Световое шоу на базе Arduino: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Я построил световое шоу, управляемое Arduino, в качестве входа в Makers Rock, Album Art Collab. Вы можете узнать больше об этом по следующей ссылке: Makers Rock. Я выбрал обложку из альбома Judas Priest - Painkiller.

Вся работа представляет собой световое шоу, заключенное в деревянную раму, а обложку альбома помещают сверху, чтобы свет проникал сквозь нее.

Шаг 1: подготовьте деревянную раму

Вы можете построить каркас или корпус любым способом. Я выбираю дерево, потому что с ним легко работать, используя только основные инструменты.

Я сделал каркас из нескольких спасенных мною досок для поддонов. Я отметил 4 части чистых частей досок длиной 30 сантиметров, убедившись, что для стыков отмечены углы под углом 45 градусов.

Я проделал всю резку с помощью лобзика, и все заработало. Если у вас есть торцовочная или настольная пила, вы можете использовать их и получить гораздо лучшие результаты. Соединения не были идеальными, но с моей ленточной шлифовальной машиной я смог заставить детали хорошо подогнаться.

Во время тестовой подгонки я понял, что они слишком широкие и что они займут много места внутри корпуса, поэтому я решил сократить их до 2 см в ширину. Я снова использовал лобзик, стараясь не прорезать линию.

Соединения под углом сами по себе не имели большой поддержки, поэтому я вырезал небольшие треугольные части, чтобы приклеить их по углам в качестве дополнительной поддержки. Я уверен, что здесь есть масса вариантов получше, но на тот момент это была лучшая идея.

Я соединил митры с помощью столярного клея в середине стыков и клея CA на концах, чтобы действовать как зажим и удерживать его на месте, пока столярный клей застывает. Маленькие опорные треугольники были приклеены на место с помощью только клея CA, чтобы ускорить процесс.

Шаг 2: прототип схемы

Электроника для светового шоу внутри состоит из платы Arduino Uno с микрофоном от сломанной гарнитуры, которая прислушивается к звукам в комнате, а затем отражает общую громкость звука, освещая одну из 5 частей светодиодной ленты внутри.

Схема состоит из двух независимых частей. Первая часть - это микрофон с одним транзисторным усилителем, а вторая часть - это драйверы для светодиодных лент. Они нам нужны, так как Arduino и микрофонный усилитель работают от 5В, а светодиодная лента работает от 12В.

Микрофон подключен к выходу 5 В на Arduino через резистор 10 кОм и через конденсатор к базе транзистора. Затем транзистор усиливает сигнал со средним уровнем 2,5 В, поэтому мы можем получить его на аналоговом входе A0 на Arduino.

Чтобы включить 12 В для светодиодов, база транзисторов подключается к цифровому выходу через резистор 10 кОм, и та же схема повторяется 5 раз. Я включаю всего по 3 светодиода в каждой из секций, поэтому я могу обойтись без транзисторов. Если вы хотите изменить проект для использования более длинных полосок, вам нужно будет использовать некоторые полевые МОП-транзисторы.

Хотя это может показаться сложной схемой, на самом деле она очень проста. Я протестировал все это на макетной плате и, убедившись, что все работает должным образом, построил щит, который будет установлен непосредственно на Arduino Uno.

Схема доступна по адресу:

Шаг 3. Создайте Arduino Shield

Как только я был доволен схемой, я построил щит для Arduino на монтажной плате. Вы можете увидеть полный процесс сборки в прикрепленном видео к проекту.

Шаг 4: запрограммируйте Arduino

Главная звезда проекта - это код, запрограммированный на Arduino. Это то, что делает тяжелую работу по анализу уровней звука с микрофона и превращению их в видимый свет, который следует за музыкой. Вы можете скачать весь код с моей страницы GitHub, и вы можете найти ссылку на него в описании видео вместе со схемой электроники.

Вкратце, код состоит из 3 основных частей: извлечение образца музыки для анализа, определение уровней звука и затем управление выводом на светодиоды на основе рассчитанного значения. Я знаю, что некоторым это может показаться ракетной наукой, но это действительно легко, когда вы овладеваете вещами.

Скетч в начале определяет все переменные и константы, которые мы собираемся использовать. Я постарался дать объяснение каждому из них, чтобы вам было легче понять его. После этого у нас есть функция настройки, которая запускает последовательную связь для целей отладки, очищает и инициализирует массив, который мы будем использовать для определения максимальной громкости, и определяет выходы для светодиодов.

В разделе цикла кода мы сначала запускаем дискретизацию звука, чтобы мы могли определить его громкость от пика до пика. В обычной звуковой волне отсутствие шума - это средний уровень минимального и максимального напряжения, которое может выдавать усилитель. В нашем случае это 2,5 В.

Как только звук обнаружен, мы получаем волну, которая движется вверх и вниз, поэтому для обнаружения сильных шумов нас интересует суммарная амплитуда этой волны. Поэтому вместо движущейся волны мы сопоставляем значения от 0 до максимума в своего рода перевернутом состоянии, чтобы легко отличать высокие звуки от тихих.

Следующие два раздела кода делают именно это: сначала мы измеряем амплитуду от пика до пика и определяем максимум этого пика за период. Как работает микрофон, чем дальше вы от него, тем меньшую громкость он может выбрать, поэтому нам нужно рассчитать коэффициент, который будет либо усиливать, либо уменьшать измеряемый сигнал и иметь одинаковую реакцию на разных уровнях.

В качестве последнего шага мы умножаем измеренное значение с микрофона на коэффициент, который мы только что вычислили, и на основе результата включаем определенные светодиоды.

После того, как плата была припаяна в соответствии со схемой, я обязательно протестировал ее, прежде чем приступить к подготовке собственно обложки альбома.

Код на GitHub:

Шаг 5: Подготовьте переднюю крышку

Для передней части я использовал лист прозрачного акрила. Я вырезал отпечатанные изображения по размеру и нанес слой прозрачного столярного клея на поверхность без защитного покрытия на акриле. Если у вас есть доступ к Mod Podge или какой-либо прозрачной акриловой гелевой среде, лучше использовать ее вместо столярного клея, но он работает почти так же.

Уловка при нанесении изображения состоит в том, чтобы не использовать слишком много клея, как это сделал я, чтобы не образовались складки на бумаге. В этом случае лучше меньше, но поверхность должна быть полностью покрыта. Пока клей еще влажный, произведение искусства почти не видно, но после полного высыхания оно станет прозрачным.

Я оставил раму для высыхания на 24 часа, а затем выяснил, как разместить Arduino внутри рамы. Я хочу, чтобы произведение искусства было повешено на стене, и, поскольку оно должно быть подключено к электросети, я установил плату на нижней стороне, чтобы провод адаптера питания выходил из розетки.

Я использовал ножовку, чтобы удалить большую часть материала, а затем обработал его долотом и напильником. Если у вас есть ручной маршрутизатор, он будет намного быстрее, чем долото. Я также просверлил отверстие в раме, чтобы микрофон мог выступать и улавливать звуки из комнаты.

Перед окончательной обработкой я отшлифовал раму наждачной бумагой с зернистостью 240 и затем нанес слой морилки. Я протер пятно куском ткани, а затем вытер его через некоторое время.

Шаг 6: соберите световое шоу

Толщины рамы было недостаточно, чтобы удерживать всю электронику на месте, поэтому я вырезал и приклеил два слоя 5-миллиметровой черной изоляции из вспененного материала XPS с обеих сторон рамы. Помимо освобождения места для всей электроники, пена придала изделию красивый многослойный вид с боков.

Все электронные компоненты монтируются внутри рамы с помощью горячего клея, начиная с микрофона и затем с основной платы Arduino.

На обратной стороне я пометил и вырезал 3-миллиметровый лист ДВП высокой плотности, который будет выступать в качестве подложки и отражателя, поскольку одна из сторон белая. Я использовал маленькие винты 3,5 на 16 мм, чтобы прикрепить его сзади. Затем я снял подложку с клея со светодиодных лент и приклеил их к ДВП.

Акриловая передняя часть также крепится теми же винтами 16 мм, но я зенковал отверстия под винты сверлом на 6 мм, чтобы они находились заподлицо с лицевой стороной. Если у вас есть фрезерный станок, вы можете сделать паз в раме и таким образом закрепить акрил.

В конце концов, оставалось просто удалить другой защитный слой с акрилового листа и протестировать его, чтобы убедиться, что он все еще работает. Чтобы повесить его на стену, я протянул веревку между двумя осями сзади.

Шаг 7. Наслаждайтесь световым шоу Arduino

В общем, я очень доволен тем, как это обернулось. Корпус мог бы быть немного лучше, если бы у меня были подходящие инструменты для деревообработки, но он по-прежнему является красивым декором для стен. С тех пор, как я построил его, мы с моими детьми получили массу удовольствия от него, но пришло время ему найти новый дом.

Я буду разыгрывать произведение, которое построил, поэтому, пожалуйста, посмотрите видео на YouTube, чтобы узнать, как вы можете его выиграть.

Попробуйте код на YouTube

Построить видео проекта

Если вам понравился проект, поддержите мою работу над Patreon!

Схема доступна по адресу:

Код на GitHub: