مصور صوتي لشريط RGB LED غير قابل للعنونة: 6 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

لقد كان لدي شريط 12v RGB LED حول خزانة التلفزيون الخاصة بي لفترة من الوقت ويتم التحكم فيه بواسطة مشغل LED ممل يتيح لي اختيار لون واحد من بين 16 لونًا مبرمجًا مسبقًا!

أستمع إلى الكثير من الموسيقى التي تحفزني ولكن الإضاءة لا تضبط الحالة المزاجية بشكل صحيح. لإصلاح ذلك ، قررت أخذ الإشارة الصوتية التي تم إعطاؤها لمكبر الصوت الخاص بي من خلال AUX (مقبس 3.5 مم) ، ومعالجتها والتحكم في شريط RGB وفقًا لذلك.

تتفاعل مصابيح LED مع الموسيقى بناءً على حجم الترددات الجهير (منخفض) وثريبل (متوسط) وعالي.

نطاق التردد - اللون كما يلي:

منخفض - أحمر

منتصف - أخضر

عالية - أزرق

يتضمن هذا المشروع الكثير من الأشياء التي تصنعها بنفسك لأن الدائرة بأكملها بنيت من الصفر. يجب أن يكون هذا سهلاً للغاية إذا كنت تقوم بإعداده على لوح التجارب ، ولكن من الصعب جدًا لحامه على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

اللوازم

(x1) شريط RGB LED

(x1) Arduino Uno / Nano (يوصى باستخدام Mega)

(x1) TL072 أو TL082 (TL081 / TL071 جيدة أيضًا)

(x3) ترانزستور TIP120 NPN (TIP121 أو TIP122 أو N-Channel MOSFETs مثل IRF540 و IRF 530 جيدة أيضًا)

(x1) مقياس جهد خطي 10 كيلو أوم

(x3) مقاومات 100 كيلو أوم 1/4 واط

(x1) 10 فائق التوهج مكثف كهربائيا

(x1) مكثف سيراميك 47nF

(x2) موصل صوت 3.5 مم - أنثى

(x2) بطارية 9 فولت

(x2) موصل بطارية 9 فولت

الخطوة 1: فهم أنواع شرائط RGB LED

هناك نوعان أساسيان من شرائط LED ، النوع "التناظري" والنوع "الرقمي".

تحتوي شرائط النوع التناظري (الشكل 1) على جميع مصابيح LED المتصلة بالتوازي وبالتالي فهي تعمل مثل LED ثلاثي الألوان ضخم ؛ يمكنك ضبط الشريط بالكامل على أي لون تريده ، لكن لا يمكنك التحكم في ألوان LED الفردية. إنها سهلة الاستخدام للغاية وغير مكلفة إلى حد ما.

تعمل شرائط النوع الرقمي (الشكل 2) بطريقة مختلفة. لديهم شريحة لكل LED ، لاستخدام الشريط ، عليك إرسال بيانات مشفرة رقميًا إلى الشرائح. ومع ذلك ، هذا يعني أنه يمكنك التحكم في كل LED على حدة! بسبب التعقيد الإضافي للشريحة ، فهي أغلى ثمناً.

إذا كنت تجد صعوبة في التعرف فعليًا على الاختلافات بين الشرائط التناظرية والرقمية ،

1. يستخدم النوع التناظري 4 دبابيس ، 1 إيجابي مشترك و 3 سلبيات ، أي واحد لكل لون RGB.
2. النوع الرقمي يستخدم 3 دبابيس ، موجب ، بيانات وأرضي.

سأستخدم شرائط من النوع التناظري ، لأن

1. هناك عدد قليل جدًا أو معدوم من التعليمات التي تعلم كيفية إنشاء شريط تناظري تفاعلي للموسيقى. يركز معظمهم على النوع الرقمي ومن السهل جعلهم يتفاعلون مع الموسيقى.
2. كان لدي بعض الشرائط من النوع التناظري ملقاة حولها.

الخطوة الثانية: تضخيم الإشارة الصوتية

إشارة الصوت التي يتم إرسالها عبر مقبس الصوت هي

إشارة تناظرية تتأرجح في نطاق + 200mV و -200mV. هذه مشكلة الآن هي أننا نريد قياس الإشارة الصوتية بأحد مدخلات Arduino التناظرية لأن مدخلات Arduino التناظرية يمكنها فقط قياس الفولتية بين 0 و 5 فولت. إذا حاولنا قياس الفولتية السالبة في الإشارة الصوتية من ، فإن Arduino سيقرأ 0V فقط وسننتهي بقص الجزء السفلي من الإشارة.

لحلها ، يتعين علينا تضخيم وتعويض الإشارات الصوتية بحيث تقع في نطاق 0-5 فولت. من الناحية المثالية ، يجب أن يكون للإشارة سعة 2.5 فولت تتأرجح حول 2.5 فولت بحيث يكون جهدها الأدنى 0 فولت والجهد الأقصى 5 فولت.

التضخيم

مكبر الصوت هو الخطوة الأولى في الدائرة ، فهو يزيد من سعة الإشارة من حوالي + أو - 200mV إلى + أو - 2.5V (بشكل مثالي). تتمثل الوظيفة الأخرى لمكبر الصوت في حماية مصدر الصوت (الشيء الذي يولد الإشارة الصوتية في المقام الأول) من بقية الدائرة. ستصدر الإشارة المكبرة الصادرة كل تيارها من مكبر الصوت ، لذا فإن أي حمل يتم وضعه لاحقًا في الدائرة لن يشعر به مصدر الصوت (الهاتف / iPod / الكمبيوتر المحمول في حالتي). قم بذلك عن طريق إعداد أحد op-amps في حزمة TL072 أو TL082 (الشكل 2) في تكوين مكبر صوت غير مقلوب.

تقول ورقة البيانات الخاصة بـ TL072 أو TL082 أنه يجب تشغيلها بـ +15 و -15 فولت ، ولكن نظرًا لأن الإشارة لن يتم تضخيمها أبدًا فوق + أو - 2.5 فولت ، فمن الجيد تشغيل op-amp بشيء أقل. لقد استخدمت بطاريتين سلكيتين بتسعة فولت على التوالي لإنشاء مصدر طاقة + أو - 9 فولت.

قم بربط + V (دبوس 8) و –V (دبوس 4) إلى المرجع أمبير. قم بتوصيل الإشارة من المقبس الأحادي إلى الإدخال غير المقلوب (دبوس 3) وقم بتوصيل الدبوس الأرضي للمقبس بالمرجع 0V على مصدر الجهد الخاص بك (بالنسبة لي كان هذا هو التقاطع بين بطاريتين 9V في السلسلة). قم بتوصيل المقاوم 100kOhm بين الإخراج (دبوس 1) والمدخل المقلوب (دبوس 2) من المرجع أمبير. في هذه الدائرة ، استخدمت مقياس جهد سلكيًا بقوة 10 كيلو أوم كمقاوم متغير لضبط الكسب (المقدار الذي يضخمه مكبر الصوت) لمكبر الصوت غير المقلوب. قم بتوصيل هذا الوعاء المستدق الخطي 10K بين المدخلات المقلوبة والمرجع 0V.

تعويض DC

تتكون دائرة إزاحة التيار المستمر من مكونين رئيسيين: مقسم جهد ومكثف. يتكون مقسم الجهد من مقاومين 100 ألف موصلين على التوالي من مزود Arduino's 5V إلى الأرض. نظرًا لأن المقاومات لها نفس المقاومة ، فإن الجهد عند التقاطع بينهما يساوي 2.5 فولت. يرتبط هذا التقاطع 2.5 فولت بإخراج مكبر الصوت عبر مكثف 10 فائق التوهج. عندما يرتفع وينخفض الجهد على جانب مكبر الصوت للمكثف ، فإنه يتسبب في تراكم الشحنة وتنافرها مؤقتًا من جانب المكثف المتصل بوصلة 2.5 فولت. يؤدي هذا إلى تأرجح الجهد عند تقاطع 2.5 فولت لأعلى ولأسفل ، متمركزًا حول 2.5 فولت.

كما هو موضح في التخطيطي ، قم بتوصيل السلك السالب لمكثف 10 فائق التوهج بالإخراج من مكبر الصوت. قم بتوصيل الجانب الآخر من الغطاء بالوصلة بين مقاومين 100k موصلين في سلسلة بين 5V والأرض. أضف أيضًا مكثفًا 47nF من 2.5 فولت إلى الأرض.

الخطوة 3: تحليل الإشارة إلى مجموع الجيوب الثابتة - النظرية

الإشارة الصوتية المرسلة من خلال أي مقبس مقاس 3.5 مم موجودة في ملف

نطاق 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز. يتم أخذ عينات منها عند 44.1 كيلو هرتز ويتم تشفير كل عينة على 16 بت.

لتفكيك الترددات الأساسية المكونة للإشارة الصوتية ، نطبق تحويل فورييه على الإشارة ، التي تحلل الإشارة إلى مجموع أشباه الجيوب الثابتة. بمعنى آخر ، يحول تحليل فورييه إشارة من مجالها الأصلي (غالبًا الزمان أو المكان) إلى تمثيل في مجال التردد والعكس صحيح. لكن حسابها مباشرة من التعريف غالبًا ما يكون بطيئًا جدًا بحيث لا يكون عمليًا.

توضح الأشكال كيف تبدو الإشارة في مجال الوقت والتردد.

هذا هو المكان الذي تكون فيه خوارزمية تحويل فورييه السريع (FFT) مفيدة جدًا!

حسب التعريف،

يحسب FFT بسرعة مثل هذه التحولات عن طريق تحليل مصفوفة DFT إلى منتج من العوامل المتفرقة (في الغالب صفر). نتيجة لذلك ، فإنه يعمل على تقليل تعقيد حساب DFT من O (N2) ، والذي ينشأ إذا طبق المرء ببساطة تعريف DFT ، إلى O (N log N) ، حيث N هو حجم البيانات. يمكن أن يكون الاختلاف في السرعة هائلاً ، خاصة بالنسبة لمجموعات البيانات الطويلة حيث قد يكون N بالآلاف أو بالملايين. في حالة وجود خطأ تقريب ، فإن العديد من خوارزميات FFT أكثر دقة من تقييم تعريف DFT بشكل مباشر أو غير مباشر.

بعبارات بسيطة ، هذا يعني فقط أن خوارزمية FFT هي طريقة أسرع لحساب تحويل فورييه لأي إشارة. يستخدم هذا بشكل عام على الأجهزة ذات طاقة الحوسبة المنخفضة.