Muusikale reageeriv valgusnäitusjope: 7 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

See õpetus on koostatud osana minu viimase aasta projektist, mille eesmärk oli saada Yorki Ülikooli muusikatehnoloogia ja rakenduselektroonika kraad. See on suunatud elektroonikahuvilistele muusikutele. Valmistoode on LED -maatriks jaki tagaküljel, mis suudab vastavalt muusikale luua valgusetenduse. Seda tehakse helisisendite analüüsimisel, kasutades Pure Data ja Arduino. Jopel on kaks seadet, mida saab juhtida lülitiga. Üks säte juhib LED -e vastavalt muusika amplituudile ja teisel LED -id vilguvad ükshaaval ja muudavad värvi vastavalt helikõrgusele.

Kuidas see toimima hakkab

See seade koosneb kahest eraldi vooluringist. Üks neist põhineb Arduino Megal, mis on ühendatud otse arvutiga. Teine vooluring põhineb LilyPad Arduino ümbrusel ja on täielikult jope sees ning saab toite 9 V aku kaudu. Mõlemad ahelad suhtlevad üksteisega juhtmevabalt, kasutades XBee mooduleid. Arvutite sisseehitatud mikrofon võtab vastu helisignaale ja analüüsib neid Pure Data abil, et saada amplituudi ja sageduse andmeid. See teave edastatakse MIDI sisendahela abil Arduino Mega ja seejärel edastatakse see XBees'i abil LilyPadile. Seejärel määrab LilyPad kindlaks, kuidas jaki LED -id reageerivad.

Mida vajate

Mega Circuiti jaoks

• Arduino Mega 2560
• XBee Explorer reguleeritud
• XBee 1mW jälgimisantenn - seeria 1
• Kilbi prototüüpimine Mega jaoks
• USB tüüp A kuni B.
• USB -MIDI -kaabel
• MIDI pesa
• 1 x 220Ω takisti
• 1 x 270Ω takisti
• 1 x 1N4148 diood
• 1 x 6N138 optron

LilyPadi ahela jaoks

• LilyPad Arduino 328 põhiplaat
• LilyPad XBee Breakout Board
• XBee 1mW jälgimisantenn - seeria 1
• LilyPad FTDI Basic Breakout Board
• 72 x LilyPad LED -d (saadaval on kõik värvid, sealhulgas valge, sinine, punane, kollane, roheline, roosa ja lilla)
• LilyPadi liuglüliti
• USB 2.0 A-male-Mini-B kaabel
• 9V aku
• 9V akuklamber

Muu

• Jope
• Arvuti, kuhu on installitud Pure Data ja Arduino IDE
• Varustus Traat
• Jootmisseadmed
• Traadilõikurid
• Traadi eemaldajad
• Nõel suure silmaga
• Niit
• Juhtiv niit
• Käärid
• Mõõdulint
• Kangasliim või läbipaistev küünelakk
• Kriit või valge silmapliiats
• Kangas voodri või vana t-särgi jaoks
• Velcro
• Puur (võimalik)
• Standard LED (testimiseks)
• Leivalaud (testimiseks)
• Teine 220Ω takisti (testimiseks)
• Multimeeter (testimiseks)

Selle projekti maksumus sõltub suuresti sellest, kui palju ülaltoodud seadmeid teil juba on. Siiski on see tõenäoliselt kuskil 150–200 naela.

Kiire märkus - LilyPad plaadid on mõeldud õmblemiseks otse tekstiilile ja seetõttu võib 9 V akuklambri jootmine ühe külge põhjustada probleeme. Ühendus võib olla õrn ja kergesti puruneda. Võite hankida spetsiaalselt AAA või LiPo patareide jaoks mõeldud LilyPad -plaate, mida võite kasutada. Siiski otsustasin siiski minna 9 V marsruuti, kuna nende aku kasutusaeg on pikem kui AAA -del ja minu ülikoolil on LiPo patareide kasutamisele piirangud.

