【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化（25）--水龙卷旋涡灯

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。

【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

【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

/*
 【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
*/

#include<FastLED.h>
#include<MegunoLink.h>
#include<Filter.h>

#define N_PIXELS  16
#define MIC_PIN   A0
#define LED_PIN   6
#define NOISE 10
#define TOP   (N_PIXELS+2)
#define LED_TYPE  WS2811
#define BRIGHTNESS  10
#define COLOR_ORDER GRB

CRGB leds[N_PIXELS];
int lvl = 0, minLvl = 0, maxLvl = 10;

ExponentialFilter<long> ADCFilter(5, 0);

void setup() {
  FastLED.addLeds<LED_TYPE, LED_PIN, COLOR_ORDER>(leds, N_PIXELS).setCorrection(TypicalLEDStrip);
  FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS);
}

void loop() {
  int n, height;
  n = analogRead(MIC_PIN);
  n = abs(1023 - n);
  n = (n <= NOISE) ? 0 : abs(n - NOISE);
  ADCFilter.Filter(n);
  lvl = ADCFilter.Current();
  //  Serial.print(n);
  //  Serial.print(" ");
  //  Serial.println(lvl);
  height = TOP * (lvl - minLvl) / (long)(maxLvl - minLvl);
  if (height < 0L) height = 0;
  else if (height > TOP) height = TOP;
  for (uint8_t i = 0; i < N_PIXELS; i++) {
    if (i >= height) leds[i] = CRGB(0, 0, 0);
    else leds[i] = Wheel( map( i, 0, N_PIXELS - 1, 30, 150 ) );
  }
  FastLED.show();
}

CRGB Wheel(byte WheelPos) {
  if (WheelPos < 85)
    return CRGB(WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3, 0);
  else if (WheelPos < 170) {
    WheelPos -= 85;
    return CRGB(255 - WheelPos * 3, 0, WheelPos * 3);
  } else {
    WheelPos -= 170;
    return CRGB(0, WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3);
  }
}
复制代码

【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

/*
 【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
*/

#include<FastLED.h>
#define LED_PIN 6
#define NUM_LEDS 16

CRGB leds[NUM_LEDS];
uint8_t hue = 0;
int soundsensor = A0;

void setup() {
  delay(2000);
  FastLED.addLeds<WS2812B, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
  FastLED.setBrightness(255);
  pinMode(soundsensor, INPUT);
}

void loop() {
  int sensval = digitalRead(soundsensor);

  if (sensval == 1) {
    leds[0] = CRGB :: Red;
    fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB :: Blue);
    rainbow_moving();
    FastLED.show();
    delay(10);
  }
  else {
    leds[0] = CRGB :: Black;
    fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB :: Black);
    FastLED.show();
    delay(10);
  }
}

void rainbow_moving() {
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    leds[i] = CHSV(hue + (i * 10), 255, 255);
  }
  EVERY_N_MILLISECONDS(10) {
    hue++;
  }
}
复制代码

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。

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。

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。

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

仍旧使用WS2812灯带来做实验，多加一个简易防水套子

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。

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。

简易防水灯带安装在饮料瓶子上

水泵的功率有点小

接上水管

试了一下，功率太小，没有旋涡......

【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

/*
 【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
*/

#include <FastLED.h>
#define LEDPIN 6
#define NUMOFLEDS 16
CRGB leds[NUMOFLEDS];

void setup() {
  FastLED.addLeds<WS2812, LEDPIN, GRB>(leds, NUMOFLEDS);
}

void loop() {
  for (int i = 0; i <= 15; i++) {
    leds[i] = CRGB(0, 0, 255);
    FastLED.show();
    delay(40);
  }
  for (int i = 15; i >= 0; i--) {
    leds[i] = CRGB(255, 0, 0);
    FastLED.show();
    delay(40);
  }
  for (int i = 0; i <= 15; i++) {
    leds[i] = CRGB(0, 255, 0);
    FastLED.show();
    delay(40);
  }
  for (int i = 15; i >= 0; i--) {
    leds[i] = CRGB(255, 255, 255);
    FastLED.show();
    delay(40);
  }
}
复制代码

实验场景图

实验场景图  动态图

实验的视频记录

优酷：https://v.youku.com/v_show/id_XN ... hcb.playlsit.page.1

B站：https://www.bilibili.com/video/B ... 87403d97f8d3cc0b7e5

实验场景图

实验的视频记录2
优酷：https://v.youku.com/v_show/id_XN ... hcb.playlsit.page.1
B站：https://www.bilibili.com/video/B ... 87403d97f8d3cc0b7e5