تصویر ساز صوتی RGB LED غیر قابل آدرس: 6 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

مدتی یک نوار LED 12 ولت RGB در اطراف کابینت تلویزیون خود داشتم و توسط یک راننده LED خسته کننده کنترل می شد که به من امکان می دهد از بین 16 رنگ از پیش برنامه ریزی شده یکی را انتخاب کنم!

من به موسیقی زیادی گوش می دهم که انگیزه ام را بالا می برد اما نورپردازی فقط روحیه را درست نمی کند. برای رفع این مشکل تصمیم گرفتید سیگنال صوتی را که از طریق AUX (جک 3.5 میلی متری) به بلندگوی من داده شده است بگیرید ، آن را پردازش کرده و نوار RGB را مطابق آن کنترل کنید.

LED ها بر اساس اندازه فرکانس های Bass (Low) ، Treble (Mid) و High به موسیقی واکنش نشان می دهند.

محدوده فرکانس - رنگ به شرح زیر است:

کم - قرمز

وسط - سبز

بالا - آبی

این پروژه شامل بسیاری از چیزهای DIY است زیرا کل مدار از ابتدا ساخته شده است. اگر آن را روی یک تخته نان قرار دهید ، بسیار آسان است ، اما لحیم کردن آن بر روی PCB بسیار مشکل است.

تدارکات

(x1) نوار LED RGB

(x1) Arduino Uno/Nano (مگا توصیه می شود)

(x1) TL072 یا TL082 (TL081/TL071 نیز خوب است)

(x3) TIP120 NPN Transistor (TIP121 ، TIP122 یا MOSFET های N-Channel مانند IRF540 ، IRF 530 نیز خوب است)

(x1) پتانسیومتر خطی 10 کیلو اهم

(x3) مقاومت 100 کیلو اهم 1/4 وات

(x1) خازن الکترولیتی 10uF

(x1) خازن سرامیکی 47nF

(x2) اتصال صدا 3.5 میلی متری - زن

(x2) باتری 9 ولت

(x2) کانکتور محکم باتری 9 ولت

مرحله 1: آشنایی با انواع نوارهای LED RGB

دو نوع اصلی نوار LED وجود دارد ، نوع "آنالوگ" و نوع "دیجیتال".

در نوارهای آنالوگ (شکل 1) همه LED ها به طور موازی به هم متصل شده اند و بنابراین مانند یک LED سه رنگ بزرگ عمل می کند. شما می توانید تمام نوار را بر روی هر رنگی که می خواهید تنظیم کنید ، اما نمی توانید رنگ LED های فردی را کنترل کنید. استفاده از آنها بسیار آسان و نسبتاً ارزان است.

نوارهای نوع دیجیتال (شکل 2) به روش متفاوتی کار می کنند. آنها برای هر LED یک تراشه دارند ، برای استفاده از نوار باید داده های دیجیتالی کد شده را به تراشه ها ارسال کنید. با این حال ، این بدان معناست که می توانید هر LED را به صورت جداگانه کنترل کنید! به دلیل پیچیدگی اضافی تراشه ، گرانتر هستند.

اگر تشخیص فیزیکی تفاوت بین نوارهای آنالوگ و دیجیتال برای شما مشکل است ،

1. نوع Anolog از 4 پین ، 1 مثبت رایج و 3 منفی استفاده می کند ، یعنی یک عدد برای هر رنگ RGB.
2. نوع دیجیتال از 3 پین ، مثبت ، داده و زمین استفاده می کند.

من از نوارهای آنالوگ استفاده خواهم کرد ، زیرا

1. تعداد بسیار کمی از دستورالعمل ها وجود دارد که نحوه ساخت نوار واکنشی موسیقی از نوع آنالوگ را آموزش دهد. اکثر آنها بر روی نوع دیجیتال تمرکز می کنند و راحت تر می توان آنها را نسبت به موسیقی واکنش نشان داد.
2. من چند نوار نوع آنالوگ در اطراف داشتم.

مرحله 2: تقویت سیگنال صوتی

سیگنال صوتی که از طریق جک صوتی ارسال می شود این است

یک سیگنال آنالوگ که در +200mV و -200mV نوسان می کند. اکنون این یک مشکل است زیرا ما می خواهیم سیگنال صوتی را با یکی از ورودی های آنالوگ آردوینو اندازه گیری کنیم زیرا ورودی های آنالوگ آردوینو فقط می توانند ولتاژهای بین 0 تا 5 ولت را اندازه گیری کنند. اگر ما سعی کنیم ولتاژهای منفی سیگنال صوتی را اندازه گیری کنیم ، آردوینو فقط 0 ولت را می خواند و در نهایت ما سیگنال را از پایین قطع می کنیم.

برای حل آن ما باید سیگنال های صوتی را تقویت کرده و افست کنیم تا در محدوده 0-5V قرار گیرند. در حالت ایده آل ، سیگنال باید دارای دامنه 2.5 ولت باشد که در حدود 2.5 ولت نوسان می کند به طوری که حداقل ولتاژ آن 0 ولت و حداکثر ولتاژ آن 5 ولت است.

تقویت

تقویت کننده اولین قدم در مدار است ، دامنه سیگنال را از + یا - 200mV به + یا - 2.5V (در حالت ایده آل) افزایش می دهد. عملکرد دیگر تقویت کننده محافظت از منبع صوتی (چیزی است که در وهله اول سیگنال صوتی را تولید می کند) از بقیه مدار است. سیگنال تقویت شده خروجی تمام جریان خود را از تقویت کننده تامین می کند ، بنابراین هرگونه بار در مدار بعداً توسط منبع صوتی (در مورد من تلفن/آی پاد/لپ تاپ) احساس نمی شود. این کار را با راه اندازی یکی از آمپرهای آمپر در بسته TL072 یا TL082 (شکل 2) در پیکربندی تقویت کننده غیر معکوس انجام دهید.

برگه داده TL072 یا TL082 می گوید که باید با +15 و -15V تغذیه شود ، اما از آنجایی که سیگنال هرگز بالاتر از + یا -2.5V تقویت نمی شود ، خوب است که op -amp را با چیزی کمتر اجرا کنید. من برای ایجاد منبع تغذیه + یا - 9V از دو باتری نه ولت به صورت سری استفاده کردم.

+V (پین 8) و –V (پین 4) خود را به op-amp وصل کنید. سیم را از جک مونو به ورودی غیر معکوس (پین 3) وصل کنید و پایه زمین جک را به منبع ولتاژ خود به مرجع 0V وصل کنید (برای من این محل اتصال دو باتری 9 ولت به صورت سری بود). بین خروجی (پین 1) و ورودی معکوس (پین 2) op-amp یک مقاومت 100 کیلو اهم را سیم کشی کنید. در این مدار ، من از یک پتانسیومتر 10 کیلو اهم سیمی به عنوان یک مقاومت متغیر برای تنظیم افزایش (میزان تقویت کننده) تقویت کننده غیر معکوس خود استفاده کردم. این مخزن مخروطی 10K خطی را بین ورودی معکوس و مرجع 0V وصل کنید.

افست DC

مدار افست DC دو جزء اصلی دارد: تقسیم کننده ولتاژ و خازن. تقسیم کننده ولتاژ از دو مقاومت 100k ساخته شده است که به صورت سری از منبع تغذیه 5 ولت آردوینو به زمین وصل شده اند. از آنجا که مقاومتها دارای مقاومت یکسانی هستند ، ولتاژ محل اتصال بین آنها برابر 2.5V است. این اتصال 2.5 ولت از طریق خازن 10uF به خروجی تقویت کننده متصل می شود. با بالا و پایین شدن ولتاژ سمت تقویت کننده خازن ، باعث تجمع لحظه ای بار و دفع آن از طرف خازن متصل به محل اتصال 2.5 ولت می شود. این امر باعث می شود که ولتاژ در محل اتصال 2.5 ولت به بالا و پایین نوسان کند ، در مرکز 2.5 ولت.

همانطور که در شکل نشان داده شده است ، سرب منفی خازن 10uF را به خروجی تقویت کننده وصل کنید. طرف دیگر درپوش را به محل اتصال دو مقاومت 100k که بصورت سری بین 5 ولت و زمین سیم کشی شده اند ، وصل کنید. همچنین ، یک خازن 47nF را از 2.5 ولت به زمین اضافه کنید.

مرحله 3: تجزیه سیگنال به مجموع سینوسهای ثابت - نظریه

سیگنال صوتی ارسال شده از طریق هر جک 3.5 میلی متری در

محدوده 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز. نمونه برداری آن 44.1 کیلوهرتز است و هر نمونه بر روی 16 بیت کدگذاری می شود.

برای تجزیه فرکانسهای اساسی عنصری که سیگنال صوتی را تشکیل می دهند ، از Fourier Transform روی سیگنال استفاده می کنیم که سیگنال را به مجموع سینوسهای ثابت تجزیه می کند. به عبارت دیگر ، تجزیه و تحلیل فوریه یک سیگنال را از حوزه اصلی خود (اغلب زمان یا فضا) به نمایشی در حوزه فرکانس و بالعکس تبدیل می کند. اما محاسبه مستقیم آن از تعریف اغلب بسیار کند است تا عملی نباشد.

شکل ها نشان می دهد که سیگنال در حوزه زمان و فرکانس چگونه به نظر می رسد.

اینجاست که الگوریتم تبدیل سریع فوریه (FFT) بسیار مفید است!

با تعریف ،

FFT به سرعت چنین عواملی را با فاکتور گیری ماتریس DFT به محصولی از عوامل کمیاب (عمدتا صفر) محاسبه می کند. در نتیجه ، می توان پیچیدگی محاسبه DFT را از O (N2) کاهش داد ، که در صورت استفاده ساده از تعریف DFT ، در O (N log N) ، جایی که N اندازه داده است ، ایجاد می شود. تفاوت سرعت می تواند بسیار زیاد باشد ، به ویژه برای مجموعه داده های طولانی که N ممکن است در هزاران یا میلیون ها باشد. در صورت وجود خطای دورزدایی ، بسیاری از الگوریتم های FFT بسیار دقیق تر از ارزیابی مستقیم یا غیر مستقیم DFT هستند.

به عبارت ساده ، این بدان معناست که الگوریتم FFT راهی سریعتر برای محاسبه تبدیل فوریه هر سیگنال است. این به طور کلی در دستگاه هایی با قدرت محاسبه کم استفاده می شود.