Spettacolo di luci basato su Arduino: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Ho costruito uno spettacolo di luci controllato da Arduino come mio ingresso per il Makers Rock, Album Art Collab. Puoi saperne di più al seguente link: Makers Rock. La copertina che scelgo è tratta dall'album Judas Priest - Painkiller.

L'intero pezzo è uno spettacolo di luci racchiuso in una cornice di legno e l'artwork dell'album è messo sopra in modo che la luce risplenda.

Passaggio 1: preparare la cornice di legno

Puoi costruire il telaio o il recinto nel modo che preferisci. Scelgo il legno perché è facile da lavorare usando solo strumenti di base.

Ho costruito il telaio con alcune tavole di pallet che ho recuperato. Ho segnato 4 pezzi delle parti pulite delle tavole che misuravano 30 centimetri di lunghezza, assicurandomi di segnare 45 gradi obliqui per le giunture.

Ho fatto tutto il taglio usando il mio seghetto alternativo e ha funzionato bene. Se hai accesso a una troncatrice o a una sega da tavolo, puoi usarli e ottenere risultati molto migliori. Le giunture non erano perfette, ma con la mia levigatrice a nastro sono riuscito a far combaciare bene i pezzi.

Durante il test fit mi sono accorto che sono troppo larghe e che occuperanno molto spazio all'interno della custodia quindi ho deciso di tagliarle a 2 cm di larghezza. Ancora una volta ho usato il mio seghetto alternativo assicurandomi di non tagliare all'interno della linea.

Le giunture oblique non avevano molto supporto da sole, quindi ho tagliato piccoli pezzi triangolari da incollare negli angoli come supporto extra. Sono sicuro che ci sono un sacco di opzioni migliori da fare qui, ma questa è stata l'idea migliore che ho avuto al momento.

Ho unito le mitra con colla per legno nel mezzo delle giunture e colla CA alle estremità in modo da fungere da morsetto e tenerlo in posizione mentre la colla per legno si indurisce. I piccoli triangoli di supporto sono stati incollati in posizione utilizzando solo colla CA per rendere il processo più veloce.

Passaggio 2: prototipazione del circuito

L'elettronica per lo spettacolo di luci all'interno, consiste in una scheda Arduino Uno con un microfono da un auricolare rotto che ascolta i suoni nella stanza e quindi riflette il volume totale del suono accendendo uno dei 5 pezzi di striscia led all'interno.

Il circuito è composto da due parti indipendenti. La prima parte è il microfono con il suo amplificatore a transistor singolo mentre la seconda parte sono i driver per le strisce LED. Ne abbiamo bisogno poiché l'Arduino e l'amplificatore del microfono funzionano a 5V mentre la striscia LED funziona a 12V.

Il microfono è collegato all'uscita 5V dell'Arduino tramite un resistore da 10k e tramite un condensatore alla base del transistor. Il transistor quindi amplifica il segnale con un livello medio di 2,5 V in modo che possiamo prenderlo sull'ingresso analogico A0 sull'Arduino.

Per accendere i 12V per i LED, la base dei transistor è collegata ad un'uscita digitale tramite un resistore da 10k e lo stesso circuito viene ripetuto 5 volte. Accendo solo 3 LED in ciascuna delle sezioni in modo da poter utilizzare i transistor. Se desideri modificare il progetto per utilizzare strisce più lunghe di quanto dovrai utilizzare alcuni MOSFET.

Sebbene possa sembrare un circuito complicato, in realtà è molto semplice. Ho testato tutto su una breadboard e dopo essermi assicurato che funzionasse come previsto, ho costruito uno shield da montare direttamente su Arduino Uno.

Lo schema è disponibile su:

Passaggio 3: crea lo scudo Arduino

Una volta soddisfatto del circuito, ho costruito uno shield per Arduino su una perfboard. Puoi vedere il processo di costruzione completo nel video allegato per il progetto.

Passaggio 4: programma Arduino

La stella principale del progetto è il codice che è programmato su Arduino. Questo è ciò che fa il lavoro pesante di analizzare i livelli sonori dal microfono e trasformarli in luce visibile che segue la musica. Puoi scaricare l'intero codice dalla mia pagina GitHub e puoi trovare il link ad esso nella descrizione del video insieme allo schema per l'elettronica.

In poche parole il codice ha 3 parti principali: recuperare un campione di musica da analizzare, determinare i livelli sonori e quindi controllare l'uscita ai LED in base al valore calcolato. So che questo potrebbe sembrare una scienza missilistica per alcuni, ma è davvero facile una volta che ottieni le cose.

Lo schizzo all'inizio definisce tutte le variabili e le costanti che useremo. Mi sono assicurato di fornire una spiegazione a ciascuno di essi in modo che tu possa capirlo più facilmente. Dopodiché abbiamo la funzione di configurazione che avvia la comunicazione seriale per scopi di debug, svuota e inizializza l'array che useremo per il rilevamento del volume da picco a picco e definisce le uscite per i LED.

