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【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列(26)--LED 超立方体

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本帖最后由 驴友花雕 于 2022-10-5 08:56 编辑

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。

超级立方体,还有一种称呼叫做LED无限魔方的英文是LED Infinity Cube,大概说的都是一种三维或多维镜像LED灯。在前期音乐可视化系列22之中,尝试做过一只10X10X10厘米小规格的,这次准备升级,做个大号的看看效果。

【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列(26)--LED 超立方体图1

驴友花雕  中级技神
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发表于 2022-10-7 18:36:50

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(26)--LED 超立方体
  项目程序之二:NeoPixel 环形灯带测试程序
  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(26)--LED 超立方体
  3.   项目程序之二:NeoPixel 环形灯带测试程序
  4.   模块接线:WS2812B接D6
  5.   MAX4466      UNO
  6.   VCC          5V
  7.   GND         GND
  8.   OUT          D6
  9. */
  10. #include <Adafruit_NeoPixel.h>
  11. #ifdef __AVR__
  12. #include <avr/power.h>  // Required for 16 MHz Adafruit Trinket
  13. #endif
  14. // Which pin on the Arduino is connected to the NeoPixels?
  15. // On a Trinket or Gemma we suggest changing this to 1:
  16. #define LED_PIN 6
  17. // How many NeoPixels are attached to the Arduino?
  18. #define LED_COUNT 384
  19. // Declare our NeoPixel strip object:
  20. Adafruit_NeoPixel strip(LED_COUNT, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
  21. // Argument 1 = Number of pixels in NeoPixel strip
  22. // Argument 2 = Arduino pin number (most are valid)
  23. // Argument 3 = Pixel type flags, add together as needed:
  24. //   NEO_KHZ800  800 KHz bitstream (most NeoPixel products w/WS2812 LEDs)
  25. //   NEO_KHZ400  400 KHz (classic 'v1' (not v2) FLORA pixels, WS2811 drivers)
  26. //   NEO_GRB     Pixels are wired for GRB bitstream (most NeoPixel products)
  27. //   NEO_RGB     Pixels are wired for RGB bitstream (v1 FLORA pixels, not v2)
  28. //   NEO_RGBW    Pixels are wired for RGBW bitstream (NeoPixel RGBW products)
  29. // setup() function -- runs once at startup --------------------------------
  30. void setup() {
  31.   // These lines are specifically to support the Adafruit Trinket 5V 16 MHz.
  32.   // Any other board, you can remove this part (but no harm leaving it):
  33. #if defined(__AVR_ATtiny85__) && (F_CPU == 16000000)
  34.   clock_prescale_set(clock_div_1);
  35. #endif
  36.   // END of Trinket-specific code.
  37.   strip.begin();            // INITIALIZE NeoPixel strip object (REQUIRED)
  38.   strip.show();             // Turn OFF all pixels ASAP
  39.   strip.setBrightness(40);  // Set BRIGHTNESS to about 1/5 (max = 255)
  40. }
  41. // loop() function -- runs repeatedly as long as board is on ---------------
  42. void loop() {
  43.   // Fill along the length of the strip in various colors...
  44.   colorWipe(strip.Color(255, 0, 0), 250);  // Red
  45.   colorWipe(strip.Color(0, 255, 0), 250);  // Green
  46.   colorWipe(strip.Color(0, 0, 255), 250);  // Blue
  47.   // Do a theater marquee effect in various colors...
  48.   theaterChase(strip.Color(127, 127, 127), 250);  // White, half brightness
  49.   theaterChase(strip.Color(127, 0, 0), 250);      // Red, half brightness
  50.   theaterChase(strip.Color(0, 0, 127), 250);      // Blue, half brightness
  51.   rainbow(10);              // Flowing rainbow cycle along the whole strip
  52.   theaterChaseRainbow(50);  // Rainbow-enhanced theaterChase variant
  53. }
  54. // Some functions of our own for creating animated effects -----------------
  55. // Fill strip pixels one after another with a color. Strip is NOT cleared
  56. // first; anything there will be covered pixel by pixel. Pass in color
  57. // (as a single 'packed' 32-bit value, which you can get by calling
  58. // strip.Color(red, green, blue) as shown in the loop() function above),
  59. // and a delay time (in milliseconds) between pixels.
  60. void colorWipe(uint32_t color, int wait) {
  61.   for (int i = 0; i < strip.numPixels(); i++) {  // For each pixel in strip...
  62.     strip.setPixelColor(i, color);               //  Set pixel's color (in RAM)
  63.     strip.show();                                //  Update strip to match
  64.     delay(30);                                   //  Pause for a moment
  65.   }
  66. }
  67. // Theater-marquee-style chasing lights. Pass in a color (32-bit value,
  68. // a la strip.Color(r,g,b) as mentioned above), and a delay time (in ms)
  69. // between frames.
  70. void theaterChase(uint32_t color, int wait) {
  71.   for (int a = 0; a < 20; a++) {   // Repeat 10 times...
  72.     for (int b = 0; b < 3; b++) {  //  'b' counts from 0 to 2...
  73.       strip.clear();               //   Set all pixels in RAM to 0 (off)
  74.       // 'c' counts up from 'b' to end of strip in steps of 3...
  75.       for (int c = b; c < strip.numPixels(); c += 3) {
  76.         strip.setPixelColor(c, color);  // Set pixel 'c' to value 'color'
  77.       }
  78.       strip.show();  // Update strip with new contents
  79.       delay(30);     // Pause for a moment
  80.     }
  81.   }
  82. }
  83. // Rainbow cycle along whole strip. Pass delay time (in ms) between frames.
  84. void rainbow(int wait) {
  85.   // Hue of first pixel runs 5 complete loops through the color wheel.
  86.   // Color wheel has a range of 65536 but it's OK if we roll over, so
  87.   // just count from 0 to 5*65536. Adding 256 to firstPixelHue each time
  88.   // means we'll make 5*65536/256 = 1280 passes through this outer loop:
  89.   for (long firstPixelHue = 0; firstPixelHue < 2 * 65536; firstPixelHue += 256) {
  90.     for (int i = 0; i < strip.numPixels(); i++) {  // For each pixel in strip...
  91.       // Offset pixel hue by an amount to make one full revolution of the
  92.       // color wheel (range of 65536) along the length of the strip
  93.       // (strip.numPixels() steps):
  94.       int pixelHue = firstPixelHue + (i * 65536L / strip.numPixels());
  95.       // strip.ColorHSV() can take 1 or 3 arguments: a hue (0 to 65535) or
  96.       // optionally add saturation and value (brightness) (each 0 to 255).
  97.       // Here we're using just the single-argument hue variant. The result
  98.       // is passed through strip.gamma32() to provide 'truer' colors
  99.       // before assigning to each pixel:
  100.       strip.setPixelColor(i, strip.gamma32(strip.ColorHSV(pixelHue)));
  101.     }
  102.     strip.show();  // Update strip with new contents
  103.     delay(2);      // Pause for a moment
  104.   }
  105. }
  106. // Rainbow-enhanced theater marquee. Pass delay time (in ms) between frames.
  107. void theaterChaseRainbow(int wait) {
  108.   int firstPixelHue = 0;           // First pixel starts at red (hue 0)
  109.   for (int a = 0; a < 30; a++) {   // Repeat 30 times...
  110.     for (int b = 0; b < 3; b++) {  //  'b' counts from 0 to 2...
  111.       strip.clear();               //   Set all pixels in RAM to 0 (off)
  112.       // 'c' counts up from 'b' to end of strip in increments of 3...
  113.       for (int c = b; c < strip.numPixels(); c += 3) {
  114.         // hue of pixel 'c' is offset by an amount to make one full
  115.         // revolution of the color wheel (range 65536) along the length
  116.         // of the strip (strip.numPixels() steps):
  117.         int hue = firstPixelHue + c * 65536L / strip.numPixels();
  118.         uint32_t color = strip.gamma32(strip.ColorHSV(hue));  // hue -> RGB
  119.         strip.setPixelColor(c, color);                        // Set pixel 'c' to value 'color'
  120.       }
  121.       strip.show();                 // Update strip with new contents
  122.       delay(50);                    // Pause for a moment
  123.       firstPixelHue += 65536 / 90;  // One cycle of color wheel over 90 frames
  124.     }
  125.   }
  126. }
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驴友花雕  中级技神
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发表于 2022-10-5 09:43:06

【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(1)---LED节奏灯
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【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(2)---OLED频谱灯
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【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(3)---RGB律动灯
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【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(4)---WS2812条灯
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https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313708-1-1.html
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【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(21)--CD 光盘灯
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【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化(24)--无限LED镜子灯
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发表于 2022-10-7 17:29:26

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(26)--LED 超立方体
  项目程序之一:绿色单灯循环测试
  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(26)--LED 超立方体
  3.   项目程序之一:绿色单灯循环测试
  4.   模块接线:WS2812B接D6
  5.   MAX4466      UNO
  6.   VCC          5V
  7.   GND         GND
  8.   OUT          D6
  9. */
  10. #include <Adafruit_NeoPixel.h>
  11. #define PIN 6
  12. #define MAX_LED 255
  13. #define ADD true
  14. #define SUB false
  15. int val = 0;
  16. boolean stat = ADD;
  17. Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(MAX_LED, PIN, NEO_RGB + NEO_KHZ800);
  18. void setup() {
  19.   strip.begin();
  20.   strip.show();
  21. }
  22. void loop() {
  23.   uint8_t i, a = 0;
  24.   uint32_t color = strip.Color(255, 0, 0);
  25.   while (a < 256) {
  26.     for (i = 0; i < 255; i++) {
  27.       if (i == a) strip.setPixelColor(i, color);
  28.       else strip.setPixelColor(i, 0);
  29.     }
  30.     strip.show();
  31.     delay(2);
  32.     a++;
  33.   }
  34. }
复制代码



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发表于 2022-10-5 10:26:16

快递有点慢,框架材料刚收到。这是方木条。

【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列(26)--LED 超立方体图1

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发表于 2022-10-5 10:32:25

这种铝型材整了十米。

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发表于 2022-10-5 13:18:03

一个结构需要12段

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发表于 2022-10-5 13:21:12

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发表于 2022-10-5 15:02:07

安装好的铝材结构框架

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发表于 2022-10-5 19:20:18

采用每米60灯黑底裸板

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发表于 2022-10-5 19:23:15

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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发表于 2022-10-5 19:30:03

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 2022-10-5 19:44:24

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发表于 2022-10-5 19:47:48

WS2812B灯带电原理图

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发表于 2022-10-5 19:51:23

WS2812B是集控制电路和发光电路于一体的LED光源元件,其控制IC为WS2812B,发光元件是5050RGBLED,电压为5V,每个单位的峰值电流为60ma,灯带为三线制,VCC GND DIN分别为电源+、电源-、信号,当使用外部电源时,外部电源-需要与单片机的GND相连。

【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列(26)--LED 超立方体图2

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发表于 2022-10-5 19:55:51

声音模块,使用性价比更高的MAX4466声音传感器。

MAX4466模块特点
电源电压:+2.4V至+5.5V(可直接接STM/ARDUNIO/树莓派等开发板)
电源抑制比:112dB
共模抑制比:126dB
AVOL:125dB(RL = 100kΩ) 轨到轨输出
静态电源电流:24μA
增益带宽:600kHz
尺寸:20.8mm x 13.8mm x 7.5mm/0.8 x 0.5 x 0.3inch

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发表于 2022-10-5 19:58:29

MAX4466
是微功率运算放大器,经过优化,可用作麦克风前置放大器。它们提供了优化的增益带宽产品与电源电流的理想组合,以及超小型封装中实现低电压工件环境。 MAX4466具有增益稳定特性,仅需24μA的电源电流即可提供200kHz的增益带宽。经过解压缩,可实现+5V/V的最小稳定增益,并提供600KHZ增益带宽。此外这些放大器具有轨到轨输出,高 AVOL ,以及出色的电源抑制和共模抑制比,适合在嘈杂环境中工作。广泛应用于蜂窝电话、数字复读装置、耳机、助听器、麦克风前置放大器、便携计算机和语音识别系统中。

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发表于 2022-10-5 20:01:13

该模块在 Vcc 和接地引线上都包含铁氧体,以最大限度地减少电源噪声。如果与 MCU 一起使用,最好使用 2.4V – 5.5V 范围内可用的最安静的电源。在 Arduino 上,这通常是 3.3V 电源。

输出是直流耦合的。当输出信号处于静止状态时,它将位于 Vcc/2。如果 Vcc 为 5V,则输出将为 2.5V。如果输出需要交流耦合,可以在输出引脚和它驱动的电路的输入之间增加一个100uF的电容。

背面的小型单圈电位器可让您将增益从 25x 调整到 125x。逆时针旋转电位器会增加增益,而逆时针旋转会降低增益。

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发表于 2022-10-6 10:32:56

安装好二根灯带

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驴友花雕  中级技神
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发表于 2022-10-6 19:28:31

使用了近七米的2812灯带

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驴友花雕  中级技神
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发表于 2022-10-7 17:42:22

实验场景图(说明:Arduino uno开发板,在这个程序里,最多支持255颗ws2812灯珠)

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