Light Show Jacket Na Tumutugon sa Musika: 7 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Ang tutorial na ito ay ginawa bilang bahagi ng aking proyekto sa panghuling taon para sa aking degree sa Music Technology at Applied Electronics sa University of York. Ito ay naglalayong mga musikero na may interes sa electronics. Ang natapos na produkto ay magiging isang LED matrix sa likod ng isang dyaket na maaaring makagawa ng isang light show alinsunod sa musika. Gagawin ito sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga audio input gamit ang Purong Data at Arduino. Ang dyaket ay magkakaroon ng dalawang mga setting na maaaring makontrol ng isang switch. Ang isang setting ay makokontrol ang mga LED alinsunod sa amplitude ng musika at ang iba pa ay magkakaroon ng mga LED na kumikislap nang paisa-isa at binabago ang kulay ayon sa pitch.

Paano Ito gagana

Ang aparato na ito ay bubuo ng dalawang magkakahiwalay na mga circuit. Ang isa ay ibabatay sa paligid ng isang Arduino Mega na konektado nang direkta sa isang computer. Ang iba pang circuit ay batay sa paligid ng isang LilyPad Arduino at ganap na mapaloob sa loob ng dyaket at pinalakas sa pamamagitan ng isang 9V na baterya. Parehong mga circuit na ito ay makikipag-usap sa bawat isa nang wireless gamit ang mga XBee module. Ang mga signal ng audio ay tatanggapin ng mga computer na built-in na mikropono at susuriin sa Purong Data upang makakuha ng data ng amplitude at dalas. Ang impormasyong ito ay ililipat sa Arduino Mega gamit ang isang MIDI input circuit at pagkatapos ay maililipat sa LilyPad gamit ang XBees. Matutukoy ng LilyPad kung paano tutugon ang mga LED sa dyaket.

Ano ang Kakailanganin Mo

Para sa Mega Circuit

• Arduino Mega 2560
• Inayos ang XBee Explorer
• XBee 1mW Trace Antenna - Serye 1
• Prototyping Shield para sa Mega
• USB Type A hanggang B
• USB sa MIDI Cable
• MIDI Socket
• 1 x 220Ω Resistor
• 1 x 270Ω Resistor
• 1 x 1N4148 Diode
• 1 x 6N138 Optocoupler

Para sa LilyPad Circuit

• LilyPad Arduino 328 Pangunahing Lupon
• LilyPad XBee Breakout Board
• XBee 1mW Trace Antenna - Serye 1
• LilyPad FTDI Basic Breakout Board
• 72 x LilyPad LEDs (isang hanay ng lahat ng mga kulay na magagamit kabilang ang puti, asul, pula, dilaw, berde, rosas, at lila)
• LilyPad Slide Switch
• USB 2.0 A-Male hanggang Mini-B Cable
• 9V Baterya
• 9V Clip ng Baterya

Iba pa

• Jacket
• Computer na may Purong Data at naka-install ang Arduino IDE
• Wire ng Kagamitan
• Kagamitan sa Paghinang
• Mga Cutter ng Wire
• Mga Striper ng Wire
• Karayom na may malaking mata
• Thread
• Konduktibong Thread
• Gunting
• Sukat ng Tape
• Pandikit sa tela o I-clear ang Narn Varnish
• Chalk o White Eyeliner
• Tela para sa isang lining o isang lumang t-shirt
• Velcro
• Drill (posibleng)
• Karaniwang LED (para sa pagsubok)
• Breadboard (para sa pagsubok)
• Isa pang 220Ω risistor (para sa pagsubok)
• Multimeter (para sa pagsubok)

Ang gastos ng proyektong ito ay higit na nakasalalay sa kung magkano sa mga kagamitan sa itaas na pagmamay-ari mo na. Gayunpaman, ito ay malamang na nasa isang lugar sa pagitan ng £ 150 - £ 200.

Isang mabilis na tala - ang mga board ng LilyPad ay idinisenyo upang mai-sewn nang direkta sa mga tela at samakatuwid ay ang paghihinang ng isang 9V na clip ng baterya sa isa ay maaaring maging sanhi ng mga isyu. Ang koneksyon ay maaaring maging maselan at madaling masira. Maaari kang makakuha ng partikular na idinisenyo na mga board ng LilyPad para sa mga baterya ng AAA o LiPo na maaari mong magpasya na mas gugustuhin mong gamitin. Gayunpaman, pinili ko pa ring bumaba sa ruta ng 9V dahil ang kanilang buhay ng baterya ay mas malaki kaysa sa mga AAA at ang aking Unibersidad ay may mga paghihigpit sa paggamit ng mga baterya ng LiPo.

Hakbang 1: Paglikha ng MIDI Input Circuit

Una sa lahat, isaalang-alang natin ang MIDI Input circuit. Kailangan itong maitayo sa prototyping board na kung saan ay puwang sa Arduino Mega. Gagamitin ito upang magpadala ng mga mensahe ng MIDI mula sa Pure Data patch sa Mega sa pamamagitan ng pin na 'KOMUNIKASYON RX0'. Tingnan sa itaas para sa isang circuit diagram at isang larawan. Nakasalalay sa iyong prototyping board, maaaring medyo magkakaiba ang iyong layout ngunit pinili kong ilagay ang MIDI socket sa ibabang kaliwang sulok. Ang isang drill ay maaaring kailanganing gamitin dito upang gawing mas malaki ang mga butas sa kalasag upang magkasya ang socket. Ang mga pulang wire sa larawan ay konektado sa 5V, ang kayumanggi ay konektado sa lupa, ang itim na kawad ay konektado sa pin 3 sa 6N138, ang asul na kawad ay konektado sa pin 2 sa 6N138 at ang mga dilaw na wires ay konektado sa RX0 pin Ang espasyo ay naiwan sa kanang bahagi ng prototyping board upang payagan ang silid para sa XBee sa paglaon. Ang mga pagkasira ay maaaring kailanganin na gawin sa mga track sa board. Para sa halimbawang ito, kinailangan nilang gawin sa pagitan ng mga pin sa 6N138.

Pagsubok sa MIDI Input Circuit

Upang subukan ang circuit, i-upload ang code sa ibaba sa Arduino Mega gamit ang USB Type A to B cable. Tiyaking hindi naipasok ang kalasag kapag ginawa mo ito dahil ang code ay hindi mai-upload kung may nakakonekta sa mga RX o TX na pin. Gayundin, kasama sa code ang MIDI.h library na maaaring kailangan mong i-download, na magagamit sa link sa ibaba.

MIDI.h

Susunod, ipasok ang kalasag sa mega at ikonekta ito sa isa pang USB port sa iyong computer sa pamamagitan ng MIDI sa USB cable. Ang pagtatapos ng MIDI na kakailanganin mong gamitin ay mamarkahan na 'out'. Lumikha ng isang simpleng circuit sa isang breadboard na kumukonekta sa pin 2 sa isang 220Ω risistor at pagkatapos ay ikonekta ito sa anode ng isang karaniwang LED. Ikonekta ang LEDs cathode sa lupa.

Pagkatapos, lumikha ng isang simpleng patch ng Pure Data na may isang [60 100] mensahe at isang [0 0] mensahe na parehong konektado sa isang bagay ng pag-tandaan sa pamamagitan ng kaliwang papasok nito. Tiyaking nakakonekta ang patch na ito sa MIDI Input circuit sa pamamagitan ng pagbubukas ng mga setting ng MIDI at pagbabago ng output aparato. Kung hindi ito magagamit siguraduhing nakakonekta mo ang MIDI circuit sa iyong computer bago mo buksan ang Pure Data. Ngayon, kung ang iyong circuit ay tama, ang LED ay dapat na ilaw kapag ang [60 100] mensahe ay pinindot at dapat itong patayin kapag ang [0 0] mensahe ay pinindot.

Hakbang 2: Pagdidisenyo ng LED Matrix

Susunod, ang LED matrix para sa likod ng dyaket ay kailangang isaalang-alang. Ito ay direktang konektado sa pangunahing board ng LilyPad. Karaniwan, upang makontrol ang mga LED gamit ang isang microcontroller bawat isa ay itatalaga sa kanilang sariling mga indibidwal na pin. Gayunpaman, sa isang Arduino LilyPad lamang na ito ay magiging labis na naglilimita. Sa kabuuan, ang LilyPad ay may 12 digital pin at 6 analogue, kaya potensyal na 18 output pin. Gayunpaman, dahil ang isa sa mga pin na ito ay gagamitin sa paglaon upang makontrol ang isang slide switch, mag-iiwan lamang ito ng 17 na natitira.

Ang isang pamamaraan ay maaaring magamit sa sitwasyong ito na tinatawag na multiplexing upang ma-maximize ang potensyal ng mga control pin ng LilyPad. Sinasamantala nito ang dalawang katotohanan:

• Ang mga LED ay diode at pinapayagan lamang ang daloy ng kasalukuyang sa isang direksyon.
• Ang mga mata ng tao at utak ay nagpoproseso ng mga imahe nang mas mabagal kaysa sa ilaw na maaaring maglakbay kaya kung ang mga LED ay mabilis na mabilis na mag-flash, hindi namin mapapansin. Ito ay isang konsepto na kilala bilang "Pagpupumilit ng Paningin".

Sa pamamagitan ng pamamaraang ito ang bilang ng mga LED na maaaring makontrol ay (n / 2) x (n- (n / 2)) kung saan n ang bilang ng mga magagamit na control pin. Samakatuwid, na may magagamit na 17 pin dapat posible upang makontrol ang 72 LEDs sa isang 9x8 matrix.

Ang isang diagram para sa layout ng LEDs sa isang 9x8 matrix ay makikita sa itaas, kasama ang mga mungkahi para sa mga pin na dapat na konektado ang bawat hilera at haligi. Mahalagang tandaan na ang mga hilera at haligi ay hindi dapat hawakan. Gayundin, walang kinakailangang resistors dahil sa ang katunayan na ang bawat LED ay may sariling built in na may resistensya na 100Ω.

Bago ka magsimula sa pagtahi dapat mong planuhin ang layout ng circuit sa dyaket. Ang isang magandang lugar upang magsimula dito ay sa pamamagitan ng pagmamarka sa dyaket kung saan pupunta ang mga LED na may maliliit na tuldok, gamit ang isang panukalang tape upang matiyak na pantay ang pagitan. Para sa isang itim na dyaket na katad, ang puting eyeliner ay gumagana nang napakahusay at maaaring madaling matanggal kung nagkamali. Gayunpaman, ang iba pang mga daluyan tulad ng tisa ay maaari ding gumana depende sa materyal at sa kulay ng iyong dyaket. Ang pag-aayos ng mga kulay na LED na ginamit ko ay makikita sa itaas na gagana sa code na ibinigay sa paglaon. Maligayang pagdating sa iyo upang gumamit ng ibang layout bagaman kakailanganin itong mabago sa code.

Ang susunod na pag-iisipan ay kung saan pupunta ang LilyPad, LilyPad XBee at supply ng kuryente. Para sa dyaket na ginamit ko, ang pinaka-matino at mahinahong lugar ay tila nasa likuran ng dyaket, sa ilalim at sa loob ng lining. Ito ay dahil malamang na hindi katok ng mga nagsusuot ng armas dito at madali nitong ma-access ang LED matrix. Gayundin, habang maluwag ang dyaket na ginamit ko sa ilalim, komportable pa rin ito.

Hakbang 3: Pananahi sa LED Matrix

Sa puntong ito maaari mong simulan ang pagtahi. Ang kondaktibong thread ay maaaring maging mahirap hawakan upang gumana kaya narito ang ilang mga kapaki-pakinabang na tip:

• Ang pagdidikit ng isang bahagi sa lugar na ginagamit ang pandikit ng tela ay magiging mas madali sa pagtahi.
• Ang magkakaibang uri ng stitches ay magkakaroon ng magkakaibang mga katangian ng aesthetic at functional kaya't sulit na tingnan ang mga ito bago ka magsimula. Ang isang pangunahing tusok na tumatakbo, gayunpaman, ay dapat na maging maayos para sa proyektong ito.
• Ang mga buhol ay may posibilidad na maluwag medyo madali sa conductive thread dahil ito ay "springier" kaysa sa normal. Ang isang solusyon dito ay ang paggamit ng isang maliit na halaga ng malinaw na varnish ng kuko o tela na pandikit upang mai-seal ang mga ito. Bigyan sila ng oras upang matuyo bago putulin ang kanilang mga buntot.
• Kapag lumilikha ng mga koneksyon sa mga bahagi ng circuit o pagsasama ng dalawang linya ng conductive thread, magandang ideya na tahiin ang maraming beses na ito upang matiyak na ang isang mahusay na koneksyon sa makina at elektrisidad ay nagawa.
• Siguraduhin na ang iyong karayom ay matalim at may isang malaking mata. Ang pagtatapos sa dyaket ay maaaring maging matigas at kondaktibo na thread ay mas makapal kaysa sa normal.
• Mag-ingat sa mga maluwag na buhok sa thread. Maaari itong lumikha ng mga shorts sa circuit kung nangyari na hawakan ang iba pang mga linya ng pananahi. Kung ang mga ito ay naging isang pangunahing isyu, ang lahat ng mga linya ay maaaring mai-selyo sa malinaw na varnish ng kuko o kola ng tela sa sandaling naganap ang pagsubok at ang lahat ay tiyak na gumagana nang tama.

Ang isang magandang lugar upang simulan ang pagtahi ay kasama ang mga hilera. Upang gawing tuwid hangga't maaari maaari kang gumuhit ng mga malabong linya upang tumahi kasama ang paggamit ng isang pinuno. Kapag natahi mo na ang mga ito, lumipat sa mga haligi. Kailangang mag-ingat nang mabuti sa tuwing aabot ang isang hilera dahil mahalaga na ang dalawa ay hindi tumawid. Maaari itong makamit sa pamamagitan ng paglikha ng tusok para sa haligi sa loob ng dyaket para sa kantong ito, tulad ng nakikita sa larawan sa itaas. Kapag nakumpleto mo na ang lahat ng mga hilera at haligi maaaring magamit ang isang multimeter upang suriin na walang mga shorts.

Kapag nasiyahan ka simulan ang pagtahi ng mga LED para sa haligi sa dulong kanan ng dyaket. Tiyaking ang bawat anode ay nakakabit sa sarili nitong hilera at ang bawat katod ay nakakabit sa haligi sa kaliwa. Pagkatapos, ilagay ang LilyPad Arduino sa lugar gamit ang pandikit ng tela sa isang lugar halos sa ibaba ng haligi na ito, tiyakin na ang mga pin para sa FTDI breakout board ay nakaharap. Tahiin ang pin 11 ng LilyPad sa hilera 1, i-pin ang 12 hanggang sa hilera 2 at iba pa hanggang sa ang pin na A5 ay natahi sa hilera 9. Pagkatapos, manahi ang pin 10 sa dulong kanan na haligi. Upang subukan ang unang haligi na ito maaari mong gamitin ang code sa ibaba. I-upload ang code at paganahin ang LilyPad sa pamamagitan ng pagkonekta nito sa iyong computer gamit ang FTDI breakout board at ang USB 2.0 A-Male sa Mini-B cable.

Kung ang tamang port ay hindi magagamit kapag na-plug mo ang LilyPad, maaaring kailanganin mong mag-install ng isang driver ng FTDI na magagamit mula sa link sa ibaba.

Pag-install ng FTDI Driver

Kapag mayroon ka ng unang haligi na ito ng pag-iilaw ng LEDs, oras na upang tahiin ang natitira sa dyaket. Ito ay medyo isang proseso ng pag-ubos ng oras at marahil ay pinakamahusay na maipalabas sa loob ng ilang araw. Siguraduhin na subukan ang bawat haligi sa iyong pagsabay. Maaari mo itong gawin sa pamamagitan ng pagbagay ng code sa itaas upang ang pin para sa haligi na nais mong subukan ay idineklarang isang output sa pag-setup at pagkatapos ay itakda itong LOW sa loop. Siguraduhin na ang iba pang mga haligi ng pin ay itinakda bilang TAAS dahil masisiguro nito na napapatay ang mga ito.

Hakbang 4: Pagdaragdag ng isang Lumipat

Susunod, maaari kang magdagdag ng isang switch na gagamitin upang baguhin ang mga setting sa dyaket. Kailangan itong mai-sewn papunta sa loob ng dyaket sa ilalim ng LilyPad Arduino board. Gamit ang conductive thread, ang dulo na may label na "off" ay dapat na konektado sa ground at ang dulo na may label na "on" ay dapat na konektado sa pin 2.

Maaari mong subukan ang switch gamit ang code sa ibaba. Napakadali nito at binubuksan ang kanang kanang kamay sa LED kung bukas ang switch at patayin ito kung sarado ang switch.

Hakbang 5: Ginagawa ang Wireless ng Device

Paghahanda ng LilyPad XBee at XBee Explorer

Ihanda ang LilyPad XBee para sa pagsasaayos sa pamamagitan ng paghihinang sa isang 6-pin na kanang-anggulo na Male Header. Sa paglaon ay papayagan itong maiugnay sa isang computer sa pamamagitan ng LilyPad FTDI Basic Breakout board at USB Mini cable. Gayundin, solder ang clip ng 9V na baterya sa LilyPad XBee na may pulang kawad na papunta sa "+" pin at ang itim na kawad ay pupunta sa pin na "-".

Ikonekta ang board ng Explorer sa prototyping shield para sa Arduino Mega. Ang 5V at Ground sa Explorer board ay mangangailangan ng pagkonekta sa 5V at Ground sa Mega, ang output pin sa Explorer ay kailangan ng pagkonekta sa RX1 sa Mega at ang input sa Explorer ay kailangan ng pagkonekta sa TX1 sa Mega.

Ang pag-configure ng XBees

Susunod na kailangang i-configure ang XBees. Una sa lahat, kakailanganin mong i-install ang CoolTerm software nang libre na magagamit mula sa link sa ibaba.

CoolTerm Software

Tiyaking makilala ang pagitan ng dalawang XBees sa ilang paraan dahil mahalaga na hindi mo sila makihalubilo.

Una, i-configure ang XBee para sa computer. Ipasok ito sa LilyPad XBee Breakout board at ikonekta ito sa computer gamit ang FTDI basic breakout board at USB Mini cable. Buksan ang CoolTerm at sa Mga Pagpipilian, piliin ang tamang serial port. Kung hindi mo ito nakikita, subukang pindutin ang 'Re-Scan Serial Ports'. Pagkatapos, tiyakin na ang rate ng baud ay nakatakda sa 9600, i-on ang Local Echo at itakda ang Key Emulation sa CR. Maaari nang makakonekta ang CoolTerm sa XBee.

I-type ang "+++" sa pangunahing window upang ilagay ang XBee sa command mode. Huwag pindutin ang return. Papayagan nitong mai-configure ito gamit ang mga utos ng AT. Kung ito ay naging matagumpay, pagkatapos ng isang napakaikling pause dapat mayroong isang "OK" na tugon ng mensahe. Kung mayroong isang pagkaantala ng higit sa 30 segundo bago ang susunod na linya, ang mode ng command ay lalabas at kailangan itong ulitin. Maraming mga utos na AT ang kailangang ipasok upang maitakda ang PAN ID, MY ID, Destination ID at upang mai-save ang mga pagbabago. Kailangang ma-hit ang Return pagkatapos ng bawat isa sa mga utos na ito at ang mga ito ay makikita sa talahanayan sa itaas. Kapag nakumpleto na ito para sa computer XBee, kailangan itong idiskonekta at ang parehong proseso ay kailangang isagawa para sa dyaket XBee.

Maaari mong suriin ang mga bagong setting ng XBee sa pamamagitan ng pag-type sa bawat utos ng AT nang walang halaga sa dulo. Halimbawa, kung nagta-type ka sa "ATID" at na-hit ang return, dapat na ibalik muli ang "1234".

Pagsubok sa XBees

Sa puntong ito, tahiin ang LilyPad XBee sa dyaket sa tabi ng LilyPad Arduino. Ang mga sumusunod na koneksyon ay kailangang gawin sa conductive thread:

• 3.3V sa LilyPad XBee hanggang '+' sa LilyPad
• Ground sa LilyPad XBee hanggang Ground sa LilyPad
• RX sa LilyPad XBee hanggang TX sa LilyPad
• Ang TX sa LilyPad XBee hanggang sa RX sa LilyPad

Ngayon ang aparato ay maaaring masubukan upang matiyak na ang XBees ay gumagana nang tama. Ang code sa ibaba na tinawag na 'Wireless_Test_Mega' ay kailangang mai-upload sa Arduino Mega at ang pangunahing layunin nito ay upang makatanggap ng mga mensahe ng MIDI mula sa simpleng patch ng Pure Data na nilikha kanina, at magpadala ng iba't ibang mga halaga sa pamamagitan ng XBee. Kung ang isang tala na MIDI na may pitch na 60 ay natanggap, ang mensahe na 'a' ay maililipat. Bilang kahalili, kung natanggap ang isang mensahe ng noteoff, ipapadala ang 'b'.

Bilang karagdagan dito, ang code sa ibaba na tinatawag na 'Wireless_Test_LilyPad' ay kailangang i-upload sa LilyPad. Natatanggap nito ang mga mensahe mula sa Mega sa pamamagitan ng XBees at kinokontrol ang kanang ibaba sa LED nang naaayon. Kung natanggap ang mensaheng 'a', nangangahulugang ang isang tala na MIDI na may pitch na 60 ay natanggap ng Mega, ang LED ay magbubukas. Sa kabilang banda, kung ang 'a' ay hindi natanggap, ang LED ay papatayin.

Kapag na-upload ang code sa parehong mga board, tiyakin na ang kalasag ay naipasok muli sa Mega at na konektado ito sa computer sa pamamagitan ng parehong mga cable. Ipasok ang computer XBee sa Explorer board. Pagkatapos, tiyakin na ang FTDI Breakout board ay naka-disconnect mula sa dyaket at ipasok ang dyaket XBee sa LilyPad XBee. Ikonekta ang baterya ng 9V at subukang pindutin ang iba't ibang mga mensahe sa Purong Data. Ang kanang ibaba sa LED sa dyaket ay dapat na mag-on at patayin.

Hakbang 6: Mga Pangwakas na Pag-ugnay

Ang Code at Purong Data Patch

Kapag masaya ka na gumagana nang wireless ang dyaket, i-upload ang sketch na 'MegaCode' sa ibaba sa Arduino Mega at ang 'LilyPadCode' na sketch sa LilyPad. Buksan ang patch ng Pure Data na tinitiyak na ang DSP ay nakabukas at ang audio input ay nakatakda sa iyong mga computer na built-in na mikropono. Subukang magpatugtog ng musika at ilipat ang switch. Maaaring kailanganin mong ayusin ang mga threshold sa Purong Data nang bahagya depende sa kung magkano o kaunti ang reaksyon ng mga LED sa audio.

Pagdaragdag ng isang Bagong Lining

Sa wakas, upang gawing mas kaaya-aya ang dyaket at mas komportable na isuot, ang isa pang lining ay maaaring idagdag sa loob ng dyaket upang takpan ang pananahi at mga sangkap. Dapat itong gawin gamit ang velcro upang payagan ang madaling pag-access sa circuit na sakaling magkaroon ng anumang mga pagbabago.

Una sa lahat, tahiin ang mga 'loop' strips (ang mas malambot na bahagi) sa dyaket sa loob, kasama ang tuktok at pababang magkabilang panig. Magandang ideya na iwanan ang ilalim na libre dahil papayagan nito ang hangin na makapunta sa mga sangkap. Pagkatapos, gupitin ang isang piraso ng tela ng parehong laki at tahiin ito ang 'hook' strips ng velcro, kasama ang tuktok at pababa sa magkabilang panig. Gayundin, sa parehong panig tulad ng velcro at sa pinaka-maginhawang lokasyon, tumahi sa isang bulsa na makaka-upo ang baterya. Tingnan ang mga larawan sa itaas para sa mga halimbawa.

Hakbang 7: Tapos Na

Ang iyong wireless Light Show Jacket ay dapat na kumpleto at matagumpay na mag-react sa audio! Ang isang setting ay dapat lumikha ng isang epekto tulad ng isang amplitude bar at ang iba pa ay dapat magkaroon ng mga indibidwal na LED na kumikislap sa musika sa kanilang mga kulay depende sa pitch. Tingnan sa itaas para sa mga halimbawa ng video. Ipagtataka na nagtataka ka, ang kulay at pitch ay nauugnay sa pamamagitan ng Rosicrucian Order na batay sa intonation lamang. Inaasahan kong nasiyahan ka sa proyektong ito!