یکپارچهسازی با سیستمعامل LED Strip Visualizer: 4 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

به عنوان یک موسیقی دان و دانشجوی مهندسی برق ، من عاشق هر پروژه ای هستم که این دو حوزه را قطع کند. من برخی از تصویری سازهای صوتی DIY (اینجا ، اینجا ، اینجا و اینجا) را دیده ام ، اما هریک حداقل یکی از دو هدفی را که برای خودم تعیین کرده ام از دست داده اند: کیفیت ساخت حرفه ای و نمایشگر نسبتاً بزرگ (8*8 ضعیف ماتریس LED در اینجا کافی نیست!). این دستگاه تصویری با کمی استعداد قدیمی و نشسته در ابعاد 40 در 20 اینچ هر دوی این اهداف را محقق می کند.

پیشاپیش از عکاسی عمودی عذرخواهی می کنم. بسیاری از آنها برای رسانه های اجتماعی استفاده شده است.

مرحله 1: لیست قطعات

من چندین قسمت از این قسمت را قبلاً دراز کشیده بودم. پیوندها صرفاً برای مرجع است. لطفاً اجزای گران قیمت غیر ضروری نخرید.

الکترونیک

1. WS2811 60LEDS/m @ 5m ، IP30 (ضد آب) ، آدرس پذیر - اینها در آن زمان ارزان تر از WS2812 بودند. شما در اینجا آزادی عمل دارید اما مطمئن شوید که ابعاد درست است و در واقع می توانید با LED ها صحبت کنید. همچنین توجه داشته باشید که WS2811 ها 12 ولت هستند در حالی که WS2812 ها 5 ولت هستند.
2. اتصالات JST 9 x 3 پین + مخزن
3. منبع تغذیه DC 12V 20A (240W)-من در ابتدا قصد داشتم 2 نوار LED را انجام دهم و می خواستم یک مجموعه بلندگو برای خانه خود پایین بیاورید. هر نوار نور در بدترین حالت 90 وات است (من برای تأیید اندازه گیری نکرده ام) ، که 60 وات پوند برای بلندگوها + تقویت کننده برای من باقی گذاشت. به هر حال گزینه 15A فقط 4 دلار کمتر بود.
4. سیم برق (3 شاخه)
5. Arduino Uno - من یک R3 دراز کشیده بودم بنابراین از آن استفاده کردم. ممکن است بتوانید گزینه ارزان تری را از یکی از بازی های حذفی یا فروشنده دیگری پیدا کنید.
6. TRRS Breakout - برای ورودی aux
7. L7805 تنظیم کننده 5V - هر تنظیم کننده 5V که ورودی 12V را قبول می کند کار می کند.
8. 330 nF ، 100 nF خازن - در هر برگ داده L7805
9. 2 x 10kR ، 2 x 1kR ، 2 x 100 nF خازن - برای سوگیری ورودی صدا
10. گیرنده استریو - هر گیرنده استریو قدیمی تا زمانی که دارای ورودی aux (3.5 میلی متر یا RCA) باشد ، کار می کند. من پاناسونیک RA6600 را از لیست craigslist با قیمت 15 دلار برداشتم. توصیه می کنم Goodwill ، craigslist و سایر فروشگاه های صرفه جویی را برای موارد مشابه بررسی کنید.*
11. بلندگو - بلندگوی BT نیست. فقط مجموعه بلندگو. به امپدانس سازگار با گیرنده خود توجه کنید. من مجموعه ای از 3 بلندگوی 20 واتی (= بلند) را در Goodwill با قیمت 6 دلار پیدا کردم ، که شامل یک "مرکز" و دو بلندگوی "جلو" بود.
12. آداپتور صوتی Logitech BT - این دستگاه می تواند صدا را به بلندگوهای استریو و مدار شما منتقل کند
13. کابل مردانه RCA مردانه به RCA
14. سیم Aux

سخت افزار

1. 2x6 (8 فوت) - تحت فشار درمان نمی شود. در HD یا Lowe باید ~ 6 دلار یا کمتر باشد
2. 40٪ اکریلیک انتقال نور - من 18 "x 24" x 1/8 "سفارش دادم ، و از نظر فنی 17.75" x 23.5 "بود. وقتی به برش لیزری می روید ، آن را در بسته بندی نگه دارید.
3. لکه چوب - شما فقط به یک قوطی کوچک نیاز دارید. من از چوب ماهون قرمز Minwax استفاده کردم و بسیار زیبا ظاهر شد. من قطعاً لحن تیره را توصیه می کنم. من در ابتدا استانی را امتحان کردم و ظاهر خوبی نداشت.
4. لاک - ابتدا ، این ویدیو از استیو رمزی را ببینید و خودتان تصمیم بگیرید که چه چیزی بهتر عمل می کند. من یک قوطی اسپری نیمه براق گرفتم (هیچ برقی در دسترس نبود) و صادقانه بگویم ، این کار را زیاد انجام نداد. اما من نیز به دلیل محدودیت زمانی فقط یک کت انجام دادم.
5. پیچ های چوبی 40 1/ 1/2 اینچ - من سر گرد در اختیارم بود ، اما توصیه می کنم اگر می توانید از صفحه تخت استفاده کنید. من فکر نمی کنم که این امر کیفیت ساخت را مختل کند ، اما لطفاً ابتدا از هر کسی که بیشتر با نجاری آشنا است بپرسید.
6. چوب قراضه ، چسب گوریل ، چسب حرارتی ، لحیم ، سیم و نوارهای فرمان (به سبک مخملی ، 20 متوسط یا 10 بزرگ)

* من قصد دارم یک نوار صدا بسازم تا این پروژه به طور کامل "از ابتدا" ساخته شود ، که جایگزین 9-13 در بالا می شود. امیدوارم این دستورالعمل را تا پایان تابستان با آن به روز کنم.

مرحله 2: نمونه سازی

این بخش چیزی نیست که شما نیاز به تکمیل آن داشته باشید ، اما من می خواهم نشان دهم که پروژه در مراحل بعدی چگونه بوده است.

در اینجا ، LED ها را با الگوی مار ضبط کردم و در حال پخش نور از طریق کیسه زباله بودم که روی آن لایه بندی شده بود (اگر سعی می کنید هزینه ها را کاهش دهید ، به عنوان جایگزینی برای اکریلیک توصیه می کنم. اگرچه مجبور خواهید شد آن را به روش دیگری متصل کنید)

یک تنظیم 10x10 برای من کار کرد ، اما شما ممکن است 8x12 یا 7x14 را ترجیح دهید. با خیال راحت آزمایش کنید. قبل از اینکه استریوی خود را انجام دهم ، یک تقویت کننده پیدا کردم و آن را در نان برد خود وصل کردم ، و قبل از آن ، صدا را از لپ تاپ خود به مدار برای تجزیه و تحلیل صوتی پخش می کردم و همزمان "پخش" را روی تلفن خود می شنیدم تا بشنوم.

من دو مرتبه معتقد به اندازه هستم ، یکبار برش می خورم. بنابراین هر کاری که انجام می دهید ، از آن راهنما پیروی کنید و آماده خواهید شد.

مرحله 3: مدار + کد

کد در GitHub در دسترس است.

تخته نان ، لحیم به یک تخته چوبی ، یا PCB خود را طراحی کنید. هر آنچه در اینجا برای شما مناسب است انجام دهید. نسخه ی نمایشی من در اینجا روی یک تخته نورد اجرا می شود ، اما وقتی نوار صوتی را بسازم ، همه چیز را به PCB منتقل می کنم. برای تغذیه از آداپتور ، انتهای زن را جدا کرده و عایق مشکی را بردارید. به اندازه کافی کابل های واقعی را بچسبانید تا به پایانه های آداپتور وصل شود. همیشه مراقب کار با AC باشید! به غیر از این ، در اینجا فقط به چند نکته توجه کنید.

1. یکی دیگر از موارد این است که مطمئن شوید مسیرهای زمین شما خوب هستند. به آداپتور به آردوینو به ورودی aux به زمین احتیاج دارید که در گیرنده Logitech BT به زمین متصل می شود و از آنجا به زمین روی استریو متصل می شود. اگر یکی از این اتصالات خراب یا بد باشد ، یک ورودی صوتی بسیار پر سر و صدا و در نتیجه یک صفحه نمایش بسیار پر سر و صدا دریافت خواهید کرد.
2. صوتی ورودی BiasingAudio از طریق کابل aux ، از تلفن یا لپ تاپ یا هرجای دیگر ، با -2.2 تا +2.2V پخش می شود. آردوینو فقط قادر به خواندن 0 تا 5 ولت است ، بنابراین باید ورودی صدا را تعصب کنید. این را می توان با آمپرهای عملیاتی به طور مثر انجام داد ، اما اگر مصرف برق مشکلی نداشته باشد (شاید شما منبع تغذیه 240 وات خریداری کرده اید؟) ، می توان با مقاومت ها و خازن ها نیز این کار را انجام داد. مقادیری که انتخاب کردم متفاوت بود زیرا خازن 10uF در دست نداشتم. می توانید با شبیه ساز بازی کنید تا ببینید آیا آنچه که انتخاب می کنید کار می کند یا خیر.
3. هر پروژه ای که از تبدیل های فوریه استفاده می کند ، دارای قسمتی است که در مورد آنها بحث می کند. اگر قبلاً تجربه دارید ، عالی است! در غیر اینصورت ، تنها چیزی که باید درک کنید این است که آنها از یک سیگنال عکس فوری می گیرند و اطلاعاتی در مورد فرکانس های موجود در آن سیگنال در آن مقطع زمانی برمی گردانند. بنابراین اگر تبدیل گناه فوریه (440 (2*pi*t)) را انجام دهید ، به شما می گوید که فرکانس 440 هرتز در سیگنال شما وجود دارد. اگر از تبدیل فوریه 7*sin (440 (2*pi*t)) + 5*sin (2000 (2*pi*t)) استفاده کنید ، به شما می گوید که هر دو سیگنال 440Hz و 2000Hz وجود دارد ، و درجات نسبی که در آن حضور دارند. می تواند این کار را برای هر سیگنالی با هر تعداد توابع جزء انجام دهد. از آنجایی که تمام صدا فقط مجموعه ای از سینوسوئیدها است ، می توانیم تبدیل فوریه را از مجموعه ای از عکس های فوری گرفته و ببینیم واقعاً چه اتفاقی می افتد. شما در کد خواهید دید که قبل از گرفتن فوریه ، پنجره ای را نیز به سیگنال خود اعمال می کنیم. تبدیل. اطلاعات بیشتری در مورد آن در اینجا یافت می شود ، اما توضیح مختصر این است که سیگنالی که ما در واقع به این ترانسفورماتور می دهیم به نوعی خراب است و پنجره ها این مسئله را برای ما برطرف می کنند. اگر از آنها استفاده نکنید ، کد شما خراب نمی شود ، اما صفحه نمایش تمیز به نظر نمی رسد. ممکن است الگوریتم های بهتری در دسترس باشد (برای مثال YAAPT) ، اما با رعایت اصول KISS ، من از آنچه استفاده کردم استفاده کردم قبلاً در دسترس بود ، که چندین کتابخانه آردوینو به منظور نوشتن سریع Fourier Transform یا FFT است.
4. آیا آردوینو واقعاً می تواند همه چیز را در زمان واقعی پردازش کند؟ برای اینکه همه چیز در زمان واقعی ظاهر شود ، آردوینو باید 128 نمونه را بگیرد ، FFT را پردازش کند ، مقادیر صفحه را دستکاری کرده و صفحه را خیلی سریع به روز کند. اگر می خواهید دقت نت 1/16 در 150 دور در دقیقه (نزدیک به سرعت بالای اکثر آهنگهای پاپ) باشد ، باید همه چیز را در 100 ثانیه انجام دهید. علاوه بر این ، چشم انسان می تواند با نرخ 30 فریم بر ثانیه ببیند ، که با طول فریم 30 ثانیه مطابقت دارد. این پست وبلاگ بیشترین اعتماد به نفس را به من نمی داد ، اما من تصمیم گرفتم خودم ببینم آیا آردوینو تحمل می کند یا نه. پس از محک زدن خودم ، من به R3 خود بسیار افتخار می کردم. مرحله محاسبه تا حد زیادی عامل محدود کننده بود ، اما من توانستم یک FFT 128 طول UINT16s را تنها در 70 ثانیه پردازش کنم. این در محدوده صوتی بود ، اما بیش از دو برابر محدودیت بصری. در تحقیقات بیشتر ، Arduino FHT را پیدا کردم که از تقارن FFT استفاده می کند و فقط مقادیر واقعی را محاسبه می کند. به عبارت دیگر ، سرعت آن تقریباً 2 برابر است. و مطمئناً ، سرعت کل حلقه را به 30msec ~ رساند. نکته دیگر در مورد وضوح صفحه نمایش. طول N FFT نمونه برداری شده در Fs Hz سطل های N را برمی گرداند ، جایی که kt bin مربوط به k * Fs/N Hz است. Arduino ADC ، که ورودی صدا را می خواند و نمونه می گیرد ، معمولاً با سرعت 9.6 کیلوهرتز کار می کند. با این حال ، FFT فقط می تواند اطلاعات مربوط به فرکانس های حداکثر 1/2 * Fs را برگرداند. انسانها می توانند تا 20 کیلوهرتز بشنوند ، بنابراین ما در حالت ایده آل می خواهیم نمونه برداری را در> 40 کیلوهرتز انجام دهیم. ADC را می توان هک کرد تا کمی سریعتر اجرا شود ، اما در هیچ کجای نزدیک. بهترین نتیجه ای که بدون از دست دادن ثبات دیدم ، ADC 14 کیلوهرتز بود. علاوه بر این ، بزرگترین FFT که می توانستم برای دستیابی به یک اثر بلادرنگ پردازش کنم ، N = 128 بود. این بدان معناست که هر سطل 109 هرتز represents را نشان می دهد ، که در فرکانس های بالاتر خوب است اما در قسمت پایین بد است. یک تجسم کننده خوب سعی می کند یک اکتاو برای هر نوار ذخیره کند ، که مربوط به جداسازی در [16.35 ، 32.70 ، 65.41 ، 130.81 ، 261.63 ، 523.25 ، 1046.50 ، 2093.00 ، 4186.01] هرتز است. 109 هرتز به این معنی است که 2.5 اکتاو اول همه در یک سطل هستند. من هنوز توانستم جلوه بصری خوبی را بدست آورم ، تا حدی با گرفتن میانگین هر سطل ، جایی که سطل گروهی از سطل های بین دو مورد از این محدوده است. امیدوارم این موضوع گیج کننده نباشد و خود کد باید آنچه را که واقعاً در حال رخ دادن است روشن کند ، اما اگر منطقی نیست ، از زیر بپرسید.