Nella sezione loop del codice, iniziamo prima il campionamento dell'audio in modo da poter rilevare il volume da picco a picco. In un'onda sonora regolare, l'assenza di rumore è un livello nel punto medio della tensione minima e massima che l'amplificatore può produrre. Nel nostro caso sono 2,5 V.

Una volta rilevato un suono, otteniamo un'onda che si muove su e giù, quindi per rilevare rumori elevati, siamo interessati all'ampiezza combinata di quell'onda. Quindi, invece di un'onda in movimento, mappiamo i valori da 0 a max in una sorta di stato invertito per distinguere facilmente i suoni alti da quelli a basso volume.

Le prossime due sezioni del codice fanno esattamente questo, prima misuriamo l'ampiezza da picco a picco e determiniamo il massimo di quel picco per il periodo. Il modo in cui funziona il microfono, più lontano sei da esso, meno volume può raccogliere, quindi dobbiamo calcolare un fattore che amplificherà o diminuirà il segnale misurato e avrà la stessa reazione sui diversi livelli.

Come passaggio finale moltiplichiamo il valore misurato dal microfono per il fattore che abbiamo appena calcolato e in base al risultato accendiamo dei LED specifici.

Dopo che la scheda è stata saldata come da schema, mi sono assicurato di testarla prima di procedere con la preparazione della copertina dell'album.

Codice su GitHub:

Passaggio 5: preparare il coperchio anteriore

Per la parte anteriore del pezzo ho usato un foglio di acrilico trasparente. Ho tagliato l'opera d'arte stampata a misura e applicato uno strato di colla per legno trasparente sulla superficie senza la copertura protettiva sull'acrilico. Se hai accesso a Mod Podge o a un mezzo di gel acrilico trasparente, è meglio usarlo al posto della colla per legno, ma funziona quasi allo stesso modo.

Il trucco durante l'applicazione dell'immagine è di non usare troppa colla come ho fatto io per non ottenere rughe sulla carta. Meno è meglio in questo caso ma la superficie deve essere completamente coperta. Con la colla ancora bagnata, l'opera d'arte è appena visibile ma dopo che si asciuga completamente diventerà trasparente.

Ho lasciato polimerizzare il telaio per 24 ore e poi ho capito il posizionamento dell'Arduino all'interno del telaio. Voglio che l'opera d'arte sia appesa a una parete e poiché deve essere collegata all'alimentazione, ho montato la scheda sul lato inferiore in modo che il cavo dell'adattatore di alimentazione salga dalla presa a muro.

Ho usato un seghetto per rimuovere la maggior parte del materiale e poi ho lavorato con uno scalpello e una lima. Se hai un router manuale, sarà molto più veloce dello scalpello. Ho anche praticato un foro attraverso il telaio in modo che il microfono possa sporgere e captare i suoni dalla stanza.

Prima di finire, ho levigato il telaio fino a 240 carta vetrata e poi applicato una mano di vernice per legno. Ho usato un pezzo di stoffa per pulire la macchia e poi asciugarla dopo un po' di tempo.

Passaggio 6: assemblare lo spettacolo di luci

Lo spessore del telaio non era sufficiente per tenere in posizione tutta l'elettronica, quindi ho tagliato e incollato due strati di isolamento in schiuma XPS nera da 5 mm su entrambi i lati del telaio. Oltre a fare spazio a tutta l'elettronica, la schiuma ha conferito al pezzo un bell'aspetto a strati dai lati.

Tutti i componenti elettronici sono montati all'interno del telaio mediante colla a caldo, a partire dal microfono e poi dalla scheda Arduino principale.

Sul retro ho segnato e tagliato un foglio di fibra ad alta densità da 3 mm che fungerà da pannello di supporto e riflettore poiché uno dei lati è bianco. Ho usato piccole viti da 3,5 x 16 mm per fissarlo dal retro. Ho quindi rimosso il supporto dalla colla sulle strisce LED e le ho incollate sul pannello di fibra.

Anche la parte anteriore in acrilico è fissata con le stesse viti da 16 mm, ma ho svasato i fori delle viti con una punta da 6 mm in modo che si trovino a filo con la parte anteriore. Se hai un router, puoi creare una scanalatura nel telaio e racchiudere l'acrilico in quel modo.

Alla fine si è trattato solo di rimuovere l'altro strato protettivo dalla lastra acrilica e testare il tutto per assicurarsi che fosse ancora funzionante. Per appenderlo al muro, ho aggiunto un pezzo di corda tra due dei ghiaioni sul retro.

Passaggio 7: goditi il tuo spettacolo di luci Arduino

Tutto sommato sono super contento di come è andata a finire. Il recinto avrebbe potuto essere un po' migliore se avessi avuto gli strumenti adeguati per la lavorazione del legno, ma è comunque una bella decorazione da parete. Da quando l'ho costruito, ci siamo divertiti un sacco con i miei figli, ma è ora che trovi una nuova casa.

Darò via il pezzo che ho costruito, quindi per favore guarda il video su YouTube per sapere come puoi vincerlo.

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Lo schema è disponibile su:

Codice su GitHub: