kupferklebeband (1 cm breit, ~4 m)	1	Für 24 Touchelektroden am Controller-Gehäuse
Kleber, Heißkleber, Superkleber, Gummibänder	je 1	Für Gehäusebau

Benötigte Werkzeuge

• Lötkolben / Lötstation
• Bohrmaschine + 7 mm Bohrer
• Cuttermesser, kleine Säge, Stahllineal
• Abisolierzange, kleine Zange
• Heißklebepistole, Schraubzwinge

Software

• Arduino IDE
• Pure Data Vanilla (kostenlos, für Sound-Engine)

Projektbeschreibung

Kravox ist ein offenes, plattformübergreifendes digitales Musikinstrument, das im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Universität Lund (Schweden) entwickelt wurde. Ziel: Digitalen Controllern das haptische Spielgefühl klassischer, mechanischer Instrumente zu verleihen.

Spielweise

Man hält den Controller wie einen Besen oder Stab. Berührungen auf den 24 Kupferelektroden und Bewegungen im Raum (Orientierung, Beschleunigung) steuern Klangparameter in Echtzeit. Ein Video demonstriert die Ausdrucksmöglichkeiten.

Architektur

• Controller (bis zu 3): Je 1× Arduino Nano, 1× MPU-6050, 2× MPR121, 1× nRF24L01+. Erfassen Orientierung, Beschleunigung, 24 Berührkanäle. Senden per 2,4 GHz Funk an Receiver.
• Receiver: 1× Arduino Nano, 1× nRF24L01+, 4× Potentiometer, 1× LED. Leitet Daten per USB-Serial an PC weiter; Potentiometerwerte werden mitgesendet.
• Software (Pure Data Vanilla): Verarbeitet Serial-Daten, generiert Sound (Samples, Synthese, Effekte). Externals: comport, zexy, freeverb, arraysize.

Bauanleitung – Schritt für Schritt

Teil 1: Komponenten & Werkzeuge bereitstellen

Alle Bauteile laut Liste besorgen; Lochrasterplatine auf 50×24 Löcher zuschneiden.

Teil 2: Controller-Platine löten

1. Grundgerüst: Buchsenleisten für Arduino Nano, 2× MPR121, MPU-6050, nRF24L01+ auf Lochraster löten. 10 µF (polarisiert!) und 100 nF zwischen 3,3 V und GND des Funkmoduls.
2. LEDs: 2× blaue LED mit 150 Ω an Arduino D3/D4 (oder laut Plan).
3. Stromversorgung: 3,3 V (rot) und GND (blau) verteilen.
4. I2C-Bus: Gelb (SDA) → A4, Grün (SCL) → A5 für alle drei Sensorboards.
5. MPU-6050 Interrupt: Weißes Kabel an Arduino D2 (INT).
6. SPI für nRF24L01+: Schwarz (SCK), Grau (MISO), Braun (MOSI), Lila (CSN), Orange (CE) an entsprechende Arduino-Pins (13, 12, 11, 10, 9).
7. MPR121-Adresse anpassen: Auf einer Platine den ADD-Pin von GND trennen (Cuttermesser zwischen den Lötpads), Multimeter-Kontrolle.
8. Bauteile aufstecken, Code flashen (Bibliotheken: I2Cdev + MPU6050_6Axis_MotionApps20 von Jeff Rowberg, MPR121 von Bare Conductive, RF24 + nRF24L01 von TMRh20).
9. Powerbank testen: Schaltet sie ab? → 3× 220 Ω parallel zwischen 5 V und GND des Arduino löten (Erwärmung vernachlässigbar).

Teil 3: Receiver-Platine löten

Analoger Aufbau: Buchsenleisten für Arduino Nano + nRF24L01+, 10 µF/100 nF, SPI-Verdrahtung, 3,3 V/GND-Verteilung. Keine I2C-Sensoren.

Teil 4: Receiver-Interface (Potentiometer + LED)

Kleines Lochrasterstück (2×17 Löcher) mit 17-poliger Stiftleiste. 4 Potis (Mittelabgriff an A0–A3), äußere Anschlüsse an 5 V (grün) und GND (blau). Blaue LED + 150 Ω an D5. Interface auf Receiver-Platine aufstecken.

Teil 5: Controller-Interface & Gehäuse (Touchelektroden)

1. Leere Kartonagen (z. B. Frischhaltefolien-Box) als Gehäuse.
2. 24 Positionen für Kupferelektroden markieren (kein Überlappen!).
3. Kupferstreifen zuschneiden, aufkleben, mit isolierendem Klebeband abdecken.
4. Steckverbinder löten: 2×24 Lochraster + 24-polige Stiftleiste. Kabelängen gestaffelt (Mitte ~10 cm, außen entsprechend Elektrodenabstand länger).
5. Kabel an Elektroden löten, Interface in Box falten, kleben.
6. Kleinere Box für Powerbank ankleben.
7. Controller-Platine mit Karton-Rückseite isolieren, in Hauptbox legen, LEDs & Powerbank fixieren, USB-Kabel durch Aussparung führen.
8. Gummi-bänder halten Deckel geschlossen.

Teil 6: Receiver-Gehäuse

Box mit Löchern für 4 Potis, LED, USB-Buchse. Receiver-Platine einkleben, Potis & LED montieren, Knöpfe aufstecken.

Teil 7: Pure Data verbinden

1. Pure Data Vanilla installieren, Kravox.pd + drumsamples/ Ordner öffnen.
2. Externals installieren: Help → Find externals → comport, zexy, freeverb, arraysize.
3. Receiver per USB anschließen (Original-Code ohne Serial-Monitor-Modifikation).
4. In Pd: Serielle Port-Nummer per Dialog finden (klicken bis Datenstrom im Log erscheint).
5. Controller einschalten (Powerbank anstecken) – dabei Berührungsfläche nicht berühren (Kalibrierung).
6. Spielen!

Code & Ressourcen

Gesamter Code (Controller, Receiver, Pure Data Patch, Drum-Samples) auf GitHub: github.com/timkrahmer/Kravox

Schaltpläne

Tipps & Tricks

• Bei „Ghost Touches“: Folie zwischen Gehäuse und Platine legen.
• Mehrere Controller: Im Controller-Code (Sektion DECLARATIONS / NRF24L01) individuelle Adressen vergeben.
• Pure Data sucht Serial-Ports oft unter unerwarteten Nummern – einfach durchprobieren.
• Powerbank-Abschaltung: 220 Ω Widerstände sind „schmutzige“, aber effektive Lösung.