Visualizer Spektrum Audio RGB 32-Band – Proyek Matriks LED Arduino

Komponen dan Perlengkapan

• Arduino Nano R3
• MATRIX LED RGB WS2812B 8x32
• Resistor 4.75k ohm x3
• Resistor 100k ohm x2
• Resistor 10k ohm
• Resistor Lubang Lewat, 390 ohm
• Kapasitor 100 nF x2
• Kapasitor 1000 µF
• Tombol Saklar Pushbutton SparkFun 12mm
• Papan prototipe lubang banyak 4x6 cm

Alat dan Mesin yang Diperlukan

• Pemolot (generik)
• Kabel pemisah Jack 3,5 mm

Tentang Proyek Ini

Proyek

Proyek ini untuk membuat visualizer spektrum frekuensi audio (musik) RGB 32-band menggunakan Arduino Nano dan Matriks LED RGB WS2812B 8x32.

Proyek Asli yang Membuat Terinspirasi

Terima kasih besar kepada Shajeeb penulis proyek asli berdasarkan matriks LED MAX72xx. Saya hanya memodifikasi bagian pilot matriks LED untuk menyesuaikannya dengan Matriks LED RGB WS2812B.

Tautan ke proyek asli: 32-Band Audio Spectrum Visualizer Analyzer

Matriks LED RGB WS2812B

Menggunakan matriks LED RGB berdasarkan LED SMD 5050 kecerahan tinggi, diperlukan menggunakan sumber daya eksternal karena matriks RGB dapat menyerap lebih dari 10mA per LED, sehingga dengan semua LED menyala pada kecerahan maksimum dapat menyerap lebih dari 2,5 Amper.

Karena alasan ini saya telah memasukkan dioda dalam seri di +5V agar dapat menyala Arduino dalam mode mandiri, ketika kabel USB tidak terhubung, dan untuk menghindari Arduino menjadi sumber daya matriks RGB, sehingga Anda menghindari beban berlebih pada rangkaian internal papan dengan arus yang tidak dapat disediakan.

Pada Proyek Asli, selain dioda input, untuk melindungi input matriks LED dari kemungkinan lonjakan tegangan, saya juga menambahkan resistor 390 ohm dalam seri antara pin Arduino D6 dan input Data, dan kapasitor 1000 µF 12V untuk meningkatkan stabilitas tegangan daya Arduino.

Perakitan Hardware

Seperti terlihat dalam foto utama saya membuat prototipe pertama pada papan lubang banyak 4x6 cm menggunakan dua soket audio RCA (disolder langsung pada papan) yang juga dapat diganti dengan soket Jack perempuan 3,5 mm. Hal yang penting untuk menghindari derau adalah membuat koneksi antara sumber dan input audio papan dengan kabel terlindung (shielded). Tips lain adalah menjaga koneksi antara Arduino dan matriks LED sempendek mungkin.

Kode

Pada akhirnya, semua perangkat lunak didasarkan pada pekerjaan hebat yang dilakukan oleh penulis prosedur sampling melalui pustaka FFT dan realizasi definitif Shajeeb.

Saya telah menambahkan dua fungsi:

Pertama adalah GetLedFromMatrix(...) untuk memetakan matriks menjadi baris dan kolom dan dapat mengaddress setiap 256 LED melalui koordinat baris dan kolom.

Kedua adalah yang - yang secaraArbitreri saya sebut SetColumn(...) - yang menyala LED setiap kolom berdasarkan nilai puncak yang diperoleh dari digitalisasi audio (nilai antara 0 dan 7) dan berdasarkan warna yang ditetapkan dalam array dua dimensi. Anda dapat bersenang-senang mengubah nilai dan jadi warna sesuai selera. Untuk menyederhanakan kode saya menggunakan subroutine bernama Wheel() (diambil dari demo yang dilampirkan dengan pustaka Neopixel Adafruit) yang dimulai dari nilai antara 0 dan 255 mengembalikan nilai unsigned 32-bit long yang dapat diteruskan langsung ke fungsi setPixelColor. Di sini Anda dapat bermain sesuka hati, sambil mengingat keterbatasan memori Arduino menghindari jika memungkinkan penggunaan variabel 32-bit untuk menyimpan nilai warna RGB.

Equalisasi Audio

Selanjutnya, karena saya telah menjalankan tes dengan audio yang berasal dari kartu suara terintegrasi di papan induk PC, untuk meningkatkan respons frekuensi, saya menambahkan array byte 32 nilai yang sebenarnya mengonstituisikan kurva equalisasi untuk meredam bass dan meningkatkan treble. Jika Anda tidak membutuhkannya, cukup setel variabel EQ_ON ke false atau ubah tingkat redaman dengan mengubah 32 nilai array eq[32], nilai 100 menjaga amplitudo tidak berubah, satu kurang dari 100 meredam dan satu lebih dari 100 menekankan band frekuensi.

Kecerahan LED

Kecerahan matriks ditetapkan dalam kode pada 32 (BRIGHTNESS const). Nilai kecerahan maksimum matriks WS2812B (secara kertas) adalah 255 tetapi sudah dengan nilai lebih dari 100, cahaya LED berubah dari putih menjadi kuning pucat, mungkin diperlukan untuk menyediakan daya matriks melalui dua kabel merah dan hitam tengah alih-alih di kanan konektor sisi.

Saya masih mencoba ...

Terakhir, jika Anda menggunakan kecerahan maksimum 64, sumber daya 1A mungkin cukup, jika tidak 2A sangat penting.

Update Masa Depan

Saya sedang bekerja pada versi baru yang menggunakan pustaka OpenMusicLabs FHT yang ternyata jauh lebih cepat dari FFT Arduino.

Tetap menyimak. :)

Mohon maafkan bahasa Inggris yang buruk, saya menggunakan pengalih bahasa Google.