Samm: looge MIDI sisendahel

Kõigepealt kaaluge MIDI sisendahelat. See tuleb konstrueerida prototüüpimisplaadile, mis ühendatakse Arduino Mega. Seda kasutatakse MIDI -sõnumite saatmiseks Pure Data plaastrist Megale selle „COMMUNICATION RX0” tihvti kaudu. Vt skeemi ja fotot ülalpool. Sõltuvalt teie prototüüpimisplaadist võib teie paigutus veidi erineda, kuid otsustasin paigutada MIDI-pesa vasakusse alumisse nurka. Pistikupesa sobitamiseks võib siin olla vaja kasutada külvikut, et muuta kilbil olevad augud suuremaks. Fotol olevad punased juhtmed on ühendatud 5 V, pruunid maandusega, must juhe on ühendatud 6N138 tihvtiga 3, sinine juhe on ühendatud 6N138 tihvtiga 2 ja kollased juhtmed on ühendatud RX0 -ga tihvt. Prototüüpimislaua paremal küljel on ruumi, et XBee jaoks hiljem ruumi oleks. Tõenäoliselt tuleb pausid teha laual olevatel radadel. Selle näite puhul tuli need teha 6N138 tihvtide vahele.

MIDI sisendahela testimine

Vooluahela testimiseks laadige allolev kood Arduino Mega, kasutades USB -tüüpi A -kaablit. Veenduge, et seda tehes poleks kilpi sisestatud, kuna koodi ei saa üles laadida, kui RX- või TX -tihvtidega on midagi ühendatud. Kood sisaldab ka MIDI.h raamatukogu, mille peate alla laadima ja mis on saadaval alloleval lingil.

MIDI.h

Seejärel sisestage kilp mega ja ühendage see MIDI -USB -kaabli kaudu oma arvuti teise USB -porti. MIDI lõpp, mida peate kasutama, märgitakse välja. Looge lihtne vooluahel leivaplaadil, mis ühendab tihvti 2 220Ω takisti külge ja seejärel ühendab selle tavalise LED -i anoodiga. Ühendage LED -i katood maaga.

Seejärel looge lihtne Pure Data plaaster, mille sõnum [60 100] ja [0 0] on mõlemad ühendatud märkmeobjektiga selle vasakpoolse sisselaskeava kaudu. Veenduge, et see plaaster on ühendatud MIDI sisendahelaga, avades MIDI seaded ja muutes väljundseadet. Kui see pole saadaval, veenduge, et ühendasite MIDI -ahela arvutiga enne Pure Data avamist. Kui teie vooluahel on õige, peaks LED [60 100] vajutamisel süttima ja teade [0 0] vajutamisel kustub.

2. samm: LED -maatriksi kujundamine

Järgmisena tuleb kaaluda jope tagaosa LED -maatriksit. See ühendatakse otse LilyPadi põhiplaadiga. Tavaliselt määratakse LED -ide juhtimiseks mikrokontrolleri abil igaüks oma individuaalsed tihvtid. Kuid ainult ühe Arduino LilyPadiga oleks see väga piirav. Kokku on LilyPadil 12 digitaalset kontakti ja 6 analoogi, seega potentsiaalselt 18 väljundnõela. Kuna aga ühte neist tihvtidest kasutatakse hiljem liuglüliti juhtimiseks, jääb sellest järele vaid 17.

Sellises olukorras saab kasutada tehnikat, mida nimetatakse multipleksimiseks, et maksimeerida LilyPad juhtnuppude potentsiaali. See kasutab kahte fakti:

• LED -id on dioodid ja võimaldavad voolu voolata ainult ühes suunas.
• Inimese silmad ja aju töötlevad pilte palju aeglasemalt kui valgus võib liikuda, nii et kui LED -id vilguvad piisavalt kiiresti, ei pane me seda tähele. See on mõiste, mida nimetatakse visiooni püsivuseks.

Seda tehnikat kasutades on juhitavate valgusdioodide arv (n/2) x (n- (n/2)), kus n on saadaolevate juhtnuppude arv. Seetõttu peaks 17 tihvti olemasolul olema võimalik juhtida 72 LED -i 9x8 maatriksis.

Valgusdioodide paigutuse skeemi 9x8 maatriksis saab näha eespool, sealhulgas soovitusi tihvtide kohta, millega iga rida ja veerg tuleks ühendada. Oluline on märkida, et read ja veerud ei tohi puudutada. Samuti ei ole takistid vajalikud, kuna igal LED -il on oma sisseehitatud takistus 100Ω.

Enne õmblemise alustamist peaksite jope peal skeemi skeemi planeerima. Hea koht alustamiseks on märkida jopele, kuhu LED -id väikeste punktidega lähevad, kasutades mõõdulinti, et tagada nende ühtlane paigutus. Musta nahktagi puhul töötab valge silmapliiats väga hästi ja seda saab vea korral kergesti maha pühkida. Sõltuvalt jope materjalist ja värvist võivad siiski töötada ka muud kandjad, näiteks kriit. Minu kasutatud LED -värvide paigutust saab näha ülalpool, mis töötab hiljem antud koodiga. Olete teretulnud kasutama teistsugust paigutust, kuigi seda tuleb koodis muuta.

Järgmisena tuleb mõelda, kuhu lähevad LilyPad, LilyPad XBee ja toiteplokk. Minu kasutatava jope puhul tundus kõige mõistlikum ja diskreetsem koht olevat jope tagaküljel, allosas ja sisevoodril. Selle põhjuseks on asjaolu, et on ebatõenäoline, et siin kandjate käed löövad ja see pääseb hõlpsasti juurde LED -maatriksile. Samuti, kuna jope, mida kasutasin, oli alt lahti, oli see siiski mugav.

3. samm: LED -maatriksi õmblemine

Sel hetkel võite hakata õmblema. Juhtiva niidiga töötamine võib olla keeruline, nii et siin on mõned kasulikud näpunäited:

• Komponendi liimimine kanga liimi abil muudab õmblemise palju lihtsamaks.
• Erinevat tüüpi õmblustel on erinevad esteetilised ja funktsionaalsed omadused, seega tasub neid enne alustamist uurida. Põhiline jooksev õmblus peaks selle projekti jaoks siiski hea olema.
• Sõlmed kipuvad juhtiva niidiga üsna kergesti lahti tulema, kuna see on tavalisest “kevadisem”. Selle lahenduseks on väikese koguse läbipaistva küünelaki või kangaliimi kasutamine nende sulgemiseks. Enne sabade lõikamist laske neil aega kuivada.
• Ühenduste loomisel vooluahela komponentidega või kahe juhtiva joone ühendamisel on hea mõte need mitu korda üle õmmelda, et tagada hea mehaaniline ja elektriline ühendus.
• Veenduge, et nõel oleks terav ja suure silmaga. Jopest läbi pääsemine võib olla karm ja juhtiv niit on tavalisest paksem.
• Olge ettevaatlik niidi lahtiste karvade suhtes. Need võivad tekitada vooluringis lühikesed püksid, kui need puutuvad kokku teiste õmblusliinidega. Kui need muutuvad suureks probleemiks, saab pärast katsetamist kõik jooned läbipaistva küünelaki või kangaliimiga tihendada ja kõik töötab kindlasti õigesti.

Hea koht õmblemise alustamiseks on ridadega. Et need oleksid võimalikult sirged, võite joonlaua abil õmblemiseks tõmmata nõrgad jooned. Kui olete need õmmelnud, liikuge veergude juurde. Iga rea saavutamisel tuleb olla väga ettevaatlik, sest on oluline, et need kaks ei ristuks. Seda on võimalik saavutada, luues selle ristmiku jaoks jope siseküljele veeru jaoks õmbluse, nagu on näha ülaltoodud fotol. Kui olete kõik read ja veerud täitnud, saab multimeetrit kasutada lühiste puudumise kontrollimiseks.

Kui olete rahul, alustage jope paremas servas asuva veeru jaoks LED -ide õmblemist. Veenduge, et iga anood on oma rea külge kinnitatud ja iga katood vasakul oleva veeru külge kinnitatud. Seejärel pange LilyPad Arduino kangaliimiga paika kusagil selle veeru all, veendudes, et FTDI katkestusplaadi tihvtid on allapoole. Õmble LilyPadi tihvt 11 reale 1, tihvt 12 reale 2 ja nii edasi, kuni tihvt A5 on õmmeldud reale 9. Seejärel õmble tihvt 10 paremasse veergu. Selle esimese veeru testimiseks võite kasutada allolevat koodi. Laadige kood üles ja lülitage LilyPad sisse, ühendades selle arvutiga, kasutades FTDI eraldusplaati ja USB 2.0 A-Male to Mini-B kaablit.

Kui LilyPadi ühendamisel pole õige port saadaval, peate võib -olla installima FTDI draiveri, mis on saadaval alloleval lingil.

FTDI draiveri installimine

Kui see esimene LED -tulp süttib, on aeg ülejäänud jope külge õmmelda. See on üsna aeganõudev protsess ja seetõttu on ilmselt parem, kui see paariks päevaks eraldatakse. Kontrollige kindlasti iga veergu. Seda saate teha, kohandades ülaltoodud koodi nii, et testitava veeru tihvt deklareeritakse seadistuses väljundina ja seejärel seatakse see silmusesse LOW. Veenduge, et teiste veergude tihvtid on seatud HIGH, kuna see tagab nende väljalülitamise.

Samm: lüliti lisamine

Järgmisena saate lisada lüliti, mida kasutatakse jope seadete muutmiseks. See tuleb õmmelda jope siseküljele LilyPad Arduino tahvli alla. Juhtivat niiti kasutades tuleb ots välja lülitada maandusega ja ots märgistusega “sisse” ühendada tihvtiga 2.

Saate lülitit testida alloleva koodi abil. See on väga lihtne ja lülitab sisse parema alumise LED-i, kui lüliti on avatud, ja lülitab selle välja, kui lüliti on suletud.

Samm: seadme traadita ühenduse loomine

LilyPad XBee ja XBee Explorer ettevalmistamine

Valmistage LilyPad XBee konfigureerimiseks ette, jootes 6-kontaktilise täisnurkse isase päise külge. See võimaldab hiljem ühendada selle arvutiga LilyPad FTDI Basic Breakout plaadi ja USB Mini kaabli kaudu. Samuti jootke 9 V patarei klamber LilyPad XBee külge nii, et punane juhe läheb "+" tihvti ja must juhe läheb "-" tihvti külge.

Ühendage Exploreri plaat Arduino Mega prototüüpimise kilbiga. 5V ja maandus Exploreri tahvlil peavad olema ühendatud 5V ja maandusega Mega, Exploreri väljundnõel peab olema ühendatud Mega RX1 -ga ja Exploreri sisend peab olema ühendatud Mega TX1 -ga.

XBeesi seadistamine

Järgmisena tuleb XBees seadistada. Kõigepealt peate tasuta installima CoolTermi tarkvara, mis on saadaval alloleval lingil.

CoolTerm tarkvara

Eraldage kindlasti kaks XBee'i, kuna on oluline, et te neid segamini ei ajaks.

Esmalt konfigureerige arvuti jaoks XBee. Sisestage see LilyPad XBee Breakout plaadile ja ühendage see arvutiga, kasutades FTDI põhilist eraldusplaati ja USB Mini kaablit. Avage CoolTerm ja valige suvanditest õige jadaport. Kui te seda ei näe, proovige vajutada nuppu „Re-Scan Serial Ports“. Seejärel veenduge, et edastuskiirus on seatud 9600 -le, lülitage Local Echo sisse ja määrake võtmeemulatsiooniks CR. CoolTermi saab nüüd ühendada XBee -ga.

Tippige peaaknasse „+++”, et lülitada XBee käsurežiimi. Ärge vajutage tagasitulekut. See võimaldab seda konfigureerida AT -käskude abil. Kui see on õnnestunud, peaks pärast väga lühikest pausi vastama sõnumile „OK”. Kui järgmise rea ees on viivitus üle 30 sekundi, väljub käsurežiim ja seda tuleb korrata. PAN ID, MY ID, Destination ID määramiseks ja muudatuste salvestamiseks tuleb sisestada arvukalt AT käske. Tagastamist tuleb tabada pärast kõiki neid käske ja neid on näha ülaltoodud tabelis. Kui see on arvuti XBee jaoks lõpule viidud, tuleb see lahti ühendada ja sama protsess läbi viia jope XBee puhul.

Saate kontrollida XBee uusi seadeid, sisestades iga AT -käsu ilma lõpus oleva väärtuseta. Näiteks kui sisestate “ATID” ja vajutate tagasipöördumist, tuleb “1234” tagasi kajata.

XBeesi testimine

Siinkohal õmble LilyPad XBee LilyPad Arduino kõrval olevale jopele. Juhtiva keermega tuleb teha järgmised ühendused:

• 3.3 V LilyPad XBee -l kuni++LilyPadil
• Maandage LilyPad XBee -l maapinnale LilyPadil
• RX LilyPad XBee kaudu TX LilyPadile
• TX LilyPad XBee kaudu RX LilyPadil

Nüüd saab seadet testida, et veenduda, kas XBees töötas õigesti. Allpool olev kood nimega „Wireless_Test_Mega” tuleb Arduino Megasse üles laadida ja selle peamine eesmärk on saada MIDI -sõnumeid varem loodud lihtsast Pure Data plaastrist ja edastada XBee kaudu erinevaid väärtusi. Kui võetakse vastu MIDI -märge, mille samm on 60, edastatakse teade „a”. Teise võimalusena edastatakse märkusõnumi vastuvõtmisel „b”.

Lisaks tuleb LilyPadile üles laadida allolev kood nimega „Wireless_Test_LilyPad”. See võtab sõnumid Megalt vastu XBees'i kaudu ja juhib vastavalt paremat alumist LED-i. Kui teade „a” on vastu võetud, see tähendab, et Mega on vastu võtnud 60 sammuga MIDI märkme, süttib LED. Teisest küljest, kui "a" ei võeta vastu, lülitub LED välja.

Kui kood on mõlemale plaadile üles laaditud, veenduge, et kilp on Megasse tagasi sisestatud ja see on mõlema kaabli kaudu arvutiga ühendatud. Sisestage arvuti XBee Exploreri tahvlile. Seejärel veenduge, et FTDI Breakout -plaat on jope küljest lahti ühendatud ja sisestage jope XBee LilyPad XBee -sse. Ühendage 9V aku ja proovige vajutada Pure Data erinevaid teateid. Jopel paremal all olev LED peaks sisse ja välja lülituma.

6. samm: viimased puudutused

Kood ja puhas andmete plaaster

Kui olete rahul, et jope töötab juhtmevabalt, laadige allolev visand „MegaCode” üles Arduino Mega ja eskiis „LilyPadCode” LilyPadi. Avage Pure Data plaaster, tagades, et DSP on sisse lülitatud ja helisisendiks on seatud arvuti sisseehitatud mikrofon. Proovige muusikat mängida ja lülitit liigutada. Võimalik, et peate Pure Data künniseid pisut reguleerima, sõltuvalt sellest, kui palju või vähe valgusdioodid helile reageerivad.

Uue voodri lisamine

Lõpuks, et jope oleks esteetiliselt meeldivam ja seda oleks mugavam kanda, võib jope siseküljele lisada veel ühe voodri, et varjata õmblust ja komponente. Seda tuleks teha takjapaela abil, et hõlpsasti juurde pääseda vooluringile, kui on vaja teha muudatusi.

Kõigepealt õmble silmuse ribad (pehmem osa) jope külge seestpoolt, ülalt ja mõlemalt poolt alla. On hea mõte jätta põhi vabaks, kuna see võimaldab komponentidel õhu kätte saada. Seejärel lõigake sama suurusega kangatükk ja õmblege selle külge takjapaela konksribad ülevalt ja mõlemalt poolt alla. Samuti õmble takjapaelaga samale küljele ja kõige mugavamasse kohta tasku, kuhu aku mahub. Näiteid leiate ülaltoodud piltidelt.

Samm: olete valmis

Teie traadita Light Show jope peaks nüüd olema valmis ja helile edukalt reageerima! Üks seade peaks looma sellise efekti nagu amplituudiriba ja teine peaks üksikuid valgusdioode oma muusikaga särama, sõltuvalt helikõrgusest. Videonäiteid vaadake ülalpool. Kui te mõtlesite, on värv ja heledus seotud Rosicrucianuse ordeniga, mis põhineb lihtsalt intonatsioonil. Loodan, et teile meeldis see projekt!