Visualitzador d'àudio de tira LED RGB no adreçable: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Fa temps que tinc una tira LED de 12V RGB al voltant del meu armari de televisió i està controlada per un avorrit controlador LED que em permet triar un de 16 colors preprogramats.

Escolto molta música que em manté motivada, però la il·luminació no acaba d’establir l’estat d’ànim. Per solucionar-ho, vaig decidir agafar el senyal d'àudio que es va donar al meu altaveu mitjançant AUX (jack de 3,5 mm), processar-lo i controlar la banda RGB en conseqüència.

Els LED reaccionen a la música en funció de la magnitud de les freqüències greus (baixes), agudes (mitjanes) i alta.

El rang de freqüència: el color és el següent:

Baix - vermell

Verd mitjà

Alt - Blau

Aquest projecte implica moltes coses de bricolatge perquè tot el circuit es va construir des de zero. Això hauria de ser bastant fàcil si el configureu en una taula de treball, però és força difícil soldar-lo en un PCB.

Subministraments

(x1) Tira LED RGB

(x1) Arduino Uno / Nano (es recomana Mega)

(x1) TL072 o TL082 (TL081 / TL071 també estan bé)

(x3) Transistor TIP120 NPN (els MOSFET TIP121, TIP122 o de canal N com IRF540, IRF 530 també estan bé)

(x1) 10kOhm potenciòmetre lineal

(x3) 100kOhm resistències de 1 / 4watt

(x1) condensador electrolític de 10uF

(x1) condensador ceràmic 47nF

(x2) Connector d'àudio de 3,5 mm: femella

(x2) bateria de 9V

(x2) Connector de bateria de 9V

Pas 1: Descripció dels tipus de tires LED RGB

Hi ha dos tipus bàsics de tires LED, el tipus "analògic" i el tipus "digital".

Les tires de tipus analògic (fig 1) tenen tots els LED connectats en paral·lel i, per tant, actuen com un enorme LED tricolor; Podeu configurar tota la tira al color que vulgueu, però no podeu controlar els colors de cada LED. Són molt fàcils d’utilitzar i són bastant econòmics.

Les tires de tipus digital (fig. 2) funcionen d’una manera diferent. Tenen un xip per a cada LED, per utilitzar la tira cal enviar dades codificades digitalment als xips. Tanmateix, això significa que podeu controlar cada LED individualment. A causa de la complexitat addicional del xip, són més cars.

Si teniu dificultats per identificar físicament les diferències entre les tires de tipus analògic i digital,

1. El tipus Anolog utilitza 4 pins, 1 positiu comú i 3 negatius, és a dir, un per cada color de RGB.
2. El tipus digital utilitza 3 pins, positiu, dades i terra.

Faré servir les tires de tipus analògic, perquè

1. Hi ha molt pocs o cap instructable que ensenyi a fer una tira reactiva de tipus analògic de la música. La majoria se centren en el tipus digital i és més fàcil fer-los reaccionar a la música.
2. Tenia unes tires de tipus analògic estirades.

Pas 2: Amplificar el senyal d'àudio

El senyal d'àudio que s'envia a través del connector d'àudio és

un senyal analògic que oscil·la a + 200mV i -200mV. Ara es tracta d’un problema: volem mesurar el senyal d’àudio amb una de les entrades analògiques d’Arduino perquè les entrades analògiques d’Arduino només poden mesurar tensions entre 0 i 5V. Si intentéssim mesurar les tensions negatives del senyal d’àudio, l’Arduino només llegiria 0V i acabaríem retallant la part inferior del senyal.

Per solucionar-ho hem d'amplificar i compensar els senyals d'àudio de manera que caiguin en un rang de 0-5V. Idealment, el senyal hauria de tenir una amplitud de 2,5 V que oscil·li al voltant de 2,5 V de manera que la seva tensió mínima sigui 0V i la seva tensió màxima sigui 5V.

Amplificació

L’amplificador és el primer pas del circuit, augmenta l’amplitud del senyal d’uns + o - 200mV a + o - 2,5V (idealment). L'altra funció de l'amplificador és protegir la font d'àudio (el que genera el senyal d'àudio en primer lloc) de la resta del circuit. El senyal amplificat de sortida obtindrà tota la seva intensitat de l’amplificador, de manera que qualsevol càrrega que s’hi posi més endavant al circuit no serà “sentida” per la font d’àudio (el telèfon / iPod / portàtil en el meu cas). Feu això configurant un dels amplificadors operatius al paquet TL072 o TL082 (fig. 2) en una configuració d'amplificador sense inversió.

El full de dades del TL072 o TL082 diu que s’hauria d’alimentar amb +15 i -15V, però com que el senyal no s’amplificarà mai per sobre de + o - 2,5V, està bé executar l’amplificador operatiu amb alguna cosa inferior. Vaig utilitzar dues bateries de nou volts connectades en sèrie per crear una font d’alimentació de + o - 9V.

Connecteu el vostre + V (pin 8) i –V (pin 4) a l'amplificador operatiu. Connecteu el senyal del jack mono a l’entrada que no inverteix (pin 3) i connecteu el pin de terra del jack a la referència de 0 V del vostre subministrament de tensió (per a mi aquesta era la unió entre les dues bateries de 9V de la sèrie). Connecteu una resistència de 100kOhm entre la sortida (pin 1) i l’inversió d’entrada (pin 2) de l’ampli operatiu. En aquest circuit, he utilitzat un potenciòmetre de 10kOhm cablejat com a resistència variable per ajustar el guany (la quantitat que l'amplificador amplifica) del meu amplificador sense inversió. Connecteu aquesta olla cònica lineal de 10K entre l'entrada d'inversió i la referència de 0V.

DC Offset

El circuit de compensació de CC té dos components principals: un divisor de tensió i un condensador. El divisor de tensió està format per dues resistències de 100 k cablejades en sèrie des del subministrament de 5 V d’Arduino a terra. Com que les resistències tenen la mateixa resistència, el voltatge a la unió entre elles és igual a 2,5V. Aquesta unió de 2,5 V està lligada a la sortida de l'amplificador mitjançant un condensador de 10 uF. A mesura que la tensió del costat de l'amplificador del condensador augmenta i baixa, fa que la càrrega s'acumuli momentàniament i es repeli des del costat del condensador connectat a la unió de 2,5 V. Això fa que el voltatge a la unió de 2,5 V oscil·li cap amunt i cap avall, centrat al voltant de 2,5 V.

Com es mostra a l'esquema, connecteu el cable negatiu d'un condensador de 10uF a la sortida de l'amplificador. Connecteu l'altre costat del tap a la unió entre dues resistències de 100 k connectades en sèrie entre 5V i terra. A més, afegiu un condensador de 47 nF des de 2,5 V a terra.

Pas 3: Descomposició del senyal en una suma de sinusoides estacionaris: teoria

El senyal d'àudio enviat a través de qualsevol jack de 3,5 mm es troba a la

de 20 Hz a 20 kHz. Es mostra a 44,1 kHz i cada mostra es codifica en 16 bits.

Per desconstruir les freqüències elementals bàsiques que componen el senyal d'àudio, apliquem la transformada de Fourier al senyal, que descompon el senyal en una suma de sinusoides estacionaris. En altres paraules, l’anàlisi de Fourier converteix un senyal del seu domini original (sovint temps o espai) en una representació en el domini de freqüències i viceversa. Però computar-lo directament des de la definició sovint és massa lent per ser pràctic.

Les xifres mostren l'aspecte del senyal en el domini de temps i freqüència.

Aquí és on l’algorisme de la transformada ràpida de Fourier (FFT) és força útil.

Per definició, Un FFT calcula ràpidament aquestes transformacions factoritzant la matriu DFT en un producte de factors dispersos (majoritàriament nuls). Com a resultat, aconsegueix reduir la complexitat del càlcul del DFT des d'O (N2), que sorgeix si s'aplica simplement la definició de DFT, a O (N log N), on N és la mida de les dades. La diferència de velocitat pot ser enorme, especialment per a conjunts de dades llargs on N pot ser de milers o milions. En presència d'un error d'arrodoniment, molts algorismes FFT són molt més precisos que avaluar la definició DFT directa o indirectament.

En termes senzills, només significa que l'algorisme FFT és una manera més ràpida de calcular la transformada de Fourier de qualsevol senyal. Normalment s’utilitza en dispositius amb poca potència informàtica.