Trình chiếu ánh sáng dựa trên Arduino: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Tôi đã xây dựng một màn trình diễn ánh sáng được điều khiển bằng Arduino làm mục nhập của tôi để tham gia Makers Rock, Album Art Collab. Bạn có thể tìm hiểu thêm về nó trên liên kết sau: Makers Rock. Bìa tôi chọn là trong album Judas Priest - Painkiller.

Toàn bộ tác phẩm là một màn trình diễn ánh sáng được đóng trong khung gỗ và ảnh bìa album được đặt lên trên để ánh sáng chiếu xuyên qua.

Bước 1: Chuẩn bị khung gỗ

Bạn có thể xây dựng khung hoặc bao vây theo bất kỳ cách nào bạn muốn. Tôi chọn gỗ vì nó dễ làm việc chỉ với những công cụ cơ bản.

Tôi đã xây dựng khung từ một số bảng pallet mà tôi đã tận dụng được. Tôi đánh dấu 4 phần của các bộ phận sạch của tấm ván có chiều dài 30 cm, đảm bảo đánh dấu nghiêng 45 độ cho các khớp.

Tôi đã thực hiện tất cả việc cắt bằng cách sử dụng cưa đồ gá của mình và nó hoạt động tốt. Nếu bạn có quyền sử dụng máy cưa lọng hoặc máy cưa bàn, bạn có thể sử dụng chúng và nhận được kết quả tốt hơn nhiều. Các mối nối không hoàn hảo nhưng với máy đánh đai của mình, tôi có thể làm cho các mảnh ghép vừa khít với nhau.

Trong quá trình thử nghiệm vừa vặn, tôi nhận ra rằng chúng quá rộng và chúng sẽ chiếm nhiều không gian ở bên trong vỏ bọc nên tôi quyết định cắt chúng xuống còn 2 cm chiều rộng. Một lần nữa tôi sử dụng cưa đồ gá của mình để đảm bảo không cắt bên trong đường.

Các phần ghép nối không có nhiều hỗ trợ riêng vì vậy tôi đã cắt các miếng hình tam giác nhỏ để dán ở các góc như một số hỗ trợ bổ sung. Tôi chắc chắn rằng có rất nhiều lựa chọn tốt hơn để làm ở đây nhưng đây là ý tưởng tốt nhất mà tôi có vào lúc này.

Tôi nối các tấm găng với keo dán gỗ ở giữa các mối nối và keo CA ở đầu để hoạt động như một cái kẹp và giữ nó cố định trong khi keo gỗ đóng rắn. Các hình tam giác hỗ trợ nhỏ đã được dán vào vị trí chỉ bằng cách sử dụng keo CA để làm cho quá trình nhanh hơn.

Bước 2: Nguyên mẫu mạch

Các thiết bị điện tử cho màn trình diễn ánh sáng bên trong, bao gồm bảng Arduino Uno với micrô từ tai nghe bị hỏng để lắng nghe âm thanh trong phòng và sau đó nó phản ánh tổng âm lượng bằng cách chiếu sáng một trong 5 miếng dải đèn LED bên trong.

Mạch được làm từ hai phần độc lập. Phần đầu tiên là micrô với bộ khuếch đại bóng bán dẫn duy nhất của nó trong khi phần thứ hai là trình điều khiển cho các dải LED. Chúng tôi cần chúng vì Arduino và bộ khuếch đại micrô hoạt động trên 5V trong khi dải LED chạy trên 12V.

Micrô được kết nối với đầu ra 5V trên Arduino thông qua điện trở 10k và thông qua tụ điện đến đế của bóng bán dẫn. Sau đó, bóng bán dẫn sẽ khuếch đại tín hiệu với mức giữa là 2,5V để chúng ta có thể nhận nó trên đầu vào tương tự A0 trên Arduino.

Để bật 12V cho các đèn LED, đế của các bóng bán dẫn được kết nối với một đầu ra kỹ thuật số thông qua một điện trở 10k và mạch tương tự được lặp lại 5 lần. Tôi chỉ bật 3 đèn LED ở mỗi phần để có thể sử dụng các bóng bán dẫn. Nếu bạn muốn sửa đổi dự án để sử dụng các dải dài hơn bạn sẽ cần sử dụng một số MOSFET.

Mặc dù nó có vẻ là một mạch phức tạp nhưng nó thực sự là một mạch rất đơn giản. Tôi đã thử nghiệm tất cả trên breadboard và sau khi đảm bảo rằng nó hoạt động như mong đợi, tôi đã chế tạo một tấm chắn để gắn trực tiếp trên Arduino Uno.

Sơ đồ có sẵn tại:

Bước 3: Xây dựng Lá chắn Arduino

Khi tôi hài lòng với mạch, tôi đã xây dựng một tấm chắn cho Arduino trên một bảng điều khiển. Bạn có thể xem toàn bộ quá trình xây dựng trong video đính kèm cho dự án.

Bước 4: Lập trình Arduino

Ngôi sao chính của dự án là mã được lập trình trên Arduino. Đây là công việc nặng nhọc của việc phân tích các mức âm thanh từ micrô và biến chúng thành ánh sáng nhìn thấy theo nhạc. Bạn có thể tải xuống toàn bộ mã từ trang GitHub của tôi và bạn có thể tìm thấy liên kết đến mã trong mô tả video cùng với sơ đồ cho thiết bị điện tử.

Tóm lại, đoạn mã này có 3 phần chính: lấy một mẫu nhạc để phân tích, xác định các mức âm thanh và sau đó điều khiển xuất ra các đèn LED dựa trên giá trị đã tính toán được. Tôi biết rằng điều này có vẻ giống như khoa học tên lửa đối với một số người nhưng nó thực sự dễ dàng khi bạn nắm bắt được mọi thứ.

Bản phác thảo ở đầu xác định tất cả các biến và hằng số mà chúng ta sẽ sử dụng. Tôi đảm bảo cung cấp lời giải thích cho từng người trong số họ để bạn có thể hiểu dễ dàng hơn. Sau đó, chúng tôi có chức năng thiết lập bắt đầu giao tiếp nối tiếp cho mục đích gỡ lỗi, xóa và khởi tạo mảng mà chúng tôi sẽ sử dụng để phát hiện âm lượng từ đỉnh đến cao nhất và xác định đầu ra cho các đèn LED.

Trong phần vòng lặp của mã, trước tiên, chúng tôi bắt đầu lấy mẫu âm thanh để chúng tôi có thể phát hiện âm lượng từ đỉnh đến cao nhất. Trong sóng âm thanh thông thường, mức không có tiếng ồn nào là mức tại điểm giữa của điện áp tối thiểu và tối đa mà bộ khuếch đại có thể tạo ra. Trong trường hợp của chúng tôi đó là 2,5V.

Khi một âm thanh được phát hiện, chúng tôi nhận được một sóng di chuyển lên và xuống, do đó, để phát hiện tiếng ồn cao, chúng tôi quan tâm đến biên độ kết hợp trong sóng đó. Vì vậy, thay vì một làn sóng di chuyển, chúng tôi ánh xạ các giá trị từ 0 đến tối đa theo một loại trạng thái đảo ngược để dễ dàng phân biệt âm thanh âm lượng cao và âm lượng thấp.

Hai phần tiếp theo của mã thực hiện chính xác điều đó, trước hết chúng tôi đo biên độ từ đỉnh đến đỉnh và chúng tôi xác định giá trị lớn nhất của đỉnh đó trong khoảng thời gian. Cách hoạt động của micrô, bạn càng ở xa nó, thì âm lượng nó có thể chọn càng ít, vì vậy chúng ta cần tính toán một yếu tố sẽ khuếch đại hoặc giảm tín hiệu đo được và có cùng phản ứng ở các mức khác nhau.

Bước cuối cùng, chúng tôi nhân giá trị đo được từ micrô với hệ số mà chúng tôi vừa tính toán và dựa trên kết quả, chúng tôi bật các đèn LED cụ thể.

Sau khi tất cả các bảng được hàn theo sơ đồ, tôi đảm bảo kiểm tra nó trước khi tiếp tục chuẩn bị ảnh bìa album thực sự.

Mã trên GitHub:

Bước 5: Chuẩn bị Bìa trước

Đối với mặt trước của mảnh, tôi sử dụng một tấm acrylic trong. Tôi đã cắt tác phẩm nghệ thuật đã in theo kích thước và bôi một lớp keo dán gỗ trong suốt lên bề mặt mà không có lớp phủ bảo vệ trên acrylic. Nếu bạn có quyền truy cập vào Mod Podge hoặc một số phương tiện gel acrylic trong thì tốt hơn là sử dụng nó thay vì keo dán gỗ, nhưng nó hoạt động gần như giống nhau.

Mẹo nhỏ trong khi áp dụng hình ảnh là không sử dụng quá nhiều keo như tôi đã làm để không bị nhăn trên giấy. Ít hơn là tốt hơn trong trường hợp này nhưng bề mặt phải được che phủ hoàn toàn. Khi keo vẫn còn ướt, tác phẩm nghệ thuật hầu như không nhìn thấy nhưng sau khi khô hoàn toàn, nó sẽ chuyển sang trong suốt.

Tôi để khung để chữa trị trong 24 giờ và sau đó tôi tìm ra vị trí của Arduino bên trong khung. Tôi muốn tác phẩm nghệ thuật được treo trên tường và vì nó cần được cắm vào nguồn điện nên tôi đã gắn bảng ở phía dưới cùng để dây bộ đổi nguồn sẽ đi lên từ ổ cắm trên tường.

Tôi đã sử dụng một chiếc cưa sắt để loại bỏ hầu hết các vật liệu và sau đó làm việc theo cách của mình với một cái đục và một cái dũa. Nếu bạn có một bộ định tuyến bằng tay, điều đó sẽ nhanh hơn rất nhiều so với cái đục. Tôi cũng khoan một lỗ xuyên qua khung để micrô có thể thò ra ngoài và thu âm thanh từ phòng.

Trước khi hoàn thiện, tôi đã chà nhám khung lên đến giấy nhám 240 grit và sau đó phủ một lớp sơn mài vết gỗ. Tôi dùng một mảnh vải để lau vết bẩn và một lúc sau thì lau sạch.

Bước 6: Lắp ráp màn trình diễn ánh sáng

Độ dày của khung không đủ để giữ tất cả các thiết bị điện tử tại chỗ nên tôi đã cắt và dán hai lớp cách nhiệt XPS màu đen 5mm vào cả hai mặt của khung. Bên cạnh việc tạo chỗ cho tất cả các thiết bị điện tử, miếng bọt biển còn tạo cho miếng dán có nhiều lớp đẹp mắt từ các phía.

Tất cả các thành phần điện tử được gắn bên trong khung bằng keo nóng, bắt đầu từ micrô và sau đó là bảng Arduino chính.

Ở mặt sau, tôi đã đánh dấu và cắt một tấm ván sợi có mật độ cao 3mm sẽ hoạt động như một tấm nền và một tấm phản xạ vì một trong các mặt có màu trắng. Tôi đã sử dụng các vít nhỏ 3,5 x 16mm để gắn nó từ mặt sau. Sau đó, tôi gỡ bỏ lớp nền khỏi keo trên các dải đèn LED và dán chúng vào tấm ván sợi.

Mặt trước acrylic cũng được gắn với các vít 16mm tương tự nhưng tôi liên kết các lỗ vít bằng mũi khoan 6mm để chúng nằm ngang với mặt trước. Nếu bạn có bộ định tuyến, bạn có thể tạo một rãnh trong khung và bọc acrylic theo cách đó.

Cuối cùng, vấn đề chỉ là gỡ bỏ lớp bảo vệ khác khỏi tấm acrylic và kiểm tra tất cả để đảm bảo rằng nó vẫn hoạt động. Để treo nó lên tường, tôi đã thêm một đoạn dây vào giữa hai trong số các tấm ở mặt sau.

Bước 7: Thưởng thức màn trình diễn ánh sáng Arduino của bạn

Nói chung, tôi rất hài lòng về cách điều này xảy ra. Vỏ bọc có thể tốt hơn một chút nếu tôi có các công cụ chế biến gỗ thích hợp nhưng nó vẫn là một trang trí tường đẹp. Kể từ khi tôi xây dựng nó, chúng tôi đã rất vui với nó với các con của tôi nhưng đã đến lúc nó phải tìm một ngôi nhà mới.

Tôi sẽ cho đi phần mà tôi đã xây dựng, vì vậy hãy xem video trên YouTube để tìm hiểu cách bạn có thể giành được nó.

Nếm thử mã trên YouTube

Dựng video của dự án

Nếu bạn thích dự án, vui lòng xem xét hỗ trợ công việc của tôi trên Patreon! Https: //www.patreon.com/taste_the_code

Sơ đồ có sẵn tại:

Mã trên GitHub: