LED Matrix VU-Meter: 9 passaggi (con immagini)

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

L'ispirazione per questo progetto è venuta da un grande youtuber di elettronica GreatScott, dove ha creato una matrice LED con 100 LED. Volevo davvero ricreare questo progetto, quindi sono andato e ho creato una matrice con il doppio del numero di LED.

Inoltre, adoro l'aspetto della musica visualizzata con il colore, che è un organo a colori o un vu-meter. Quindi sapevo che avrei in qualche modo programmato la matrice per fare uno di quegli effetti.

Il progetto sarà realizzato in queste fasi:

1. Raccolta di tutti i materiali e gli strumenti
2. Preparare il tabellone
3. Montaggio dei LED
4. Realizzare la griglia quadrata in schiuma
5. Preparazione dei bordi e del pannello anteriore in acrilico
6. Realizzazione della scheda controller
7. Realizzare i supporti in alluminio
8. Assemblare tutto insieme
9. Caricamento dello schizzo e test

Passaggio 1: raccogliere i materiali/strumenti necessari:

Per costruire la matrice di LED avrai bisogno dei seguenti materiali:

• Striscia LED indirizzabile 4m
• Arduino NANO
• MSGEQ7 - Equalizzatore audio a 7 bande
• Alimentazione 5V (alimentatore del computer)
• Componenti elettronici (condensatori, resistori, PCB prototipo, …)
• Piastra posteriore in MDF - 10 mm
• Plexiglass acrilico bianco diffuso (3mm)
• Plexiglass acrilico nero (3mm)
• Pannello in schiuma (3 mm)
• Profilo quadrato in plastica
• Profilo a T in alluminio
• Filo di rame a nucleo solido (22AWG) - Filo UTP
• Filo di rame a nucleo solido (10AWG) - Cavo di alimentazione
• Piccole viti per legno
• Colla e super-colla legno/alluminio

Avrai anche bisogno dei seguenti strumenti:

• Attrezzatura per saldatura (ferro, saldatura, …)
• Pinza tagliafili
• Seghetto alternativo
• Trapano (e piccole punte)
• Coltello X-Acto
• Smerigliatrice angolare/taglierina
• Pistola per colla a caldo + stick di colla
• Righello da 1 metro
• Forbici

Passaggio 2: preparare il tabellone:

Iniziamo questo progetto realizzando il back-board principale su cui incolleremo in seguito i LED. Per il materiale ho usato MDF da 10 mm (pannello di fibra a media densità) e questo perché l'avevo in giro ed era perfetto perché era mescolato ma facile da tagliare.

Per prima cosa, disegna la forma del rettangolo sul piatto con un righello e una matita in modo da avere delle linee guida da seguire durante il taglio. Il rettangolo dovrebbe avere le seguenti dimensioni: 65, 5 cm x 32,5 cm. Dovresti rendere il rettangolo il più quadrato possibile in modo che i bordi acrilici che creeremo in seguito si adattino.

Quindi, ritaglia la forma con l'aiuto di un seghetto alternativo (o una sega a mano). Fai dei tagli il più dritti possibile.

Dopo il taglio, pulisci un po' i bordi con della carta vetrata in modo che risultino lisci e diritti.

Ora usa il righello per disegnare una griglia che ci aiuterà a posizionare i LED nel passaggio successivo. Disegna la prima riga 16, 25 mm sotto la parte superiore del tabellone, quindi disegna righe ogni 32,5 mm. La prima colonna è a 16, 38 mm dalla sinistra del tabellone, ogni colonna successiva è a 32, 75 mm dall'ultima. Quando hai finito, dovresti avere 10 righe e 20 colonne equamente distanziate…

Passaggio 3: montare i LED:

Per questo progetto avrai bisogno di 4 metri di LED indirizzabili individualmente che nel mio caso sono stati forniti in 4 rotoli da 60 LED per metro e che mi hanno fornito 240 LED (200 necessari).

Inizia tagliando ogni LED sul pad dove deve essere tagliato. Puoi usare forbici o tronchesi per tagliarli.

Quindi, usa della supercolla sotto ogni LED e incollali sulla griglia che abbiamo disegnato nel passaggio precedente (dove le linee si intersecano). Presta attenzione alle frecce sui LED: devono essere orientate allo stesso modo in quella riga. In ogni riga successiva, l'orientamento verrà capovolto in modo da avere un percorso continuo.

Ora arriva la saldatura - molta saldatura:

Dobbiamo collegare tutti i LED insieme nel modo giusto. Prendi il tuo sottile filo di rame a nucleo solido (nel mio caso ho usato cavi UPT) e inizia a saldare tutti i LED orizzontali collegando GND -> GND, DO (data out) -> DI (data in), 5V -> 5V. Quando arrivi alla fine della riga, collega semplicemente l'ultimo (DO) al (DI) sul LED che si trova sotto nella riga successiva.

Ora faremo dei fori verticali al centro così daremo energia ai LED. Praticare un foro per LED in quella riga in modo da avere energia in arrivo su ogni riga. Abbiamo bisogno di più punti di alimentazione perché altrimenti ci sarebbe una caduta di tensione troppo grande sugli ultimi LED. Ora metti lo spesso filo di rame in ogni foro e salda al pin di alimentazione corrispondente.

Capovolgi la scheda e collega tutti i cavi di terra e +5v che passano attraverso i fori. Usa il filo di rame più spesso. Collegare anche due fili isolati ai binari di alimentazione: questi verranno quindi collegati alla scheda di controllo.

L'ultima cosa è praticare un foro sul primo LED, inserire un filo (questo con l'isolamento) e saldarlo al DI (data in) su quel primo LED.

Passaggio 4: crea la griglia quadrata in schiuma:

In questo passaggio realizzeremo la griglia in schiuma che fungerà da barriera affinché la luce venga riflessa sull'acrilico diffuso come un pixel per ogni LED.

Prendi il tuo pannello di gommapiuma da 3 mm e ritaglia due serie di strisce diverse. Avrai bisogno di 9 lunghi e 19 corti.

Successivamente, dovrai tagliare alcuni boschetti nelle strisce che verranno successivamente utilizzate per unire le strisce lunghe e corte. I boschetti devono essere larghi 3 mm e lunghi 25 mm. Sulla fascia lunga devono essere 19 e su quelle corte 9 scanalature. Vedere il Foam_Grid.pdf per istruzioni più dettagliate.

Unite ora le strisce, mettete quelle corte in verticale e quelle lunghe in orizzontale.

Se hai un pannello di gommapiuma bianco dovrai dipingere l'intera griglia di nero in modo che la luce non passi attraverso il pixel successivo.

Passaggio 5: preparare i bordi in acrilico e il pannello frontale:

La luce proveniente dal LED deve essere diffusa su un materiale semitrasparente per ottenere una forma a pixel dall'aspetto quadrato. Per questo utilizzeremo una lastra acrilica bianca da 3 mm che taglieremo alle stesse dimensioni del nostro pannello posteriore: 65, 5 cm x 32,5 cm. Quello sarà il nostro front-board.

Ora dobbiamo creare i bordi che terranno insieme il pannello anteriore e quello posteriore. Questo sarà fatto con acrilico nero da 3 mm. Nel mio caso, non avevo acrilico a casa, quindi ho preso i bordi da un'azienda e li hanno tagliati al laser per adattarli alla mia taglia. Se non hai una tale azienda/laser a disposizione dovrai procurarti l'acrilico e ritagliare i pezzi a mano.

Devi avere due pezzi lunghi 66, 3 cm e due lunghi 32, 3 cm, entrambi larghi 3, 8 cm.

Alle estremità è necessario eseguire dei tagli scanalati in modo che i bordi si adattino bene insieme. Sui due bordi lunghi è necessario creare una scanalatura di 10 mm al centro e sui due corti è necessario creare una linguetta di 10 mm al centro. Fai la linguetta tagliando due scanalature ai lati opposti dove hai creato una scanalatura sul bordo lungo. Ancora una volta, hai il Borders.pdf per ulteriori istruzioni.

Ora devi praticare alcuni fori per avvitare i bordi sulla piastra posteriore in un secondo momento. Praticare dei fori da 3 mm a 5 mm dall'estremità (in modo che la vite vada poi al centro del tabellone). Praticare 3 fori sui bordi corti e 4 fori su quelli lunghi. Distanziali uniformemente.

L'ultima cosa è preparare i profili quadrati di plastica che uniranno i bordi con il pannello frontale e daranno anche alla matrice una bella cornice. Taglia due pezzi lunghi 66, 5 cm e due lunghi 32, 5 cm. Ora taglia un angolo di 45° su ogni bordo in modo che le cornici si aderiscano bene in seguito.

Passaggio 6: creare la scheda controller:

Il microcontrollore principale per pilotare i LED sarà un Arduino NANO. Poiché vogliamo che la nostra matrice mostri un Vu-meter, dobbiamo in qualche modo ottenere il segnale audio nel controller. Per questo utilizzeremo un IC - MSGEQ7 - che è un equalizzatore grafico audio a 7 bande.

Esistono diversi modi per creare la scheda controller:

1. Realizza il circuito su una breadboard (nessuna saldatura necessaria)
2. Realizza il circuito su una scheda prototipo
3. Crea il tuo PCB incidendolo
4. Ordina il tuo PCB da un produttore

Ho realizzato la mia scheda su una scheda prototipo e includerò lo schema e il file della scheda in modo che tu possa scegliere in che modo vuoi creare la tua scheda.

Ecco un buon Instructalbe se vuoi incidere la tua scheda: PCB Etching

Passaggio 7: realizzare i supporti in alluminio:

Affinché la nostra matrice regga da sola, dobbiamo creare qualcosa in modo che la supporti e non cada. È un design semplice ma fa il suo lavoro.

Prendi il tuo profilo in alluminio a forma di T e taglia due lunghezze di 30 cm.

Ora fai una fessura a V a 10 cm da un'estremità.

Piegare il profilo di 90° dove si trova la scanalatura a V e i supporti sono fatti.

Ho anche aggiunto una vite e un dado per rigidità.

Passaggio 8: assemblare tutto insieme:

Ora abbiamo ogni parte della matrice pronta per essere assemblata

Inizia unendo i bordi con il pannello frontale. Useremo i profili quadrati di plastica che abbiamo preparato in precedenza. Usa la colla a caldo per incollare insieme i 3 componenti (bordo - profilo quadrato - pannello frontale).

Ora allinea tutto insieme e usa una punta da trapano molto piccola per praticare i fori pilota. Ora possiamo avvitare tutto insieme usando viti per legno.

Incolliamo i supporti in alluminio utilizzando della colla alluminio/legno. Allineali entrambi a 10 cm dal bordo.

Ora possiamo avvitare la scheda del controller e cablare le ultime cose. Il filo che abbiamo saldato all'ingresso dati del primo LED va al terminale sulla scheda che dice "OUT".

Ora dobbiamo collegare tutte le masse e il +5v insieme usando un filo di rame più spesso. Saldare due fili isolati a terra e +5v e collegarli ai pin corrispondenti sulla scheda di controllo. Ho anche aggiunto un condensatore da 470uF per attenuare un po' la tensione.

L'ultima cosa è collegare l'alimentazione dall'alimentatore (massa e +5v dc).

Passaggio 9: carica lo schizzo e prova:

Ora siamo pronti per il test

Carica lo schizzo che ho incluso e collega un cavo audio ai pin audio. Collegare l'alimentatore e riprodurre un po' di musica. Il Vu-meter dovrebbe iniziare a visualizzare.