Nem címezhető RGB LED szalag audió megjelenítő: 6 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Van egy 12 V-os RGB LED-csík a TV-szekrényem körül, és egy unalmas LED-illesztőprogram vezérli, amely lehetővé teszi a 16 előre beprogramozott szín közül egyet!

Sok zenét hallgatok, ami motivál, de a megvilágítás nem állítja be a hangulatot. A probléma megoldásához úgy döntöttem, hogy a hangszórómat az AUX -on keresztül (3,5 mm -es jack) átviszem a hangszóróhoz, dolgozzák fel és ennek megfelelően vezéreljék az RGB csíkot.

A LED -ek basszus (alacsony), magas (közép) és magas frekvenciák alapján reagálnak a zenére.

A frekvenciatartomány - a szín a következő:

Alacsony - Piros

Középső - zöld

Magas - Kék

Ez a projekt sok barkácsolásból áll, mert az egész áramkört a semmiből építették fel. Ennek meglehetősen egyszerűnek kell lennie, ha kenyérlapra állítja, de meglehetősen nehéz a PCB -re forrasztani.

Kellékek

(x1) RGB LED szalag

(x1) Arduino Uno/Nano (Mega ajánlott)

(x1) TL072 vagy TL082 (a TL081/TL071 is megfelelő)

(x3) TIP120 NPN tranzisztor (a TIP121, TIP122 vagy az N-csatornás MOSFET-ek, mint például az IRF540, IRF 530 is megfelelőek)

(x1) 10 kOhm potenciométer lineáris

(x3) 100 kOhm 1/4 wattos ellenállások

(x1) 10uF elektrolit kondenzátor

(x1) 47nF kerámia kondenzátor

(x2) 3,5 mm -es audio csatlakozó - Nő

(x2) 9V -os akkumulátor

(x2) 9V -os elemcsatlakozó

1. lépés: Az RGB LED szalagok típusainak megértése

A LED -szalagoknak két alapvető típusa létezik, az "analóg" és a "digitális".

Az analóg típusú (1. ábra) szalagokban az összes LED párhuzamosan van csatlakoztatva, így úgy működik, mint egy hatalmas háromszínű LED; beállíthatja a teljes csíkot a kívánt színre, de nem szabályozhatja az egyes LED -ek színét. Nagyon könnyen használhatóak és viszonylag olcsók.

A Digital típusú (2. ábra) szalagok másképpen működnek. Minden LED -hez van chipjük, a csík használatához digitálisan kódolt adatokat kell küldeni a chipekre. Ez azonban azt jelenti, hogy minden LED -et egyedileg szabályozhat! A chip extra összetettsége miatt drágábbak.

Ha fizikailag nehéz azonosítani az analóg és a digitális szalagok közötti különbségeket,

1. Az anológ típus 4 tűt, 1 közös pozitívot és 3 negatívot használ, azaz egyet az RGB minden színéhez.
2. Digitális típusú használat 3 érintkező, pozitív, adat és földelt.

Az analóg típusú csíkokat fogom használni, mert

1. Nagyon kevés vagy egyáltalán nincs Instructables, amely megtanítja a zene reaktív analóg típusú szalag elkészítését. Többségük a digitális típusra összpontosít, és könnyebb reagálni a zenére.
2. Volt néhány analóg típusú csík.

2. lépés: Az audiojel erősítése

Az audio csatlakozón keresztül küldött hangjel

analóg jel, amely +200 mV és -200 mV között oszcillál. Ez a probléma most az, hogy az audiojelet az Arduino egyik analóg bemenetével akarjuk mérni, mert az Arduino analóg bemenetei csak 0 és 5 V közötti feszültséget képesek mérni. Ha megpróbálnánk mérni a negatív feszültségeket az audio jelben, az Arduino csak 0 V -ot olvasna, és végül a jel alját vágnánk le.

Ennek megoldásához erősítenünk és eltolnunk kell az audiojeleket úgy, hogy azok 0-5V tartományba essenek. Ideális esetben a jel amplitúdója 2,5 V, amely 2,5 V körül oszcillál, úgy, hogy minimális feszültsége 0 V, maximális feszültsége 5 V.

Erősítés

Az erősítő az első lépés az áramkörben, növeli a jel amplitúdóját + vagy - 200mV körüli értékről + vagy - 2,5V -ra (ideális esetben). Az erősítő másik funkciója az, hogy megvédje a hangforrást (elsősorban az audio jelet generáló dolgot) az áramkör többi részétől. A kimenő erősített jel minden áramát az erősítőből nyeri, így az áramkör későbbi terhelését nem fogja érezni az audio forrás (esetemben a telefon/iPod/laptop). Ehhez állítsa be a TL072 vagy TL082 (2. ábra) csomag egyik op-erősítőjét nem invertáló erősítő konfigurációban.