مرحله 4: مونتاژ

همانطور که قبلاً بیان کردم ، من چیزی با کیفیت ساخت حرفه ای می خواستم. در ابتدا من چسب های چوبی را با هم شروع کردم ، اما یک دوست (و مهندس مکانیک ماهر) روش دیگری را پیشنهاد کرد. توجه داشته باشید که 2x6 واقعاً 1.5 اینچ در 5 اینچ است. و لطفاً در کار با هر یک از ماشین آلات زیر دقت کنید.

1. 2x6x8 خود را برداشته و در صورت نیاز ماسه بزنید. آن را به 2 بخش "x 6" x 22 "تقسیم کنید. این امر به شما دو اسلات می دهد که در صورت بهم ریختن" بسوزانید ".
2. هر قسمت 22 اینچی را بردارید و در طول راه از طریق یک اره رومیزی بکشید تا تخته های 1.5 "x ~ 1.6" x 22 "ایجاد کنید. یک سوم آخر ممکن است برش روی یک اره رومیزی دشوار باشد ، بنابراین می توانید به یک اره نواری بروید. فقط مطمئن شوید که همه چیز تا آنجا که می تواند مستقیم باشد. علاوه بر این ، 1.6 "راهنما است و می تواند تا 1.75" افزایش یابد. قطعات من اینطور بودند ، اما تا زمانی که همه آنها با یکدیگر برابر باشند خیلی مهم نیست. عامل محدود کننده اکریلیک در 18 اینچ است.
3. در انتهای قطعات ، شکل U را علامت گذاری کنید که در هر دو طرف 1/8 اینچ و کمی بیشتر از 3/4 اینچ عمق دارد. توجه: اگر از اکریلیک دیگری استفاده می کنید ، عمق آن تغییر می کند. در <3/4 "، اکریلیک من به هیچ وجه نور را پخش نمی کند. کمی بیشتر ، به طور کامل پخش می شود. شما می خواهید از هرگونه" زیبایی "اجتناب کنید. من متوجه شدم که این پست Hackaday مرجع خوبی است ، اما دریافت انتشار کامل خیلی سخت!
4. با یک روتر رومیزی ، وسط U را تا انتها برش دهید. طول 22 اینچ بیشتر از آن است که نیاز دارید ، بنابراین در صورت نیاز نگران خراشیدن انتهای آن نباشید. روترها می توانند مشکل باشند ، اما کمی بیشتر از نصف عرض U را کمی عرض کنید و مراقب برش بیش از 1 باشید. مواد 8 "در یک زمان. تکرار: سعی نکنید همه را در 2 پاس انجام دهید. شما به چوب آسیب می رسانید و احتمالاً به خود آسیب می رسانید. با چرخش روتر در برش های 1-4 کار کنید و در مقابل 5-8 کار کنید. این تضمین می کند که شما بهترین کنترل بر گشتاور روتر را دارید.
5. نوار LED را به قسمت های 30 LED تقسیم کنید (فقط هر مجموعه از 3 LED قابل آدرس دهی است). احتمالاً باید تعدادی از اتصالات را جدا کنید. آن نوارها را در امتداد مسیرها قرار دهید. یک طرف باید فلاش بنشیند ، و طرف دیگر باید یک اتاق کوچک برای JST قابل پذیرش داشته باشد ، که هم سطح قرار می گیرد. متأسفانه تصویری از آن دریافت نکردم ، اما نمودار پیوست را مشاهده کنید. طول را در اینجا علامت گذاری کنید ، اما هنوز چیزی را قطع نکنید.
6. عرض هر تخته را اندازه بگیرید. با این کار و طول مرحله 7 ، لیزر اکریلیک را به 10 مستطیل لازم برش می دهد. بهتر است کمی بلند باشد تا کمی کوتاه. در صورت سوختن ، آن را با ایزوپروپیل پاک کنید.
7. تأیید کنید که هر تخته اکریلیک در همان طولی قرار دارد که در مرحله 5 مشخص کرده اید ، سپس تخته را به این طول ببرید.
8. برای اتصال اکریلیک به دو قطعه پل نیاز دارید. این امر امکان نگهداری آسان نوارهای نور را در صورت بروز هر چیزی فراهم می کند. این قطعات باید تقریباً [عرض شما] - 2 * 1/8 اینچ با 1/2 اینچ مربع صورت داشته باشند ، اما باید کمی تنگ باشند. با محکم نگه داشتن این قطعات و قرار گرفتن در جلوی آنها ، سوراخ هایی را در مرکز هر پل از قسمت بیرونی تخته ها انجام دهید. تمام تلاش خود را بکنید تا هر مته یکنواخت شود. پل ها را پیچ خورده نگه ندارید ، اما مطمئن شوید که می توانند خراب شوند. مراقب باشید پیچ را زیاد دور نزنید و چوب را شک نکنید.
9. در این مرحله ، تخته ها را رنگ آمیزی کرده و هر نوع روکش را بمالید.
10. حالا پل ها را پیچ کنید. مطمئن شوید که آنها سرخ نشسته اند! اگر نه ، باید نوعی شیم را اضافه کنید. چسب گوریل (ترجیح داده شده) یا چسب داغ (که می تواند به عنوان یک کرم دو برابر شود) را روی پل ها بمالید و اکریلیک را بچسبانید. هیچ چسبی را در امتداد خود ورقه نچسبانید.
11. ظروف JST را در یک طرف همه نوارهای LED بجز یک عدد لحیم کنید. همه آنها را در همان انتهایی قرار دهید که توسط فلش های مشخص شده نشان داده شده است. سیم های دوشاخه JST را در انتهای دیگر لحیم کنید. ممکن است لازم باشد سیم بیشتری را روی هر کانکتور بکشید. مطمئن شوید که اتصالات هنگام وصل شدن صحیح خواهند بود! چسب پشت LED ها وحشتناک است ، بنابراین به آن اعتماد نکنید. LED ها را در قسمت مرکزی قرار دهید و با توجه به جهت مشخص شده روی نوارها ، آنها را با چسب گوریل بچسبانید. به یاد داشته باشید که شما در حال خراب کردن همه چیز هستید.
12. در اولین اسلات ، سیمهای به اندازه کافی لحیم کنید تا از آداپتور برق + وصل شود و سیگنال را از آردوینو دریافت کنید.
13. تخته ها و پل ها را به عقب برگردانید. نوارهای فرمان را به پشت وصل کنید (سبک مخملی ، 2 متوسط در بالا و پایین یا 1 بزرگ در مرکز). تمام اتصالات لازم را برقرار کرده و با فاصله 3 اینچ روی دیوار آویزان کنید. از ثمره زحمات خود لذت ببرید.