LED Matrix VU-Meter - Gunook

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

Die Inspiration für dieses Projekt kam von einem großen Elektronik-Youtuber GreatScott, der eine LED-Matrix mit 100 LEDs erstellt hat. Ich wollte dieses Projekt wirklich neu erstellen, also habe ich eine Matrix mit der doppelten Anzahl von LEDs erstellt.

Außerdem liebe ich das Aussehen von Musik, die mit Farbe angezeigt wird, das ist eine Farborgel oder ein Vu-Meter. Ich wusste also, dass ich die Matrix irgendwie programmieren würde, um einen dieser Effekte zu erzielen.

Das Projekt wird in diesen Schritten durchgeführt:

1. Sammeln aller Materialien und Werkzeuge
2. Backboard vorbereiten
3. Montage der LEDs
4. Das quadratische Schaumgitter herstellen
5. Vorbereiten von Acrylumrandungen und Frontboard
6. Herstellung der Controllerplatine
7. Herstellung der Aluminiumständer
8. Alles zusammen bauen
9. Hochladen der Skizze und Testen

Schritt 1: Sammeln Sie die erforderlichen Materialien/Werkzeuge:

Zum Bau der LED-Matrix benötigen Sie folgende Materialien:

• Adressierbarer LED-Streifen 4m
• Arduino NANO
• MSGEQ7 - 7-Band-Sound-Equalizer
• 5V Netzteil (Computer-Netzteil)
• Elektronische Komponenten (Kondensatoren, Widerstände, Prototypen PCB, …)
• MDF-Rückplatte - 10 mm
• Streuweißes Acryl-Plexiglas (3mm)
• Schwarzes Acryl-Plexiglas (3mm)
• Schaumstoffplatte (3mm)
• Vierkantprofil aus Kunststoff
• T-Profil aus Aluminium
• Kupferdraht mit massivem Kern (22AWG) - UTP-Draht
• Kupferdraht mit massivem Kern (10AWG) - Netzkabel
• Kleine Holzschrauben
• Holz-/Aluminiumleim und Sekundenkleber

Sie benötigen außerdem die folgenden Werkzeuge:

• Lötgeräte (Eisen, Lötzinn, …)
• Kabelschneider
• Stichsäge
• Bohrer (und kleine Bits)
• x-acto Messer
• Winkelschleifer/Cutter
• Heißklebepistole + Klebestifte
• 1m Lineal
• Schere

Schritt 2: Bereiten Sie das Backboard vor:

Beginnen wir dieses Projekt, indem wir die Hauptrückwand herstellen, auf die wir später die LEDs kleben werden. Für das Material habe ich 10mm MDF (Mitteldichte Faserplatte) verwendet und das liegt daran, dass ich es herumliegen hatte und es perfekt war, weil es stabil und dennoch leicht zu schneiden war.

Zeichnen Sie zuerst mit einem Lineal und einem Bleistift die Form des Rechtecks auf die Platte, damit Sie beim Schneiden Hilfslinien haben. Das Rechteck sollte die nächsten Abmessungen haben: 65,5cm x 32,5cm. Sie sollten das Rechteck möglichst quadratisch gestalten, damit die Acrylumrandungen, die wir später erstellen werden, passen.

Als nächstes schneiden Sie die Form mit Hilfe einer Stichsäge (oder einer Handsäge) aus. Machen Sie möglichst gerade Schnitte.

Reinigen Sie die Kanten nach dem Schneiden ein wenig mit etwas Schleifpapier, damit sie glatt und gerade sind.

Verwenden Sie nun das Lineal, um ein Raster zu zeichnen, das uns hilft, die LEDs im nächsten Schritt zu platzieren. Zeichnen Sie die erste Reihe 16, 25 mm unter der Oberseite des Bretts, dann zeichnen Sie alle 32,5 mm Reihen. Die erste Spalte ist 16, 38 mm von der linken Seite der Platine entfernt, jede nächste Spalte ist 32, 75 mm von der letzten entfernt. Wenn Sie fertig sind, sollten Sie 10 Reihen und 20 Spalten haben, die gleichmäßig verteilt sind…

Schritt 3: Montieren Sie die LEDs:

Für dieses Projekt benötigen Sie 4 Meter einzeln adressierbare LEDs, die in meinem Fall in 4 Rollen mit 60 LEDs pro Meter geliefert wurden und mir 240 LEDs (200 benötigt) lieferten.

Beginnen Sie mit dem Schneiden jeder LED auf dem Pad, wo sie geschnitten werden soll. Sie können eine Schere oder einen Drahtschneider verwenden, um sie zu schneiden.

