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【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化(25)--水龙卷旋涡灯

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偶然心血来潮,想要做一个声音可视化的系列专题。这个专题的难度有点高,涉及面也比较广泛,相关的FFT和FHT等算法也相当复杂,不过还是打算从最简单的开始,实际动手做做试验,耐心尝试一下各种方案,逐步积累些有用的音乐频谱可视化的资料,也会争取成型一些实用好玩的音乐可视器项目。

偶然看到一张水龙卷的图片,感觉挺震撼的,于是就有了这个念头——尝试做个小小的水龙卷旋涡灯。

00.jpg

驴友花雕  中级技神
 楼主|

发表于 2022-10-5 10:19:32

【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(1)---LED节奏灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311167-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(2)---OLED频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311174-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(3)---RGB律动灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311183-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(4)---WS2812条灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311190-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(5)---WS2812柱跳灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311192-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(6)---点阵频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311201-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(7)---大方格频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311364-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(8)---四位32段点阵屏
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311490-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(9)---X Music Spectrum
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311627-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(10)---WS2812硬板屏
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311641-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(11)---WS2812幻彩灯带
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313648-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(12)---米管快速节奏灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313708-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(13)---有机棒立柱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313723-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(14)---水杯水瓶灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313803-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(15)--横排LED方管灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313811-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(16)--热干胶棒棒灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313844-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列(17)--光导纤维灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313867-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(18)--LED平面板灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313951-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(19)--通体光纤灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313962-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(20)--首饰盒镜子灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313969-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(21)--CD 光盘灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313984-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(22)--LED无限魔方
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313994-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化(23)--3合1闪点光纤
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314168-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化(24)--无限LED镜子灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314180-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化(25)--水龙卷旋涡灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314231-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列(26)--LED 超立方体
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314244-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化(27)--磁搅LED水旋灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314273-1-1.html


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驴友花雕  中级技神
 楼主|

发表于 2022-9-29 13:59:04

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(25)--水龙卷旋涡灯
  项目程序之三:水龙卷多彩MegunoLink音乐节拍灯
  模块接线:WS2812B接D6
  MAX4466      UNO
  VCC          5V
  GND         GND
  OUT          A0


  1. /*
  2. 【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(25)--水龙卷旋涡灯
  3.   项目程序之三:水龙卷多彩MegunoLink音乐节拍灯
  4.   模块接线:WS2812B接D6
  5.   MAX4466      UNO
  6.   VCC          5V
  7.   GND         GND
  8.   OUT          A0
  9. */
  10. #include<FastLED.h>
  11. #include<MegunoLink.h>
  12. #include<Filter.h>
  13. #define N_PIXELS  16
  14. #define MIC_PIN   A0
  15. #define LED_PIN   6
  16. #define NOISE 10
  17. #define TOP   (N_PIXELS+2)
  18. #define LED_TYPE  WS2811
  19. #define BRIGHTNESS  10
  20. #define COLOR_ORDER GRB
  21. CRGB leds[N_PIXELS];
  22. int lvl = 0, minLvl = 0, maxLvl = 10;
  23. ExponentialFilter<long> ADCFilter(5, 0);
  24. void setup() {
  25.   FastLED.addLeds<LED_TYPE, LED_PIN, COLOR_ORDER>(leds, N_PIXELS).setCorrection(TypicalLEDStrip);
  26.   FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS);
  27. }
  28. void loop() {
  29.   int n, height;
  30.   n = analogRead(MIC_PIN);
  31.   n = abs(1023 - n);
  32.   n = (n <= NOISE) ? 0 : abs(n - NOISE);
  33.   ADCFilter.Filter(n);
  34.   lvl = ADCFilter.Current();
  35.   //  Serial.print(n);
  36.   //  Serial.print(" ");
  37.   //  Serial.println(lvl);
  38.   height = TOP * (lvl - minLvl) / (long)(maxLvl - minLvl);
  39.   if (height < 0L) height = 0;
  40.   else if (height > TOP) height = TOP;
  41.   for (uint8_t i = 0; i < N_PIXELS; i++) {
  42.     if (i >= height) leds[i] = CRGB(0, 0, 0);
  43.     else leds[i] = Wheel( map( i, 0, N_PIXELS - 1, 30, 150 ) );
  44.   }
  45.   FastLED.show();
  46. }
  47. CRGB Wheel(byte WheelPos) {
  48.   if (WheelPos < 85)
  49.     return CRGB(WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3, 0);
  50.   else if (WheelPos < 170) {
  51.     WheelPos -= 85;
  52.     return CRGB(255 - WheelPos * 3, 0, WheelPos * 3);
  53.   } else {
  54.     WheelPos -= 170;
  55.     return CRGB(0, WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3);
  56.   }
  57. }
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驴友花雕  中级技神
 楼主|

发表于 2022-9-29 13:13:06

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(25)--水龙卷旋涡灯
  项目程序之二:水龙卷音乐反应节奏灯
  模块接线:WS2812B接D6
  MAX4466      UNO
  VCC          5V
  GND         GND
  OUT          D6


  1. /*
  2. 【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(25)--水龙卷旋涡灯
  3.   项目程序之二:水龙卷音乐反应节奏灯
  4.   模块接线:WS2812B接D6
  5.   MAX4466      UNO
  6.   VCC          5V
  7.   GND         GND
  8.   OUT          D6
  9. */
  10. #include<FastLED.h>
  11. #define LED_PIN 6
  12. #define NUM_LEDS 16
  13. CRGB leds[NUM_LEDS];
  14. uint8_t hue = 0;
  15. int soundsensor = A0;
  16. void setup() {
  17.   delay(2000);
  18.   FastLED.addLeds<WS2812B, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
  19.   FastLED.setBrightness(255);
  20.   pinMode(soundsensor, INPUT);
  21. }
  22. void loop() {
  23.   int sensval = digitalRead(soundsensor);
  24.   if (sensval == 1) {
  25.     leds[0] = CRGB :: Red;
  26.     fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB :: Blue);
  27.     rainbow_moving();
  28.     FastLED.show();
  29.     delay(10);
  30.   }
  31.   else {
  32.     leds[0] = CRGB :: Black;
  33.     fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB :: Black);
  34.     FastLED.show();
  35.     delay(10);
  36.   }
  37. }
  38. void rainbow_moving() {
  39.   for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
  40.     leds[i] = CHSV(hue + (i * 10), 255, 255);
  41.   }
  42.   EVERY_N_MILLISECONDS(10) {
  43.     hue++;
  44.   }
  45. }
复制代码




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驴友花雕  中级技神
 楼主|

发表于 2022-9-28 06:39:27

知识点:
水龙卷俗称龙吸水或龙吊水等。水龙卷(waterspout)是一种偶尔出现在温暖水面上空的龙卷风,它的上端与雷雨云相接,下端直接延伸到水面,一边旋转,一边移动。饱含水气快速旋转的气柱状水龙卷,危险程度不亚于龙卷风,内部风速可超过每小时二百公里。

龙卷是一种生命史极短的剧烈局地天气现象。它的发生目前国内外尚没有迹象表明能对它作出一个较精确的预报。美国是世界上出现龙卷最多的国家,所以对龙卷的研究处于绝对的领先地位,但是现任美国国家强烈风暴实验室主任Edwin Kessles 教授最近曾说:「我们承认,我们没有办法来减轻龙卷的危险,对龙卷最好的预报措施是你自己的眼睛,这并不是说我们是无助 的,我们还有腿脚。如果发现龙卷来了,就用它们吧!」建筑物没有脚,只好目睹它在龙卷中变成废墟,可见龙卷虽小,危害极大。

01.gif

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驴友花雕  中级技神
 楼主|

发表于 2022-9-28 06:53:13

水龙卷的成因
水龙卷是一种偶尔出现在温暖水面上空的龙卷风。实质上这是一种涡旋,空气绕龙卷的轴快速旋转。受龙卷中心气压极度减小的吸引,水流被吸入涡旋的底部,并随即变为绕轴心向上的涡流。要是有上旋式的陆龙卷向海面移动,行进的过程中也会形成水龙卷。许多水龙卷形成在离雷雨系统很远的地方,甚至出现在相当晴朗的天气里。水龙卷可以是相当透明,刚形成时,只有经由它在水面形成的不寻常图案才会注意到它之存在。水龙卷能把海上船只和海水吸入空中。更有趣的是1949年南半球的夏天,新西兰下了一场「鱼雨」,鱼从天而降,这就是海龙卷的作用。

首先是空气必须具有高温、高湿。我们知道,温度高低反映其热能的大小,空气湿度大,一旦发生凝结现象,大量的潜热就释放出来,变成动能、位能;

第二要有旺盛的积雨云。积雨云是强对流的产物,在强对流运动中易形成涡环;

第三是上升气流和下沉气流间的切变要大,也就是说两者气流方向相反,各自的速度要大,才能形成强切变。中国南海很具备产生水龙卷的条件,特别是西沙群岛,在夏秋季水龙卷经常出现。

据不完全统计,全球每年发生的水龙卷近千个。

02.jpg

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驴友花雕  中级技神
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发表于 2022-9-28 06:58:57

水龙卷的内部结构
水龙卷内部结构群中最成熟的是「母龙卷气旋」,往下依次是龙卷气旋族、龙卷气旋、龙卷涡旋、龙卷漏斗、吸管涡旋,构成一个完整的家族。

母龙卷气旋是由多个龙卷气旋组成的,它的作用范围在10-20公里,其威力属水龙卷之首;龙卷气旋是由各个龙卷涡旋组成,作用尺度在3-10公里;龙卷涡旋也称小龙卷气旋,是由多个龙卷漏斗组成,作用在1-3公里范围内;龙卷漏斗也是通常所见的漏斗云,它的尺度约为300米,一根漏斗云里,有两个甚至三个以上吸管涡旋,所以也称母涡旋;吸管涡旋是水龙卷群中最年轻的,它的尺度一般不超过30米,但其破坏力却是最大的,有时比台风威力还大,主要是它那涡旋轴范围小气压梯度特别大,压力差可达20百帕以上,为台风内部平均气压差的几百倍甚至上千倍,因此其内部风速极大,多在每秒100米以上,要比台风大几倍,所经之处常能造成极严重的灾害。

03.jpg

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驴友花雕  中级技神
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发表于 2022-9-28 08:34:37

找到一个大号快餐盒,一个饮料瓶子,还有一只鱼缸水泵,试试能否旋转起来

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发表于 2022-9-28 08:44:52

仍旧使用WS2812灯带来做实验,多加一个简易防水套子

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发表于 2022-9-28 08:49:03

WS2812B
是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个5050LED灯珠相同,每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路,还包含有高精度的内部振荡器和12V高压可编程定电流控制部分,有效保证了像素点光的颜色高度一致。数据协议采用单线归零码的通讯方式,像素点在上电复位以后,DIN端接受从控制器传输过来的数据,首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后,送到像素点内部的数据锁存器,剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点,每经过一个像素点的传输,信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术,使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制,仅仅受限信号传输速度要求。


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驴友花雕  中级技神
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发表于 2022-9-28 08:52:33

主要特点
1、智能反接保护,电源反接不会损坏IC。
2、IC控制电路与LED点光源公用一个电源。
3、控制电路与RGB芯片集成在一个5050封装的元器件中,构成一个完整的外控像素点。
4、内置信号整形电路,任何一个像素点收到信号后经过波形整形再输出,保证线路波形畸变不会累加。
5、内置上电复位和掉电复位电路。
6、每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示,完成16777216种颜色的全真色彩显示,扫描频率不低于400Hz/s。
7、串行级联接口,能通过一根信号线完成数据的接收与解码。
8、任意两点传传输距离在不超过5米时无需增加任何电路。
9、当刷新速率30帧/秒时,级联数不小于1024点。
10、数据发送速度可达800Kbps。
11、光的颜色高度一致,性价比高。

应用领域
具有低电压驱动,环保节能,亮度高,散射角度大,一致性好,超低功率,超长寿命等优点。将控制电路集成于LED上面,电路变得更加简单,体积小,安装更加简便。主要应用领域,LED全彩发光字灯串,LED全彩模组, LED全彩软灯条硬灯条,LED护栏管。LED点光源,LED像素屏,LED异形屏,各种电子产品,电器设备跑马灯等。


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发表于 2022-9-28 08:56:49

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发表于 2022-9-28 09:58:16

简易防水灯带安装在饮料瓶子上

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 楼主|

发表于 2022-9-28 11:18:41

水泵的功率有点小

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发表于 2022-9-28 11:21:35

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发表于 2022-9-28 11:24:14

接上水管

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发表于 2022-9-28 11:27:42

试了一下,功率太小,没有旋涡......

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发表于 2022-9-28 16:36:25

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(25)--水龙卷旋涡灯
  项目程序之一:四色彩灯循环测试
  模块接线:WS2812B接D6
  MAX4466      UNO
  VCC          5V
  GND         GND
  OUT          D6


  1. /*
  2. 【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(25)--水龙卷旋涡灯
  3.   项目程序之一:四色彩灯循环测试
  4.   模块接线:WS2812B接D6
  5.   MAX4466      UNO
  6.   VCC          5V
  7.   GND         GND
  8.   OUT          D6
  9. */
  10. #include <FastLED.h>
  11. #define LEDPIN 6
  12. #define NUMOFLEDS 16
  13. CRGB leds[NUMOFLEDS];
  14. void setup() {
  15.   FastLED.addLeds<WS2812, LEDPIN, GRB>(leds, NUMOFLEDS);
  16. }
  17. void loop() {
  18.   for (int i = 0; i <= 15; i++) {
  19.     leds[i] = CRGB(0, 0, 255);
  20.     FastLED.show();
  21.     delay(40);
  22.   }
  23.   for (int i = 15; i >= 0; i--) {
  24.     leds[i] = CRGB(255, 0, 0);
  25.     FastLED.show();
  26.     delay(40);
  27.   }
  28.   for (int i = 0; i <= 15; i++) {
  29.     leds[i] = CRGB(0, 255, 0);
  30.     FastLED.show();
  31.     delay(40);
  32.   }
  33.   for (int i = 15; i >= 0; i--) {
  34.     leds[i] = CRGB(255, 255, 255);
  35.     FastLED.show();
  36.     delay(40);
  37.   }
  38. }
复制代码




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发表于 2022-9-28 16:59:57

实验场景图

12.jpg

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发表于 2022-9-28 17:03:16

实验场景图  动态图

动画79.gif

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发表于 2022-9-28 17:11:12

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发表于 2022-9-28 17:13:25

实验场景图

11.jpg

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发表于 2022-9-28 17:19:35

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