Arduino-basierte Lichtshow - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Ich habe eine Arduino-gesteuerte Lichtshow als meinen Einstieg für die Makers Rock, Album Art Collab gebaut. Mehr dazu erfahrt ihr unter folgendem Link: Makers Rock. Das Cover, das ich auswähle, ist vom Judas Priest - Painkiller-Album.

Das gesamte Stück ist eine Lichtshow, die in einen Holzrahmen eingeschlossen ist und auf die das Albumcover gelegt wird, damit das Licht durchscheint.

Schritt 1: Bereiten Sie den Holzrahmen vor

Sie können den Rahmen oder das Gehäuse beliebig bauen. Ich wähle Holz, da es einfach mit einfachen Werkzeugen zu bearbeiten ist.

Ich habe den Rahmen aus einigen Palettenbrettern gebaut, die ich gerettet habe. Ich markierte 4 Stücke der sauberen Teile der Bretter, die eine Länge von 30 Zentimetern maßen, und achtete darauf, 45-Grad-Gehrungen für die Fugen zu markieren.

Ich habe alles mit meiner Stichsäge geschnitten und es hat gut funktioniert. Wenn Sie Zugang zu einer Gehrungssäge oder einer Tischkreissäge haben, können Sie diese verwenden und viel bessere Ergebnisse erzielen. Die Verbindungen waren nicht perfekt, aber mit meinem Bandschleifer konnte ich die Stücke gut passen.

Während der Testanpassung habe ich festgestellt, dass sie zu breit sind und viel Platz im Inneren des Gehäuses benötigen, also habe ich mich entschieden, sie auf 2 cm Breite zu schneiden. Wieder benutzte ich meine Stichsäge, um sicherzustellen, dass ich nicht in die Linie schneide.

Die Gehrungsverbindungen hatten alleine nicht viel Unterstützung, daher habe ich kleine Dreiecksstücke geschnitten, um sie als zusätzliche Unterstützung in die Ecken zu kleben. Ich bin mir sicher, dass es hier eine Menge besserer Möglichkeiten gibt, aber das war die beste Idee, die ich im Moment hatte.

Ich habe die Gehrungen mit Holzleim in der Mitte der Fugen und CA-Kleber an den Enden verbunden, um als Klemme zu wirken und sie an Ort und Stelle zu halten, während der Holzleim aushärtet. Die kleinen Stützdreiecke wurden nur mit CA-Kleber verklebt, um den Vorgang zu beschleunigen.

Schritt 2: Prototypen der Schaltung

Die Elektronik für die Lichtshow im Inneren besteht aus einem Arduino Uno-Board mit einem Mikrofon aus einem kaputten Headset, das auf die Geräusche im Raum hört und dann die Gesamtlautstärke reflektiert, indem es eines der 5 LED-Streifen im Inneren beleuchtet.

Die Schaltung besteht aus zwei unabhängigen Teilen. Der erste Teil ist das Mikrofon mit seinem einzelnen Transistorverstärker, während der zweite Teil die Treiber für die LED-Streifen sind. Wir brauchen sie, da der Arduino und der Mikrofonverstärker mit 5V arbeiten, während der LED-Streifen mit 12V läuft.

Das Mikrofon ist über einen 10k-Widerstand mit dem 5V-Ausgang des Arduino und über einen Kondensator mit der Basis des Transistors verbunden. Der Transistor verstärkt dann das Signal mit einem mittleren Pegel von 2,5 V, damit wir es am analogen Eingang A0 des Arduino abholen können.

Um die 12V für die LEDs einzuschalten, wird die Basis der Transistoren über einen 10k-Widerstand mit einem digitalen Ausgang verbunden und die gleiche Schaltung wird 5-mal wiederholt. Ich schalte in jedem der Abschnitte nur 3 LEDs ein, damit ich die Transistoren verwenden kann. Wenn Sie das Projekt ändern möchten, um längere Streifen zu verwenden, müssen Sie einige MOSFETs verwenden.

Obwohl es wie eine komplizierte Schaltung erscheinen mag, ist es in Wirklichkeit eine sehr einfache. Ich habe alles auf einem Steckbrett getestet und nachdem ich sichergestellt habe, dass es wie erwartet funktioniert, habe ich ein Schild gebaut, das direkt auf dem Arduino Uno montiert wird.

Schaltplan ist verfügbar unter:

Schritt 3: Erstellen Sie das Arduino-Shield

Sobald ich mit der Schaltung zufrieden war, habe ich ein Schild für den Arduino auf einem Perfboard gebaut. Sie können den vollständigen Build-Prozess im angehängten Video für das Projekt sehen.

Schritt 4: Programmieren Sie das Arduino

Der Hauptdarsteller des Projekts ist der Code, der auf dem Arduino programmiert wird. Dies macht die schwere Arbeit, die Schallpegel vom Mikrofon zu analysieren und sie in sichtbares Licht zu verwandeln, das der Musik folgt. Sie können den gesamten Code von meiner GitHub-Seite herunterladen und finden den Link dazu in der Videobeschreibung zusammen mit dem Schaltplan für die Elektronik.

Kurz gesagt besteht der Code aus 3 Hauptteilen: Abrufen einer Musikprobe zur Analyse, Bestimmung der Geräuschpegel und dann Steuerung der Ausgabe an die LEDs basierend auf dem berechneten Wert. Ich weiß, dass das für manche nach Raketenwissenschaft klingen mag, aber es ist wirklich einfach, wenn man die Dinge in den Griff bekommt.

Die Skizze am Anfang definiert alle Variablen und Konstanten, die wir verwenden werden. Ich habe dafür gesorgt, dass jede von ihnen erklärt wird, damit Sie sie leichter verstehen können. Danach haben wir die Setup-Funktion, die die serielle Kommunikation zu Debugging-Zwecken startet, das Array leert und initialisiert, das wir für die Peak-to-Peak-Lautstärkeerkennung verwenden werden, und die Ausgänge für die LEDs definiert.

Im Loop-Abschnitt des Codes starten wir zuerst das Sampling des Audios, damit wir seine Peak-to-Peak-Lautstärke erkennen können. Bei einer regulären Schallwelle ist das Fehlen von Rauschen ein Pegel in der Mitte der minimalen und maximalen Spannung, die der Verstärker erzeugen kann. In unserem Fall sind das 2,5V.

Sobald ein Geräusch erkannt wird, erhalten wir eine Welle, die sich auf und ab bewegt. Um hohe Geräusche zu erkennen, sind wir an der kombinierten Amplitude dieser Welle interessiert. Anstelle einer sich bewegenden Welle bilden wir die Werte von 0 bis max in einer Art invertierten Zustand ab, um hohe von leisen Tönen leicht unterscheiden zu können.

Die nächsten beiden Abschnitte des Codes tun genau das. Zuerst messen wir die Amplitude von Spitze zu Spitze und bestimmen das Maximum dieser Spitze für die Periode. Je weiter das Mikrofon funktioniert, je weiter Sie davon entfernt sind, desto weniger Lautstärke kann es aufnehmen. Daher müssen wir einen Faktor berechnen, der das gemessene Signal entweder verstärkt oder verringert und auf den verschiedenen Ebenen die gleiche Reaktion zeigt.

Als letzten Schritt multiplizieren wir den Messwert vom Mikrofon mit dem soeben berechneten Faktor und schalten basierend auf dem Ergebnis bestimmte LEDs ein.

Nachdem die Platine gemäß dem Schaltplan gelötet war, stellte ich sicher, dass ich sie testete, bevor ich mit der Vorbereitung des eigentlichen Albumcovers fortfuhr.

Code auf GitHub:

Schritt 5: Bereiten Sie die vordere Abdeckung vor

Für die Vorderseite des Stückes habe ich eine Platte aus klarem Acryl verwendet. Ich habe das gedruckte Kunstwerk auf Maß geschnitten und eine Schicht transparenten Holzleims auf die Oberfläche ohne die Schutzhülle auf dem Acryl aufgetragen. Wenn Sie Zugang zu Mod Podge oder zu einem klaren Acrylgel-Medium haben, ist es besser, dieses anstelle von Holzleim zu verwenden, aber es funktioniert fast genauso.

Der Trick beim Auftragen des Bildes besteht darin, nicht zu viel Kleber zu verwenden, wie ich es getan habe, um keine Falten auf dem Papier zu bekommen. Weniger ist in diesem Fall besser, aber die Oberfläche muss vollständig bedeckt sein. Wenn der Kleber noch nass ist, ist das Kunstwerk kaum sichtbar, aber nach dem vollständigen Trocknen wird es transparent.

Ich ließ den Rahmen 24 Stunden lang aushärten und fand dann die Platzierung des Arduino im Rahmen heraus. Ich möchte, dass das Kunstwerk an einer Wand hängt und da es für die Stromversorgung eingesteckt werden muss, habe ich die Platine auf der Unterseite montiert, damit das Netzteilkabel aus der Steckdose kommt.

Ich habe das meiste Material mit einer Bügelsäge entfernt und mich dann mit einem Meißel und einer Feile durchgearbeitet. Wenn Sie einen Handfräser haben, ist das viel schneller als der Meißel. Ich habe auch ein Loch durch den Rahmen gebohrt, damit das Mikrofon herausragen und die Geräusche aus dem Raum aufnehmen kann.

Vor der Fertigstellung habe ich den Rahmen mit Schleifpapier der Körnung 240 geschliffen und dann eine Schicht Holzlasur aufgetragen. Ich habe den Fleck mit einem Tuch abgewischt und nach einiger Zeit wieder abgewischt.

Schritt 6: Montieren Sie die Lichtshow

Die Dicke des Rahmens reichte nicht aus, um die gesamte Elektronik an Ort und Stelle zu halten, daher habe ich zwei Schichten 5 mm schwarzer XPS-Schaumstoffisolierung auf beide Seiten des Rahmens geschnitten und geklebt. Abgesehen davon, dass Platz für die gesamte Elektronik geschaffen wurde, gab der Schaumstoff dem Stück von den Seiten ein schönes geschichtetes Aussehen.

Alle elektronischen Komponenten werden mit Heißkleber im Inneren des Rahmens montiert, beginnend mit dem Mikrofon und dann der Hauptplatine des Arduino.

Auf der Rückseite habe ich ein Blatt aus 3 mm hochdichter Faserplatte markiert und geschnitten, das als Rückwand und Reflektor dient, da eine der Seiten weiß ist. Ich habe kleine 3,5 x 16 mm Schrauben verwendet, um es von hinten zu befestigen. Ich entfernte dann die Rückseite vom Kleber auf den LED-Streifen und klebe sie auf die Faserplatte.

Die Acrylfront wird auch mit den gleichen 16mm Schrauben befestigt, aber ich versenke die Schraubenlöcher mit einem 6mm Bohrer, damit sie bündig mit der Front sitzen. Wenn Sie eine Oberfräse haben, können Sie eine Nut in den Rahmen bohren und das Acryl so umschließen.

Am Ende ging es nur noch darum, die andere Schutzschicht von der Acrylglasplatte zu entfernen und alles auf Funktionsfähigkeit zu testen. Um es an die Wand zu hängen, habe ich zwischen zwei der Gerölle auf der Rückseite ein Stück Schnur angebracht.

Schritt 7: Genießen Sie Ihre Arduino Light Show

Alles in allem bin ich super zufrieden, wie sich das entwickelt hat. Das Gehäuse hätte etwas besser sein können, wenn ich die richtigen Holzbearbeitungswerkzeuge hätte, aber es ist immer noch eine schöne Wanddekoration. Seit ich es gebaut habe, hatten wir mit meinen Kindern viel Spaß damit, aber es ist Zeit, dass es ein neues Zuhause findet.

Ich werde das von mir gebaute Stück verschenken. Schauen Sie sich also das Video auf YouTube an, um zu erfahren, wie Sie es gewinnen können.

Probieren Sie den Code auf YouTube

Video des Projekts erstellen

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Schaltplan ist verfügbar unter:

Code auf GitHub: