Musiqaga javob beradigan yorug'lik shousi: 7 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:28

Bu darslik York universitetida musiqa texnologiyasi va amaliy elektronika bo'yicha ilmiy darajamni olish bo'yicha so'nggi yillik loyiham doirasida tayyorlangan. Bu elektronikaga qiziqadigan musiqachilarga mo'ljallangan. Tayyor mahsulot ko'ylagi orqa qismidagi LED matritsasi bo'lib, u musiqaga mos ravishda yorug'lik shousini ishlab chiqarishi mumkin. Bu Pure Data va Arduino yordamida audio kirishni tahlil qilish orqali amalga oshiriladi. Ko'ylagi kalit bilan boshqariladigan ikkita sozlamaga ega bo'ladi. Bir sozlama LEDlarni musiqa amplitudasiga ko'ra boshqaradi, ikkinchisida esa LEDlar birma -bir miltillaydi va ohangga qarab rang o'zgaradi.

Qanday ishlaydi

Ushbu qurilma ikkita alohida sxemadan iborat bo'ladi. Ulardan biri to'g'ridan -to'g'ri kompyuterga ulangan Arduino Mega atrofida bo'ladi. Boshqa sxema LilyPad Arduino atrofida qurilgan va to'liq ko'ylagi ichida bo'ladi va 9V batareya bilan quvvatlanadi. Bu ikkala sxemalar bir -biri bilan XBee modullari yordamida simsiz aloqa o'rnatadi. Ovoz signallari kompyuterga o'rnatilgan mikrofon tomonidan qabul qilinadi va amplituda va chastota ma'lumotlarini olish uchun "Sof ma'lumotlar" da tahlil qilinadi. Bu ma'lumotlar MIDI kirish sxemasi yordamida Arduino Mega -ga o'tkaziladi va keyinchalik XBees yordamida LilyPad -ga uzatiladi. Keyin LilyPad ko'ylagi ustidagi LEDlar qanday ta'sir qilishini aniqlaydi.

Sizga nima kerak bo'ladi

Mega davri uchun

• Arduino mega 2560
• XBee Explorer tartibga solingan
• XBee 1mW izli antenna - 1 -seriya
• Mega uchun prototipli qalqon
• USB turi A dan B gacha
• USB - MIDI kabeli
• MIDI soket
• 1 x 220Ω qarshilik
• 1 x 270 Ω qarshilik
• 1 x 1N4148 diodi
• 1 x 6N138 optokupl

LilyPad davri uchun

• LilyPad Arduino 328 asosiy kartasi
• LilyPad XBee sindirish taxtasi
• XBee 1mW izli antenna - 1 -seriya
• LilyPad FTDI asosiy yorilish taxtasi
• 72 x LilyPad LEDlari (oq, ko'k, qizil, sariq, yashil, pushti va binafsha ranglarni o'z ichiga olgan)
• LilyPad slaydni almashtirish
• USB 2.0 A-Male-Mini kabeli
• 9V batareya
• 9V batareya klipi

Boshqa

• Kurtka
• Toza ma'lumotlar o'rnatilgan kompyuter va Arduino IDE o'rnatilgan
• Uskunalar simlari
• Lehimlash uskunalari
• Tel kesgichlar
• Tel -striptizchilar
• Katta ko'zli igna
• Ip
• Supero'tkazuvchi ip
• Qaychi
• Lenta o'lchovi
• Mato yopishtiruvchi yoki tiniq lak
• Bo'r yoki oq ko'z layneri
• Astar yoki eski futbolka uchun mato
• Velcro
• Matkap (ehtimol)
• Standart LED (sinov uchun)
• Non paneli (sinov uchun)
• Yana 220 Ω qarshilik (sinov uchun)
• Multimetr (sinov uchun)

Loyihaning narxi, yuqorida aytib o'tilgan asbob -uskunalarning qanchalik ko'pligiga bog'liq. Ammo, ehtimol, u 150 dan 200 funtgacha bo'lishi mumkin.