Kode

• Spectrum_Analyzer_WS2812B.ino

Spectrum_Analyzer_WS2812B.inoArduino

/* Copyright (c) 2019 Shajeeb TM Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal in the Software without restriction, including without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to the following conditions: The above copyright notice and this permission notice shall be included in all copies or substantial portions of the Software. THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE. WS2812B Led Matrix vesion by Janux */ #include <arduinoFFT.h> #include <SPI.h> #include <Adafruit_NeoPixel.h> #define SAMPLES 64 //Must be a power of 2 #define xres 32 // Total number of columns in the display, must be <= SAMPLES/2 #define yres 8 // Total number of rows in the display #define ledPIN 6 // pint to control Led Matrix #define NUM_LEDS (xres * yres) #define BRIGHTNESS 32 #define buttonPin 5 // the number of the pushbutton pin to change displaycolor byte yvalue; byte displaycolumn, displayvalue; int peaks[xres]; byte state = HIGH; // the current reading from the input pin byte previousState = LOW; // the previous reading from the input pin byte displaycolor = 0; //Arrays for samplig double vReal[SAMPLES]; double vImag[SAMPLES]; byte data_avgs[xres]; arduinoFFT FFT = arduinoFFT(); // FFT object unsigned long lastDebounceTime = 0; // the last time the output pin was toggled unsigned long debounceDelay = 100; // the debounce time; increase if the output flickers // Parameter 1 = number of leds in matrix // Parameter 2 = pin number (most are valid) // Parameter 3 = pixel type flags, add together as needed: // NEO_KHZ800 800 KHz bitstream (most NeoPixel products w/WS2812 LEDs) // NEO_KHZ400 400 KHz (classic 'v1' (not v2) FLORA pixels, WS2811 drivers) // NEO_GRB Pixels are wired for GRB bitstream (most NeoPixel products) // NEO_RGB Pixels are wired for RGB bitstream (v1 FLORA pixels, not v2) Adafruit_NeoPixel pixel = Adafruit_NeoPixel(NUM_LEDS, ledPIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800); // EQ filter to attenuates bass and improves treble // Useful on PC sound card which usually has many bass and poor high frequency bool EQ_ON = true; // set to false to disable eq byte eq[32] = {50, 55, 60, 70, 75, 80, 85, 95, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 115, 125, 140, 160, 185, 200, 225, 255 }; //Define color for single led, used in setColumn function, 0 for custom color //Color are calculated by Wheel function, see below byte colors[][8] = { {170, 160, 150, 140, 130, 120, 1, 1}, {1, 5, 10, 15, 20, 25, 90, 90}, {90, 85, 80, 75, 70, 65, 1, 1}, {90, 90, 90, 30, 30, 30, 1, 1}, {170, 160, 150, 140, 130, 120, 0, 0}, {170, 160, 150, 140, 130, 120, 1, 1}, {170, 160, 150, 140, 130, 120, 1, 1} }; void setup() { pixel.begin(); pixel.setBrightness(BRIGHTNESS); // Begin FFT operations ADCSRA = 0b11100101; // set ADC to free running mode and set pre-scalar to 32 (0xe5) ADMUX = 0b00000000; // use pin A0 and external voltage reference } void loop() { // ++ Sampling for (int i = 0; i < SAMPLES; i++) { while (!(ADCSRA & 0x10)); // wait for ADC to complete current conversion ie ADIF bit set ADCSRA = 0b11110101 ; // clear ADIF bit so that ADC can do next operation (0xf5) int value = ADC - 512 ; // Read from ADC and subtract DC offset caused value vReal[i] = value / 8; // Copy to bins after compressing vImag[i] = 0; } FFT.Windowing(vReal, SAMPLES, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD); FFT.Compute(vReal, vImag, SAMPLES, FFT_FORWARD); FFT.ComplexToMagnitude(vReal, vImag, SAMPLES); // -- FFT // ++ re-arrange FFT result to match with no. of columns on display (xres) int step = (SAMPLES / 2) / xres; int c = 0; for (int i = 0; i < (SAMPLES / 2); i += step) { data_avgs[c] = 0; for (int k = 0 ; k < step ; k++) { data_avgs[c] = data_avgs[c] + vReal[i + k]; } data_avgs[c] = data_avgs[c] / step; c++; } // ++ send to display according measured value for (int i = 0; i <xres; i++) { if (EQ_ON) data_avgs[i] = data_avgs[i] * (float)(eq[i]) / 100; //apply eq filter data_avgs[i] = constrain(data_avgs[i], 0, 80); // set max & min values for buckets to 0-80 data_avgs[i] = map(data_avgs[i], 0, 80, 0, yres); // remap averaged values to yres 0-8 yvalue = data_avgs[i]; peaks[i] = peaks[i] - 1; // decay by one light if (yvalue > peaks[i]) peaks[i] = yvalue; //save peak if > previuos peak yvalue = peaks[i]; displaycolumn = i; displayvalue = yvalue; setColumn(displaycolumn, displayvalue); // draw buckets } pixel.show(); // show buckets displaycolorChange(); // check if button pressed to change color mode } //----------------------------------------------------------------- // Light leds of x column according to y value void setColumn(byte x, byte y) { byte led, i; for (i = 0; i < yres; i++) { led = GetLedFromMatrix(x, i); //retrieve current led by x,y coordinates if (peaks[x] > i) { switch (displaycolor) { case 4: //put zero 0 on array value to customize peaks color if (colors[displaycolor][i] > 0) { //normal color defined on color array pixel.setPixelColor(led, Wheel(colors[displaycolor][i])); } else { //custom color for peaks only with 0 on array value pixel.setPixelColor(led, 255, 255, 255); //Led number, R, G, B values } break; case 5: //change color by column pixel.setPixelColor(led, Wheel(x * 16)); break; case 6: //change color by row pixel.setPixelColor(led, Wheel(i * 36)); break; default: //display color set -> displaycolor from 0 to 3 //color are defined on color array pixel.setPixelColor(led, Wheel(colors[displaycolor][i])); }//END SWITCH } else { pixel.setPixelColor(led, 0); } } } //====================================================================== // Calculate a led number by x,y coordinates // valid for WS2812B with serpentine layout placed in horizzontal // and zero led at bottom right (input connector on the right side) // input value: x=0-31, y=0-7, return a led number from 0 to 255 //======================================================================== byte GetLedFromMatrix(byte x, byte y) { x = xres - x - 1; if (x & 0x01) { //Odd columns increase backwards return ((x + 1) * yres - y - 1); } else { //Even columns increase normally return ((x + 1) * yres - yres + y); } } //======================================================================== void displaycolorChange() { int reading = digitalRead(buttonPin); if (reading == HIGH && previousState == LOW && millis() - lastDebounceTime > debounceDelay) // works only when pressed { displaycolor++; if (displaycolor > 6) displaycolor = 0; lastDebounceTime = millis(); } previousState = reading; } /* Utility from Adafruit Neopixel demo sketch Input a value 0 to 255 to get a color value. The colours are a transition R - G - B - back to R.*/ unsigned long Wheel(byte WheelPos) { WheelPos = 255 - WheelPos; if (WheelPos < 85) { return pixel.Color(255 - WheelPos * 3, 0, WheelPos * 3); } if (WheelPos < 170) { WheelPos -= 85; return pixel.Color(0, WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3); } WheelPos -= 170; return pixel.Color(WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3, 0); } 

Bagian dan Kotak Kustom

arduino_rgb_audio_analyzer_lX4Dv4Pta2.zip

Skematik