Als nächstes verwenden Sie etwas Sekundenkleber unter jeder LED und kleben Sie sie auf das Raster, das wir im vorherigen Schritt gezeichnet haben (wo sich die Linien schneiden). Achten Sie auf die Pfeile auf den LEDs - sie müssen in dieser Reihe gleich ausgerichtet sein. In jeder nächsten Zeile wird die Ausrichtung umgedreht, sodass wir einen durchgehenden Pfad haben.

Jetzt kommt das Löten - viel Löten:

Wir müssen alle LEDs richtig miteinander verbinden. Holen Sie sich Ihren dünnen Kupferdraht mit massivem Kern (in meinem Fall habe ich UPT-Drähte verwendet) und beginnen Sie mit dem Löten aller horizontalen LEDs, indem Sie GND -> GND, DO (Datenausgang) -> DI (Dateneingang), 5V -> 5V anschließen. Wenn Sie am Ende der Reihe angelangt sind, verbinden Sie einfach den letzten (DO) mit dem (DI) der LED, die in der nächsten Reihe unten ist.

Jetzt werden wir einige veticale Löcher in der Mitte bohren, damit wir die LEDs mit Strom versorgen. Bohren Sie ein Loch pro LED in dieser Reihe, damit jede Reihe mit Strom versorgt wird. Wir brauchen mehrere Steckdosen, da sonst der Spannungsabfall an den letzten LEDs zu groß wäre. Legen Sie nun den dicken Kupferdraht in jedes Loch und löten Sie den entsprechenden Stromstift an.

Drehen Sie die Platine um und verbinden Sie alle Masse- und +5V-Drähte, die durch die Löcher kommen. Verwenden Sie den dickeren Kupferdraht. Schließen Sie auch zwei isolierte Drähte an die Stromschienen an - diese werden dann mit der Steuerplatine verbunden.

Als letztes bohren Sie ein Loch an der ersten LED, legen einen Draht (diesen mit der Isolierung) durch und löten ihn an den DI (Dateneingang) an dieser ersten LED.

Schritt 4: Machen Sie das quadratische Schaumgitter:

In diesem Schritt werden wir das Schaumgitter herstellen, das als Barriere für das Licht dient, das auf dem diffusen Acryl als Pixel für jede LED reflektiert wird.

Holen Sie sich Ihre 3 mm Schaumstoffplatte und schneiden Sie zwei Sätze verschiedener Streifen aus. Sie benötigen 9 lange und 19 kurze.

Als nächstes müssen Sie einige Rillen in die Streifen schneiden, die später verwendet werden, um die langen und kurzen Streifen zusammenzufügen. Die Rillen müssen 3 mm breit und 25 mm lang sein. Auf dem langen Streifen müssen es 19 und auf den kurzen 9 Rillen sein. Ausführlichere Anweisungen finden Sie unter Foam_Grid.pdf.

Fügen Sie nun die Streifen zusammen, legen Sie die kurzen senkrecht und die langen waagerecht.

Wenn Sie weißes Foamboard haben, müssen Sie das gesamte Raster schwarz malen, damit das Licht nicht zum nächsten Pixel durchgelassen wird.

Schritt 5: Prepeare Acrylränder und Front-Board:

Das von der LED kommende Licht muss auf ein halbtransparentes Material gestreut werden, um eine quadratisch aussehende Pixelform zu erhalten. Dafür verwenden wir eine 3mm weiße Acrylplatte, die wir auf die gleichen Maße wie unsere Rückwand zuschneiden: 65,5cm x 32,5cm. Das wird unser Frontboard sein.

Jetzt müssen wir die Ränder machen, die das Vorder- und das Rückbrett zusammenhalten. Dies wird aus 3mm schwarzem Acryl gemacht. In meinem Fall hatte ich kein Acryl zu Hause, also habe ich die Ränder von einer Firma bekommen und sie haben sie auf meine Größe lasergeschnitten. Wenn Sie keine solche Firma/Laser zur Verfügung haben, müssen Sie das Acryl besorgen und die Stücke von Hand ausschneiden.

Sie benötigen zwei 66, 3 cm und zwei 32, 3 cm lange Stücke, beide 3,8 cm breit.

An den Enden müssen Sie Rillenschnitte machen, damit die Ränder gut zusammensitzen. An den langen beiden Rändern müssen Sie in der Mitte eine 10-mm-Rille und an den kurzen beiden Rändern eine 10 mm-Lasche in der Mitte machen. Sie machen die Lasche, indem Sie zwei Nuten an den gegenüberliegenden Seiten schneiden, wo Sie eine Nut am langen Rand erstellt haben. Auch hier haben Sie die Borders.pdf für weitere Anweisungen.

Sie müssen nun ein paar Löcher bohren, um später die Ränder an der Backplate zu verschrauben. Bohren Sie 3 mm Löcher 5 mm vom Ende entfernt (damit die Schraube dann in die Mitte der Rückwand passt). Bohren Sie 3 Löcher an den kurzen Rändern und 4 Löcher an den langen. Platzieren Sie sie gleichmäßig.

Als letztes müssen die quadratischen Kunststoffprofile vorbereitet werden, die die Ränder mit der Frontplatte verbinden und der Matrix auch eine schön aussehende Blende verleihen. Schneiden Sie zwei 66, 5 cm und zwei 32, 5 cm lange Stücke ab. Schneiden Sie nun an jeder Kante einen 45°-Winkel, damit die Blenden später schön zusammensitzen.

Schritt 6: Machen Sie die Controller-Platine:

Der Hauptmikrocontroller zum Ansteuern der LEDs wird ein Arduino NANO sein. Da unsere Matrix ein Vu-Meter anzeigen soll, müssen wir das Audiosignal irgendwie in den Controller einspeisen. Dafür verwenden wir einen IC - MSGEQ7 - das ist ein 7-Band-Audio-Grafik-Equalizer.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Controllerplatine zu erstellen:

1. Machen Sie die Schaltung auf einem Steckbrett (Kein Löten erforderlich)
2. Machen Sie die Schaltung auf einer Prototypenplatine
3. Machen Sie Ihre eigene Leiterplatte, indem Sie sie ätzen
4. Bestellen Sie Ihre Leiterplatte bei einem Hersteller

Ich habe mein Board auf einem Prototypenboard erstellt und werde den Schaltplan und die Board-Datei einfügen, damit Sie wählen können, wie Sie Ihr Board erstellen möchten.

Hier ist eine gute Anleitung, wenn Sie Ihre eigene Platine ätzen möchten: PCB Etching

Schritt 7: Machen Sie die Aluminiumständer:

Damit unsere Matrix für sich allein steht, müssen wir etwas machen, damit es sie unterstützt und nicht umfällt. Es ist ein einfaches Design, aber es erledigt die Arbeit.

Holen Sie sich Ihr T-förmiges Aluminiumprofil und schneiden Sie zwei Längen von 30 cm zu.

Machen Sie nun einen V-Schlitz 10 cm von einem Ende entfernt.

Biegen Sie das Profil um 90°, wo der V-Schlitz ist und die Ständer sind fertig.

Ich habe auch eine Schraube und eine Mutter für die Steifigkeit hinzugefügt.

Schritt 8: Alles zusammenbauen:

Wir haben jetzt jeden Teil der Matrix zum Zusammensetzen bereit

Beginnen Sie damit, die Grenzen mit dem Frontboard zu verbinden. Wir werden die zuvor vorbereiteten Kunststoff-Vierkantprofile verwenden. Verwenden Sie Heißkleber, um die 3 Komponenten zusammenzukleben (Bordüre - Vierkantprofil - Frontplatte).

Richten Sie nun alles zusammen und verwenden Sie einen sehr kleinen Bohrer, um Pilotlöcher zu bohren. Wir können jetzt alles mit Holzschrauben zusammenschrauben.

Lassen Sie uns die Aluminiumständer mit etwas Aluminium- / Holzleim ankleben. Richten Sie beide 10 cm von der Kante aus aus.

Wir können nun die Controllerplatine anschrauben und die letzten Dinge verdrahten. Der Draht, den wir an die Daten der ersten LED gelötet haben, geht an die Klemme auf der Platine, die "OUT" sagt.

Wir müssen jetzt alle Masse und die +5V mit dickerem Kupferdraht verbinden. Löten Sie zwei isolierte Drähte an Masse und +5 V und verbinden Sie sie mit den entsprechenden Pins auf der Steuerplatine. Ich habe auch einen 470uF-Kondensator hinzugefügt, um die Spannung ein wenig zu glätten.

Als letztes wird die Stromversorgung vom Netzteil (Masse und +5 V DC) angeschlossen.

Schritt 9: Laden Sie die Skizze hoch und testen Sie:

Wir sind jetzt bereit zum Testen

Laden Sie die Skizze hoch, die ich beigefügt habe, und schließen Sie ein Audiokabel an die Audio-Pins an. Schließen Sie das Netzteil an und spielen Sie Musik. Das Vu-Meter sollte mit der Anzeige beginnen.