A TL072 vagy TL082 adatlapja azt írja elő, hogy +15 és -15 V feszültséggel kell működtetni, de mivel a jel soha nem lesz felerősítve + vagy -2,5 V fölé, jó, ha az op -erősítőt alacsonyabb értékkel futtatja. Két sorba kötött kilenc voltos elemet használtam + vagy - 9 V -os tápegység létrehozásához.

Csatlakoztassa a +V-t (8. tű) és –V-t (4. tű) az op-erősítőhöz. Csatlakoztassa a jelet a mono jack aljzatból a nem invertáló bemenethez (3. tű), és csatlakoztassa az aljzat földelőcsapját a 0V-os referenciához a feszültségellátáson (nálam ez volt a két 9V-os akkumulátor sorozata). Csatlakoztasson egy 100 kOhm-os ellenállást az op-erősítő kimenete (1. tű) és invertáló bemenete (2. tű) közé. Ebben az áramkörben 10 kOhm-os potenciométert használtam változó ellenállásként, hogy beállítsam a nem invertáló erősítőm erősítését (az erősítő által felerősített mennyiséget). Csatlakoztassa ezt a 10K lineáris kúpos edényt az invertáló bemenet és a 0V referencia közé.

DC eltolás

Az egyenáramú eltolási áramkör két fő összetevőből áll: feszültségosztóból és kondenzátorból. A feszültségosztó két 100 ezer ellenállásból készül, amelyek sorba vannak kötve az Arduino 5 V -os tápellátásától a földig. Mivel az ellenállások azonos ellenállással rendelkeznek, a köztük lévő csomópont feszültsége 2,5 V. Ez a 2,5 V -os csomópont az erősítő kimenetéhez van kötve 10uF kondenzátoron keresztül. Ahogy a feszültség a kondenzátor erősítő oldalán emelkedik és csökken, a töltés pillanatnyi felhalmozódását és taszítását okozza a kondenzátor 2,5 V -os csomóponthoz rögzített oldaláról. Ez azt eredményezi, hogy a 2,5 V -os csomópont feszültsége felfelé és lefelé ingadozik, 2,5 V körül.

A sematikus ábrán látható módon csatlakoztassa a 10uF kondenzátor negatív vezetékét az erősítő kimenetéhez. Csatlakoztassa a kupak másik oldalát az 5V és a föld között sorba kötött két 100k ellenállás közötti csomóponthoz. Ezenkívül adjon hozzá 47 nF kondenzátort 2,5 V -ról a földre.

3. lépés: A jel bontása álló szinuszok összegére - elmélet

A 3,5 mm -es aljzaton keresztül küldött hangjel a

20 Hz és 20 kHz közötti tartományban. A mintavétel 44,1 kHz -en történik, és minden minta 16 bitre van kódolva.

Az audio jelet alkotó alapvető elemi frekvenciák dekonstruálásához Fourier transzformációt alkalmazunk a jelre, amely a jelet álló szinuszok összegére bontja. Más szóval, a Fourier -elemzés átalakítja a jelet az eredeti tartományából (gyakran időből vagy térből) a frekvenciatartomány ábrázolásává és fordítva. De a meghatározásból közvetlenül kiszámítani gyakran túl lassú ahhoz, hogy praktikus legyen.

Az ábrák azt mutatják, hogy a jel hogyan néz ki időben és frekvenciatartományban.

Itt nagyon hasznos a Fast Fourier Transform (FFT) algoritmus!

Definíció szerint, Az FFT gyorsan kiszámítja az ilyen transzformációkat azáltal, hogy a DFT mátrixot ritka (többnyire nulla) tényezők szorzatává alakítja. Ennek eredményeként sikerül csökkentenie a DFT O (N2) -ből való kiszámításának bonyolultságát, ami akkor merül fel, ha egyszerűen alkalmazza a DFT definícióját, O (N log N) -ra, ahol N az adatméret. A sebességkülönbség óriási lehet, különösen a hosszú adatkészletek esetében, ahol N több ezer vagy millió lehet. Kerekítési hiba jelenlétében sok FFT algoritmus sokkal pontosabb, mint a DFT definíció közvetlen vagy közvetett kiértékelése.

Egyszerűen fogalmazva, ez csak annyit jelent, hogy az FFT algoritmus gyorsabb módja a jel Fourier -transzformációjának kiszámítására. Ezt általában alacsony számítási teljesítményű eszközökön használják.