Qisqa eslatma - LilyPad taxtalari to'g'ridan -to'g'ri to'qimachilik mahsulotlariga tikilgan, shuning uchun 9V akkumulyator qisqichini lehimlash muammoga olib kelishi mumkin. Ulanish nozik va oson uzilishi mumkin. Siz AAA yoki LiPo batareyalari uchun maxsus ishlab chiqarilgan LilyPad taxtalarini olishingiz mumkin, ularni o'zingiz tanlashingiz mumkin. Biroq, men hali ham 9V yo'nalishidan o'tishni tanladim, chunki ularning batareya quvvati AAA -dan kattaroq va mening universitetimda LiPo batareyalaridan foydalanishga cheklovlar mavjud.

1 -qadam: MIDI kirish sxemasini yaratish

Birinchidan, MIDI kirish sxemasini ko'rib chiqaylik. Bu Arduino Mega -ga ulanadigan prototiplar taxtasida o'rnatilishi kerak. Bu MIDI xabarlarini Pure Data patch -dan Mega -ga "COMMUNICATION RX0" pin orqali yuborish uchun ishlatiladi. Tarmoq sxemasi va fotosurat uchun yuqoriga qarang. Prototip taxtangizga qarab, sizning tartibingiz biroz boshqacha bo'lishi mumkin, lekin men MIDI soketini pastki chap burchakda joylashtirishni tanladim. Bu erda qalqon ustidagi teshiklarni rozetkaga mahkamlash uchun burg'ulash kerak bo'lishi mumkin. Suratdagi qizil simlar 5V ga, jigarrang erga, qora sim 6N138 3 -pin, ko'k sim 6N138 2 -pin va sariq simlar RX0 ga ulangan. pin Keyinchalik XBee uchun joy ajratish uchun prototip taxtasining o'ng tomonida bo'sh joy qoldiriladi. Ehtimol, bortdagi treklarda tanaffuslar qilish kerak bo'ladi. Bu misol uchun ular 6N138 pinlari orasiga o'rnatilishi kerak edi.

MIDI kirish sxemasini sinovdan o'tkazish

Zanjirni sinab ko'rish uchun, USB -toifa A - B kabelidan foydalanib, quyidagi kodni Arduino Mega -ga yuklang. Qachonki, RX yoki TX pinlariga biror narsa ulangan bo'lsa, kodni yuklab bo'lmaydi, chunki bu bajarilganda qalqon qo'yilmaganligiga ishonch hosil qiling. Shuningdek, kod MIDI.h kutubxonasini o'z ichiga oladi, uni yuklab olishingiz kerak bo'ladi, uni quyidagi havolada topishingiz mumkin.

MIDI.h

Keyin qalqonni mega -ga joylashtiring va uni MIDI -USB kabeli orqali kompyuterning boshqa USB portiga ulang. Sizga kerak bo'lgan MIDI oxiri "tashqarida" deb belgilanadi. 2 -pinli 220 Ω rezistorga ulash panelidagi oddiy sxemani yarating va keyin uni standart LEDning anodiga ulang. LEDlarning katodini erga ulang.

Keyin, [60 100] xabari va [0 0] xabari bo'lgan, sof ma'lumotlar yamog'ini yarating, ularning ikkalasi ham chap kirish joyi orqali eslatma ob'ektiga ulangan. MIDI sozlamalarini ochish va chiqish moslamasini o'zgartirish orqali ushbu yamoq MIDI kirish sxemasiga ulanganligiga ishonch hosil qiling. Agar bu mavjud bo'lmasa, Pure Data -ni ochishdan oldin kompyuteringizga MIDI sxemasini ulaganingizga ishonch hosil qiling. Endi, agar sizning sxemangiz to'g'ri bo'lsa, LED [60 100] bosilganda yonadi va [0 0] tugmasi bosilganda o'chadi.

2 -qadam: LED matritsasini loyihalash

Keyinchalik, ko'ylagi orqa tomonidagi LED matritsasini ko'rib chiqish kerak. Bu to'g'ridan -to'g'ri asosiy LilyPad platasiga ulanadi. Odatda, LEDlarni mikrokontroller yordamida boshqarish uchun ularning har biri o'z shaxsiy pinlariga biriktirilgan bo'ladi. Biroq, faqat bitta Arduino LilyPad bilan bu juda cheklangan bo'lar edi. Hammasi bo'lib, LilyPad -da 12 ta raqamli pin va 6 ta analog, shuning uchun 18 ta chiqish pinlari mavjud. Biroq, bu pinlardan biri keyinchalik slaydni almashtirishni boshqarish uchun ishlatilganda, bu faqat 17 ta qoladi.

Bunday vaziyatda LilyPad boshqaruv pimlarining potentsialini oshirish uchun multiplexing deb nomlangan texnikadan foydalanish mumkin. Bu ikkita faktdan foydalanadi:

• LEDlar dioddir va faqat bitta yo'nalishda oqim oqishiga imkon beradi.
• Inson ko'zlari va miyasi tasvirni yorug'lik o'tadiganidan ancha sekinroq qayta ishlaydi, shuning uchun agar LEDlar etarlicha tez yonib tursa, biz sezmaymiz. Bu "Vizyonning barqarorligi" deb nomlanuvchi tushuncha.

Ushbu texnikani qo'llagan holda, nazorat qilinadigan LEDlar soni (n/2) x (n- (n/2)), bu erda n-nazorat pimlarining soni. Shunday qilib, 17 ta pin mavjud bo'lganda, 9x8 matritsada 72 ta LEDni boshqarish mumkin.

9x8 matritsadagi LEDlarning joylashuvi diagrammasini yuqorida ko'rish mumkin, shu jumladan har bir satr va ustun ulanadigan pinlar uchun takliflar. Shuni ta'kidlash kerakki, qatorlar va ustunlar tegmasligi kerak. Bundan tashqari, har bir LEDning o'z qarshiligi 100 Ω bo'lganligi sababli qarshilik talab qilinmaydi.

Tikishni boshlashdan oldin, siz ko'ylagi sxemasini rejalashtirishingiz kerak. Bu erda boshlash uchun yaxshi joy - ko'ylagi ustiga LEDlar kichik nuqtalar bilan ketadigan joyni belgilash, ular bir -biridan teng masofada joylashganligini o'lchash uchun lenta o'lchovi yordamida. Qora teri ko'ylagi uchun oq ko'z qalamchasi juda yaxshi ishlaydi va agar xatoga yo'l qo'yilsa osonlikcha o'chiriladi. Biroq, bo'r kabi boshqa muhitlar ham ko'ylagi materialiga va rangiga qarab ishlashi mumkin. Men ishlatgan LED ranglarining tartibini yuqorida ko'rish mumkin, ular keyinchalik berilgan kod bilan ishlaydi. Siz boshqa tartibni ishlatishingiz mumkin, garchi uni kodda o'zgartirish kerak bo'lsa.

Keyingi o'ylash kerak bo'lgan narsa - LilyPad, LilyPad XBee va elektr ta'minoti qayerga ketishi. Men ishlatgan ko'ylagi uchun eng oqilona va ehtiyotkor joy ko'ylagi orqasida, pastki va ichki astarida bo'lib tuyuldi. Buning sababi shundaki, bu erda kiyuvchilarning qo'llari urilib ketishi ehtimoldan yiroq emas va u LED matritsasiga osongina kira oladi. Bundan tashqari, men ishlatgan ko'ylagi pastda bo'shashgani uchun hamon qulay edi.

3 -qadam: LED matritsasini tikish

Bu vaqtda siz tikishni boshlashingiz mumkin. Supero'tkazuvchilar ip bilan ishlash qiyin bo'lishi mumkin, shuning uchun bir nechta foydali maslahatlar:

• Matoga yopishtiruvchi yordamida komponentni yopishtirish tikishni ancha osonlashtiradi.
• Har xil turdagi tikuvlar har xil estetik va funktsional xususiyatlarga ega bo'ladi, shuning uchun ularni ishga tushirishdan oldin ko'rib chiqish kerak. Biroq, bu loyiha uchun asosiy ishlaydigan tikuv yaxshi bo'lishi kerak.
• Tugunlar odatdagidan ko'ra "bahorroq" bo'lgani uchun o'tkazgichli ip bilan osonlikcha bo'shashadi. Buning yechimi, ularni yopish uchun oz miqdordagi shaffof lak yoki mato elimidan foydalanishdir. Dumlarini kesishdan oldin ularni quritishga vaqt bering.
• Tarmoq komponentlariga ulanish yoki ikkita chiziqli Supero'tkazuvchilar ipni bir -biriga ulashda, yaxshi mexanik va elektr ulanishini ta'minlash uchun bir necha marta tikish tavsiya etiladi.
• Sizning ignangiz o'tkir va katta ko'zga ega ekanligiga ishonch hosil qiling. Kurtkadan o'tish qiyin bo'lishi mumkin va o'tkazuvchan ip odatdagidan ko'ra qalinroq bo'ladi.
• Ipdagi bo'shashgan sochlardan ehtiyot bo'ling. Agar ular boshqa tikuv liniyalariga tegsa, ular sxemada qisqa chiziqlar yaratishi mumkin. Agar bu katta muammoga aylansa, sinov o'tkazilgandan so'ng va hamma narsa to'g'ri ishlayotganda, barcha chiziqlar aniq lak yoki mato yopishtiruvchi bilan yopishtirilishi mumkin.

Tikuvni boshlash uchun yaxshi joy qatorlardir. Ularni iloji boricha tekisroq qilish uchun chizg'ich yordamida tikish uchun zaif chiziqlar chizish mumkin. Siz ularni tikib bo'lgach, ustunlarga o'ting. Har safar qatorga kirganda juda ehtiyot bo'lish kerak, chunki ikkalasini kesib o'tmaslik juda muhim. Bunga yuqoridagi rasmda ko'rinib turganidek, ko'ylagi ichki qismidagi ustun uchun tikuv yaratish orqali erishish mumkin. Barcha satr va ustunlarni tugatgandan so'ng, multimetrdan shortilar yo'qligini tekshirish mumkin.

Sizni qoniqtirgandan so'ng, ko'ylagi o'ng tomonidagi ustun uchun LEDlarni tikishni boshlang. Har bir anodning o'z qatoriga va har bir katodning chapdagi ustunga biriktirilganligiga ishonch hosil qiling. Keyin, LilyPad Arduino -ni mato yopishtirgich yordamida bu ustunning pastki qismiga qo'ying va FTDI sindiruvchi taxtasi uchun pinlar pastga qaraganligiga ishonch hosil qiling. LilyPad -ning 11 -pinini 1 -qatorga, 12 -pinni 2 -qatorga va hokazo. A5 -pin 9 -qatorga tikilmaguncha tikib qo'ying. Keyin 10 -pinni eng o'ng ustunga tikib qo'ying. Birinchi ustunni sinab ko'rish uchun quyidagi kodni ishlatishingiz mumkin. Kodni yuklang va LilyPad-ni kompyuteringizga FTDI uzilish kartasi va USB 2.0 A-Male to Mini-B kabelidan foydalanib ulang.

Agar LilyPad -ni ulaganingizda to'g'ri port bo'lmasa, sizga quyidagi havolada mavjud bo'lgan FTDI drayverini o'rnatishingiz kerak bo'ladi.

FTDI haydovchi o'rnatish

LEDlarning birinchi ustunini yondirgandan so'ng, qolgan qismini ko'ylagi ustiga tikish vaqti keldi. Bu juda ko'p vaqt talab qiladigan jarayon, shuning uchun uni bir necha kun ichida ajratish yaxshiroqdir. Yo'lda ketayotganda har bir ustunni sinab ko'rishga ishonch hosil qiling. Siz buni yuqoridagi kodni moslashtirish orqali amalga oshirishingiz mumkin, shunda siz tekshirmoqchi bo'lgan ustunning pinini sozlashda chiqish sifatida e'lon qilinadi va keyin pastadir pastda o'rnatiladi. Boshqa ustunlar pinlari YUQORI qilib o'rnatilganligiga ishonch hosil qiling, chunki bu ularning o'chirilishini ta'minlaydi.

4 -qadam: Kalitni qo'shish

Keyinchalik, siz ko'ylagi sozlamalarini o'zgartirish uchun ishlatiladigan kalitni qo'shishingiz mumkin. Uni kurtkaning ichki qismiga LilyPad Arduino taxtasi ostiga tikish kerak. Supero'tkazuvchilar ipdan foydalanib, "o'chirilgan" deb belgilangan uchi erga, "yoqilgan" deb belgilangan uchi esa 2 -pinga ulangan bo'lishi kerak.

Siz quyidagi kod yordamida kalitni sinab ko'rishingiz mumkin. Bu juda oddiy va agar kalit ochiq bo'lsa, pastki o'ngdagi LEDni yoqadi va agar u yopiq bo'lsa, uni o'chiradi.

5 -qadam: Qurilmani simsiz qilish

LilyPad XBee va XBee Explorer -ni tayyorlash

LilyPad XBee-ni 6-pinli o'ng burchakli Erkak sarlavhasida lehimlash orqali konfiguratsiyaga tayyorlang. Bu keyinchalik uni LilyPad FTDI Basic Breakout platasi va USB Mini kabeli orqali kompyuterga ulash imkonini beradi. Bundan tashqari, 9V batareya qisqichini LilyPad XBee-ga qizil sim "+" va qora sim "-" piniga o'tadi.

Explorer panelini Arduino Mega prototiplash qalqoniga ulang. Explorer -dagi 5V va Ground -ga Mega -dagi 5V va Ground -ga, Explorer -dagi chiqish piniga Mega -da RX1 -ga, Explorer -dagi kirishga esa -Mega -dagi TX1 -ga ulanish kerak bo'ladi.

XBees -ni sozlash

Keyin XBees -ni sozlash kerak. Birinchidan, siz CoolTerm dasturini bepul o'rnatishingiz kerak, uni quyidagi havolada topishingiz mumkin.

CoolTerm dasturi

Ikkala XBee -ni bir -biridan ajratib qo'yganingizga ishonch hosil qiling, chunki ularni aralashtirib yubormang.

Birinchidan, kompyuter uchun XBee -ni sozlang. Uni LilyPad XBee Breakout taxtasiga joylashtiring va uni FTDI asosiy uzilish taxtasi va USB Mini kabeli yordamida kompyuterga ulang. CoolTerm -ni oching va Options -da to'g'ri ketma -ket portni tanlang. Agar ko'rmasangiz, "Seriya portlarini qayta skanerlash" tugmasini bosing. Keyin, tezlik 9600 ga o'rnatilganligiga ishonch hosil qiling, Local Echo -ni yoqing va kalit emulyatsiyasini CR -ga o'rnating. CoolTerm endi XBee -ga ulanishi mumkin.

XBee -ni buyruq rejimiga o'tkazish uchun asosiy oynaga "+++" kiriting. Qaytish tugmasini bosmang. Bu uni AT buyruqlari yordamida sozlash imkonini beradi. Agar bu muvaffaqiyatli bo'lsa, qisqa pauzadan so'ng "OK" xabariga javob bo'lishi kerak. Agar keyingi qatordan oldin 30 soniyadan ko'proq kechikish bo'lsa, buyruq rejimi o'chadi va buni takrorlash kerak bo'ladi. PAN identifikatori, MY ID, manzil identifikatorini o'rnatish va o'zgarishlarni saqlash uchun ko'plab AT buyruqlarini kiritish kerak. Qaytish har bir buyruqdan keyin bajarilishi kerak va ularni yuqoridagi jadvalda ko'rish mumkin. XBee kompyuteri uchun bu bajarilgandan so'ng, uni uzib qo'yish kerak va XBee ko'ylagi uchun ham xuddi shunday jarayonni bajarish kerak.

Siz yangi XBee sozlamalarini har bir AT buyrug'ini oxiridagi qiymatsiz yozib tekshirishingiz mumkin. Masalan, agar siz "ATID" deb yozsangiz va "Qaytish" tugmasini bosgan bo'lsangiz, "1234" qaytariladi.

XBees -ni sinab ko'rish

Bu vaqtda LilyPad XBee -ni LilyPad Arduino yonidagi kurtkaga tikib qo'ying. Supero'tkazuvchilar ip bilan quyidagi ulanishlarni o'rnatish kerak:

• LilyPad XBee -da 3.3V, LilyPad -da '+'
• LilyPad XBee -da LilyPad -ga topraklama
• LilyPad XBee -dagi RX -dan LilyPad -dagi TX -ga
• LilyPad XBee -dagi TX -dan LilyPad -dagi RX -ga

Endi qurilma XBees to'g'ri ishlashini tekshirish uchun sinovdan o'tkazilishi mumkin. Quyidagi "Wireless_Test_Mega" deb nomlangan kodni Arduino Mega -ga yuklash kerak va uning asosiy maqsadi ilgari yaratilgan oddiy Pure Data patchidan MIDI xabarlarini qabul qilish va XBee orqali turli qiymatlarni uzatishdir. Agar balandligi 60 bo'lgan MIDI eslatmasi qabul qilinsa, "a" xabari uzatiladi. Shu bilan bir qatorda, agar eslatma o'chirilgan bo'lsa, "b" uzatiladi.

Bunga qo'shimcha ravishda, "Wireless_Test_LilyPad" deb nomlangan kodni LilyPad -ga yuklash kerak. Bu XBees orqali Mega-dan xabarlarni oladi va shunga mos ravishda pastki o'ngdagi LEDni boshqaradi. Agar "a" xabari qabul qilinsa, ya'ni Mega 60 -sonli MIDI eslatmasini olgan bo'lsa, LED yonadi. Boshqa tomondan, agar "a" qabul qilinmasa, LED o'chadi.

Kod ikkala taxtaga ham yuklanganidan so'ng, qalqon Mega -ga qayta o'rnatilganiga va u ikkala kabel orqali kompyuterga ulanganligiga ishonch hosil qiling. XBee kompyuterini Explorer taxtasiga joylashtiring. Keyin, FTDI Breakout taxtasi kurtkadan uzilganligiga ishonch hosil qiling va XBee kurtkasini LilyPad XBee -ga joylashtiring. 9V batareyani ulang va Pure Data -dagi turli xabarlarni bosib ko'ring. Ko'ylagi pastki o'ngdagi LED yonishi va o'chishi kerak.

6 -qadam: Yakuniy teginishlar

Kod va aniq ma'lumotlar to'plami

Agar siz ko'ylagi simsiz ishlayotganidan xursand bo'lsangiz, pastdagi "MegaCode" eskizini Arduino Mega -ga va "LilyPadCode" eskizini LilyPad -ga yuklang. Sof ma'lumotlar yamog'ini oching, shunda DSP yoqilgan va kompyuterga o'rnatilgan mikrofonga audio kirish o'rnatilgan. Biroz musiqa ijro eting va kalitni siljiting. LEDlarning ovozga qanchalik yoki kam javob berishiga qarab, siz sof ma'lumotlarning chegaralarini biroz o'zgartirishingiz kerak bo'lishi mumkin.

Yangi astar qo'shish

Va nihoyat, ko'ylagi yanada estetik va kiyinish qulayroq bo'lishi uchun, ko'ylagi ichki qismiga tikuv va uning qismlarini yopish uchun boshqa astar qo'shilishi mumkin. Buni velcro yordamida amalga oshirish kerak, chunki har qanday o'zgartirish kerak bo'lganda, kontaktlarning zanglashiga oson kirishi mumkin.

Birinchidan, "pastadir" chiziqlarini (yumshoq qismi) ko'ylagi ichki tomoniga, yuqoridan va pastdan ikkala tomondan tikib qo'ying. Pastki qismini bo'sh qoldirish yaxshidir, chunki bu havo komponentlarga kirishiga imkon beradi. Keyin bir xil o'lchamdagi matodan kesib oling va unga ikki tomondan yuqoridan va pastdan "ilgak" chiziqlarini tikib qo'ying. Shuningdek, velcro bilan bir tomonda va eng qulay joyda, cho'ntagiga tikib qo'ying, batareya o'tirishi mumkin. Misollar uchun yuqoridagi rasmlarga qarang.

7 -qadam: Siz tugadingiz

Sizning simsiz Light Show ko'ylagi endi to'liq bo'lishi va ovozga muvaffaqiyatli javob berishi kerak! Bitta parametr amplitudali chiziq kabi effekt yaratishi kerak, ikkinchisida esa balandligiga qarab ranglari bilan musiqaga individual LEDlar miltillashi kerak. Video misollar uchun yuqoriga qarang. Siz hayron bo'lganingizda, rang va ohang faqat intonatsiyaga asoslangan Rosicrucian ordeni bilan bog'liq. Umid qilamanki, sizga bu loyiha yoqdi!