Fénybemutató kabát, amely reagál a zenére: 7 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Ez az oktatóanyag a Yorki Egyetem Zenei Technológia és Alkalmazott Elektronika szakon szerzett utolsó éves projektem részeként készült. Olyan zenészeknek szól, akik érdeklődnek az elektronika iránt. A késztermék egy LED -mátrix lesz egy kabát hátoldalán, amely a zene szerint fényshow -t tud produkálni. Ez az audiobemenetek elemzésével történik a Pure Data és az Arduino használatával. A kabátnak két beállítása lesz, amelyeket kapcsolóval lehet szabályozni. Az egyik beállítás a zene amplitúdója szerint vezérli a LED -eket, a másik pedig, hogy a LED -ek egyenként villognak, és a hangmagasságnak megfelelően változnak.

Hogyan fog működni

Ez az eszköz két külön áramkörből fog állni. Az egyik a számítógéphez közvetlenül csatlakoztatott Arduino Mega körül fog működni. A másik áramkör a LilyPad Arduino köré épül, és teljesen a kabátban lesz, és 9 V -os elemmel működik. Mindkét áramkör vezeték nélkül kommunikál egymással az XBee modulok segítségével. Az audiojeleket a számítógép beépített mikrofonja fogja fogadni, és Pure Data elemzéssel elemzi az amplitúdó- és frekvenciaadatokat. Ezeket az információkat egy MIDI bemeneti áramkör segítségével továbbítják az Arduino Mega -hoz, majd az XBees segítségével továbbítják a LilyPad -hez. A LilyPad ezután meghatározza, hogyan reagálnak a kabáton lévő LED -ek.

Amire szüksége lesz

A Mega Circuit számára

• Arduino Mega 2560
• XBee Explorer szabályozott
• XBee 1mW nyomkövető antenna - 1. sorozat
• Pajzs prototípusa a Mega számára
• USB típus A -B
• USB -MIDI kábel
• MIDI foglalat
• 1 x 220Ω ellenállás
• 1 x 270Ω ellenállás
• 1 x 1N4148 dióda
• 1 x 6N138 optocsatoló

A LilyPad áramkörhöz

• LilyPad Arduino 328 alaplap
• LilyPad XBee Breakout Board
• XBee 1mW nyomkövető antenna - 1. sorozat
• LilyPad FTDI Basic Breakout Board
• 72 x LilyPad LED (minden színválaszték, beleértve a fehér, kék, piros, sárga, zöld, rózsaszín és lila)
• LilyPad csúszka
• USB 2.0 A-Férfi-Mini-B kábel
• 9V -os akkumulátor
• 9V -os elemcsipesz

Egyéb

• dzseki
• Pure Data és Arduino IDE telepített számítógép
• Felszerelés Vezeték
• Forrasztóberendezés
• Drótvágók
• Huzalcsupaszítók
• Tű nagy szemmel
• cérna
• Vezető szál
• Olló
• Mérőszalag
• Szövet ragasztó vagy átlátszó körömlakk
• Kréta vagy fehér szemceruza
• Szövet béléshez vagy régi pólóhoz
• Tépőzár
• Fúró (esetleg)
• Standard LED (teszteléshez)
• Breadboard (teszteléshez)
• Egy másik 220Ω -os ellenállás (teszteléshez)
• Multiméter (teszteléshez)

Ennek a projektnek a költsége nagymértékben függ attól, hogy a fenti berendezések mekkora részét birtokolja. Valószínűleg azonban 150 és 200 font között lehet.

Gyors megjegyzés - a LilyPad táblákat úgy tervezték, hogy közvetlenül textilre varrhatók, ezért a 9 V -os elemcsipesz forrasztása problémákat okozhat. A kapcsolat finom lehet és könnyen megszakadhat. Kifejezetten LilyPad táblákat szerezhet be AAA vagy LiPo elemekhez, amelyeket inkább úgy dönt, hogy inkább használni szeretne. Mindazonáltal továbbra is a 9 V -os utat választottam, mivel az akkumulátorok élettartama meghaladja az AAA -két, és az egyetemem korlátozza a LiPo akkumulátorok használatát.

1. lépés: A MIDI bemeneti áramkör létrehozása

Először is nézzük a MIDI bemeneti áramkört. Ezt fel kell építeni a prototípus -táblára, amely beilleszthető az Arduino Mega -ba. Ezt arra használják, hogy MIDI -üzeneteket küldjenek a Pure Data patch -ből a Mega -hoz a „COMMUNICATION RX0” érintkezőn keresztül. Lásd fent a kapcsolási rajzot és a fényképet. A prototípus-táblától függően az elrendezés kissé eltérhet, de úgy döntöttem, hogy a MIDI aljzatot a bal alsó sarokba helyezem. Lehet, hogy itt fúrót kell használni, hogy a pajzson lévő lyukak nagyobbak legyenek, hogy illeszkedjenek az aljzathoz. A fényképen lévő piros vezetékek 5V -ra, a barna földelésre, a fekete vezeték a 6N138 -as 3 -as tűjére, a kék vezeték a 6N138 -as 2 -es tűre, a sárga vezetékek pedig az RX0 -ra vannak csatlakoztatva. csap. A prototípus-tábla jobb oldalán hagyunk helyet, hogy később helyet biztosítsunk az XBee számára. A szüneteket valószínűleg a táblán lévő pályákon kell megtenni. Ebben a példában ezeket a 6N138 csapjai között kellett elkészíteni.

A MIDI bemeneti áramkör tesztelése

Az áramkör teszteléséhez töltse fel az alábbi kódot az Arduino Mega készülékhez az A -B típusú USB -kábellel. Győződjön meg arról, hogy a pajzs nincs behelyezve, amikor ezt megteszi, mivel a kód nem tölthető fel, ha bármi csatlakoztatva van az RX vagy TX csapokhoz. Ezenkívül a kód tartalmazza a MIDI.h könyvtárat, amelyet esetleg le kell töltenie, és amely elérhető az alábbi linken.

MIDI.h

Ezután helyezze be a pajzsot a mega -ba, és csatlakoztassa a számítógép másik USB -portjához a MIDI -USB -kábelen keresztül. A használni kívánt MIDI -vég „out” lesz. Hozzon létre egy egyszerű áramkört egy kenyérsütő táblán, amely összeköti a 2 -es tűt egy 220Ω -os ellenállással, majd csatlakoztassa ezt a szabványos LED anódjához. Csatlakoztassa a LED -ek katódját a földhöz.

Ezután hozzon létre egy egyszerű Pure Data javítást [60 100] üzenettel és [0 0] üzenettel, amelyek mindkettő a megjegyzésobjektumhoz vannak csatlakoztatva a bal bemenetén keresztül. A MIDI beállítások megnyitásával és a kimeneti eszköz megváltoztatásával győződjön meg arról, hogy ez a javítás a MIDI bemeneti áramkörhöz van csatlakoztatva. Ha ez nem áll rendelkezésre, győződjön meg arról, hogy a Pure Data megnyitása előtt csatlakoztatta a számítógéphez a MIDI áramkört. Most, ha az áramköre megfelelő, a LED -nek világítania kell, amikor megnyomja a [60 100] üzenetet, és el kell aludnia, amikor megnyomja a [0 0] üzenetet.

2. lépés: A LED -mátrix tervezése

Ezután figyelembe kell venni a kabát hátsó részének LED -mátrixát. Ez közvetlenül a LilyPad alaplaphoz lesz csatlakoztatva. Általában a LED -ek mikrokontrollerrel történő vezérléséhez mindegyiket a saját csapjaikhoz rendelik. Azonban csak egy Arduino LilyPad esetén ez nagyon korlátozó lenne. A LilyPad összesen 12 digitális és 6 analóg, tehát potenciálisan 18 kimeneti tűt tartalmaz. Mivel azonban ezeknek a tűknek az egyikét később a csúszókapcsoló vezérlésére használják, így csak 17 marad.

Ebben a helyzetben a multiplexelésnek nevezett technika alkalmazható a LilyPad vezérlőcsapjaiban rejlő lehetőségek maximalizálása érdekében. Ez két tényt használ ki:

• A LED -ek diódák, és csak egy irányba engedik az áramot.
• Az emberi szem és agy sokkal lassabban dolgozza fel a képeket, mint a fény, így ha a LED -ek elég gyorsan villognak, nem fogjuk észrevenni. Ez egy olyan fogalom, amelyet „látás állandóságának” neveznek.

Ezzel a technikával a vezérelhető LED-ek száma (n/2) x (n- (n/2)), ahol n a rendelkezésre álló vezérlőcsapok száma. Ezért a rendelkezésre álló 17 érintkezővel lehetővé kell tenni 72 LED vezérlését 9x8 mátrixban.

A LED -ek elrendezésének diagramja 9x8 mátrixban fent látható, beleértve a sorokat és oszlopokat csatlakoztatni kívánt tűkre vonatkozó javaslatokat is. Fontos megjegyezni, hogy a sorok és oszlopok nem érintkezhetnek. Ezenkívül nincs szükség ellenállásokra, mivel minden LED saját beépített, 100Ω ellenállással rendelkezik.

A varrás megkezdése előtt meg kell tervezni az áramkör elrendezését a kabáton. Itt jó kezdeni, ha a köpenyen apró pontokkal megjelöli, hogy hová fognak menni a LED -ek. Fekete bőrkabát esetén a fehér szemceruza nagyon jól működik, és könnyen eltörölhető, ha hibát követ el. Azonban más médiumok, például a kréta is működhetnek a kabát anyagától és színétől függően. Az általam használt LED színek elrendezése fent látható, amely a később megadott kóddal működik. Más elrendezést is használhat, bár ezt módosítani kell a kódban.

A következő dolog, amire gondolni kell, hogy hová kerül a LilyPad, a LilyPad XBee és a tápegység. Az általam használt kabát esetében a legésszerűbb és diszkrétebb hely a kabát hátulján, az alján és a belső bélésen tűnt. Ez azért van, mert nem valószínű, hogy itt kopogtatnának a viselői karjai, és könnyen hozzáférhet a LED mátrixhoz. Továbbá, mivel az általam használt kabát alul laza volt, még mindig kényelmes volt.

3. lépés: A LED mátrix varrása

Ezen a ponton elkezdheti a varrást. A vezetőképes szállal bonyolult lehet dolgozni, ezért íme néhány hasznos tipp:

• Ha egy alkatrészt a helyére ragaszt, szövetragasztóval, sokkal könnyebb lesz varrni.
• A különböző típusú öltések különböző esztétikai és funkcionális tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért érdemes ezeket megvizsgálni, mielőtt elkezdené. Egy alapvető futó öltésnek azonban megfelelőnek kell lennie ehhez a projekthez.
• A csomók hajlamosak meglehetősen könnyen kilazulni vezetőképes cérnával, mivel ez „tavaszi” a normálnál. A megoldás erre kis mennyiségű tiszta körömlakk vagy szövetragasztó használata. Hagyjuk, hogy megszáradjanak, mielőtt levágják a farkukat.
• Amikor az áramköri elemekhez csatlakozásokat hoz létre, vagy két vezetékes menetet összekapcsol, érdemes ezeket többször átvarrni, hogy biztosítsa a jó mechanikai és elektromos csatlakozást.
• Győződjön meg arról, hogy a tű éles és nagy a szeme. A kabát áthaladása nehéz lehet, és a vezető szál vastagabb a normálnál.
• Vigyázzon a szál laza szálain. Ezek rövidzárlatot hozhatnak létre az áramkörben, ha véletlenül más varrási sorokhoz érnek. Ha ezek komoly problémákká válnak, az összes vonalat le lehet zárni az átlátszó körömlakkal vagy szövetragasztóval, miután a tesztelés megtörtént, és minden biztosan működik.

Egy jó hely a varrás megkezdéséhez a sorok. Annak érdekében, hogy a lehető legegyenesebbek legyenek, vonalzó segítségével halvány vonalakat rajzolhat. Miután megvarrta ezeket, lépjen az oszlopokra. Nagyon óvatosnak kell lenni minden egyes sor elérésekor, mert elengedhetetlen, hogy a kettő ne keresztezze egymást. Ezt úgy érheti el, hogy létrehozza az öltést az oszlophoz a kabát belsejében ehhez a csomóponthoz, amint az a fenti képen látható. Ha befejezte az összes sort és oszlopot, multiméterrel ellenőrizheti, hogy nincs -e rövidzárlat.

Ha elégedett, kezdje el varrni a LED -eket a kabát jobb szélén lévő oszlophoz. Győződjön meg arról, hogy minden anód a saját sorához van rögzítve, és minden katód a bal oldali oszlophoz van rögzítve. Ezután helyezze a LilyPad Arduino -t a helyére szövetragasztóval valahol nagyjából az oszlop alatt, ügyelve arra, hogy az FTDI törőlap csapjai lefelé nézzenek. Varrja a LilyPad 11. tűjét az 1. sorhoz, a 12. tűt a 2. sorhoz és így tovább, amíg az A5 -ös tű a 9. sorhoz van varrva. Ezután varrja a 10. csapot a jobb szélső oszlophoz. Az első oszlop teszteléséhez használja az alábbi kódot. Töltse fel a kódot, és kapcsolja be a LilyPad készüléket, ha az FTDI megszakítópanellel és az USB 2.0 A-Male to Mini-B kábellel csatlakoztatja a számítógéphez.

Ha a megfelelő port nem áll rendelkezésre a LilyPad csatlakoztatásakor, előfordulhat, hogy telepítenie kell az alábbi linkről elérhető FTDI illesztőprogramot.

FTDI illesztőprogram telepítése

Ha már világít az első LED oszlop, ideje varrni a többit a kabátra. Ez meglehetősen időigényes folyamat, ezért valószínűleg a legjobb, ha néhány napon belül elhagyja. Győződjön meg róla, hogy minden oszlopot tesztel. Ezt úgy teheti meg, hogy a fenti kódot úgy módosítja, hogy a tesztelni kívánt oszlop tűje a kimenetben legyen deklarálva a beállításban, majd LOW legyen a hurokban. Győződjön meg arról, hogy a többi oszlopcsap MAGAS -ra van állítva, mert ez biztosítja, hogy ki vannak kapcsolva.

4. lépés: Kapcsoló hozzáadása

Ezután hozzáadhat egy kapcsolót, amely a kabát beállításainak módosítására szolgál. Fel kell varrni a kabát belsejébe a LilyPad Arduino tábla alá. Vezető menet segítségével az „off” feliratú végét a földhöz kell csatlakoztatni, az „on” feliratú végét pedig a 2 -es tűhöz.

A kapcsolót az alábbi kód segítségével tesztelheti. Ez nagyon egyszerű, és bekapcsolja a jobb alsó LED-et, ha a kapcsoló nyitva van, és kikapcsol, ha a kapcsoló zárva van.

5. lépés: Az eszköz vezeték nélküli elérése

A LilyPad XBee és az XBee Explorer előkészítése

Készítse elő a LilyPad XBee-t a konfiguráláshoz 6 tűs derékszögű férfi fejléc forrasztásával. Ez később lehetővé teszi a számítógéphez való csatlakoztatást a LilyPad FTDI Basic Breakout kártyán és az USB Mini kábelen keresztül. Ezenkívül forrasztja a 9 V-os elemcsipeszt a LilyPad XBee-hez úgy, hogy a piros vezeték a „+” érintkezőhöz, a fekete vezeték pedig a „-” tűhöz vezet.

Csatlakoztassa az Explorer táblát az Arduino Mega prototípuspajzsához. Az 5V -nak és a Ground -nak az Explorer táblán csatlakoznia kell a Mega 5V -hoz és a Ground -hoz, az Explorer kimeneti érintkezőjéhez a Mega RX1 -hez kell csatlakoznia, az Explorer bemenetéhez pedig a Mega TX1 -hez.

Az XBees konfigurálása

Ezután be kell állítani az XBees programot. Először is ingyenesen telepítenie kell a CoolTerm szoftvert, amely elérhető az alábbi linkről.

CoolTerm szoftver

Ügyeljen arra, hogy valamilyen módon megkülönböztesse a két XBee -t, mivel fontos, hogy ne keverje össze őket.

Először konfigurálja az XBee -t a számítógéphez. Helyezze be a LilyPad XBee Breakout kártyába, és csatlakoztassa a számítógéphez az FTDI Basic Breakout Board és az USB Mini kábel segítségével. Nyissa meg a CoolTerm alkalmazást, és az Opciókban válassza ki a megfelelő soros portot. Ha nem látja, próbálja meg megnyomni a „Soros portok újraolvasása” gombot. Ezután győződjön meg arról, hogy az átviteli sebesség 9600 -ra van állítva, kapcsolja be a Helyi visszhangot, és állítsa a kulcsemulációt CR -re. A CoolTerm most csatlakoztatható az XBee -hez.

Írja be a „+++” -t a főablakba, hogy az XBee parancs módba kerüljön. Ne nyomja meg a visszatérést. Ez lehetővé teszi az AT parancsokkal történő konfigurálást. Ha ez sikeres volt, nagyon rövid szünet után „OK” üzenetre kell válaszolnia. Ha a következő sor előtt 30 másodpercnél hosszabb késleltetés van, a parancsmód kilép, és ezt meg kell ismételni. Számos AT parancsot kell megadni a PAN ID, MY ID, Destination ID beállításához és a módosítások mentéséhez. A visszatérést minden egyes parancs után meg kell találni, és ezek a fenti táblázatban láthatók. Miután ezt befejezte az XBee számítógép esetében, le kell választani, és ugyanezt a folyamatot el kell végezni az XBee kabát esetében is.

Ellenőrizheti az új XBee beállításokat, ha begépel minden AT parancsot a végén lévő érték nélkül. Például, ha beírja az „ATID” -t, és megnyomja a visszatérést, akkor az „1234” -et kell visszhangozni.

Az XBees tesztelése

Ekkor varrja a LilyPad XBee -t a LilyPad Arduino melletti kabátra. A következő csatlakozásokat vezető menettel kell elvégezni:

• 3.3V a LilyPad XBee -n a "+" -ra a LilyPad -on
• Földelni a LilyPad XBee -n, hogy földelni a LilyPad -on
• RX a LilyPad XBee -n a TX -re a LilyPad -on
• TX a LilyPad XBee -n, hogy RX a LilyPad -on

Most az eszköz tesztelhető annak biztosítására, hogy az XBees megfelelően működjön. Az alábbi „Wireless_Test_Mega” nevű kódot fel kell tölteni az Arduino Mega -ba, és fő célja, hogy MIDI üzeneteket fogadjon a korábban létrehozott egyszerű Pure Data javításból, és különböző értékeket továbbítson az XBee -n keresztül. Ha 60 -as hangmagasságú MIDI -jegyzet érkezik, az „a” üzenet továbbításra kerül. Alternatív megoldásként, ha megjegyzésüzenet érkezik, a „b” átvitelre kerül.

Ezenkívül az alábbi „Wireless_Test_LilyPad” nevű kódot fel kell tölteni a LilyPad készülékre. Ez fogadja az üzeneteket a Mega-tól az XBees-en keresztül, és ennek megfelelően vezérli a jobb alsó LED-et. Ha az „a” üzenet érkezik, ami azt jelenti, hogy a Mega 60 -as hangmagasságú MIDI -jegyzetet kapott, a LED bekapcsol. Másrészt, ha az „a” nem érkezik, a LED kialszik.

Miután a kódot feltöltötte mindkét táblára, győződjön meg arról, hogy a pajzsot visszahelyezték a Mega -ba, és hogy mindkét kábellel csatlakozik a számítógéphez. Helyezze be a számítógép XBee -t az Explorer táblába. Ezután győződjön meg arról, hogy az FTDI Breakout kártya le van választva a burkolatról, és helyezze be a kabát XBee -t a LilyPad XBee -be. Csatlakoztassa a 9 V -os akkumulátort, és próbálja meg megnyomni a Pure Data különböző üzeneteit. A kabát jobb alsó LED-jének ki- és be kell kapcsolnia.

6. lépés: Utolsó érintések

A kód és a Pure Data Patch

Ha elégedett a kabát vezeték nélküli működésével, töltse fel az alábbi „MegaCode” vázlatot az Arduino Mega -ba, a „LilyPadCode” vázlatot pedig a LilyPad -ba. Nyissa meg a Pure Data javítást, és győződjön meg arról, hogy a DSP be van kapcsolva, és az audiobemenet a számítógép beépített mikrofonjára van állítva. Próbáljon zenét játszani, és mozgassa a kapcsolót. Lehet, hogy kissé módosítania kell a Pure Data küszöbértékeit attól függően, hogy a LED -ek mennyire vagy nem reagálnak a hangra.

Új bélés hozzáadása

Végül, hogy a kabátot esztétikusabbá és kényelmesebbé tegyük, a kabát belsejébe egy másik bélés is hozzáadható, hogy eltakarja a varrást és az alkatrészeket. Ezt tépőzárral kell elvégezni, hogy könnyen hozzáférhessen az áramkörhöz, amennyiben bármilyen változtatást el kell végezni.

Először is varrja a „hurok” csíkokat (a lágyabb részt) a kabáthoz belül, felül és mindkét oldalon. Érdemes szabadon hagyni az alját, mert így levegő juthat az alkatrészekhez. Ezután vágjon le egy azonos méretű szövetdarabot, és varrja hozzá a tépőzár horogcsíkjait, felül és mindkét oldalon. Ezenkívül a tépőzárral megegyező oldalon és a legkényelmesebb helyen varrjon egy zsebet, amelybe az akkumulátor befér. Lásd a fenti képeket.

7. lépés: Kész

A vezeték nélküli Light Show kabátnak most késznek kell lennie, és sikeresen kell reagálnia a hangra! Az egyik beállításnak olyan hatást kell keltenie, mint egy amplitúdó -sávot, a másiknak pedig külön LED -eknek kell világítaniuk a zenéhez, színeikkel a hangmagasságtól függően. Lásd fent a videó példákat. Ha kíváncsi volt, a szín és a hangmagasság a Rózsakeresztes Renden keresztül kapcsolódik, amely csak az intonáción alapul. Remélem tetszett ez a projekt!