LED矩陣燈光游戲硬件開(kāi)源

描述

動(dòng)機(jī)：

我一直對(duì)數(shù)學(xué)中可能出現(xiàn)的神秘的、有時(shí)是美麗的模式著迷。在大學(xué)一年級(jí)時(shí)，我接觸了康威的生命游戲，并對(duì)這樣一套簡(jiǎn)單的規(guī)則可能產(chǎn)生的復(fù)雜動(dòng)態(tài)著迷。將其與我對(duì) EDM 的新熱情結(jié)合起來(lái)，一個(gè)引人注目的項(xiàng)目基本上就成功了。

概述：

聲敏顯示器根據(jù)康威的生命游戲更新其顯示。基本操作原理如下：

PocketBeagle 初始化生命游戲的隨機(jī)種子

聲音檢測(cè)器讀取和處理來(lái)自環(huán)境的聲音數(shù)據(jù)，并確定在環(huán)境中播放的音樂(lè)中“節(jié)拍”的時(shí)間。

每次節(jié)拍時(shí)，微處理器都會(huì)計(jì)算生命游戲的下一次迭代，并將此數(shù)據(jù)發(fā)送到臨時(shí)搭建的 LED 矩陣

LED矩陣相應(yīng)點(diǎn)亮

這一直持續(xù)到整個(gè)游戲板都死了，在這種情況下生成了生命游戲的新種子

硬件：

該項(xiàng)目的硬件元素相對(duì)簡(jiǎn)單且易于使用。主要硬件元件如下：

NeoPixel LED 燈條（LED 矩陣形式）

Sparkfun 聲音探測(cè)器

袖珍獵犬

首先，應(yīng)該處理 LED 矩陣，因?yàn)槭聦?shí)證明這是該項(xiàng)目最具挑戰(zhàn)性的方面。LED 矩陣的選擇是一個(gè)關(guān)鍵的選擇，將影響項(xiàng)目的許多方面。

最初，我嘗試使用 Adafruit ( https://www.adafruit.com/product/1484 ) 銷售的更傳統(tǒng)的 32x32 LED 矩陣。然而，由于該項(xiàng)目缺乏專門的 Linux 庫(kù)，而且一般的文檔都很差，因此使用矩陣非常困難。相反，Adafruit NeoPixel LED 燈帶易于使用并提供相同的功能，盡管形式不太方便。（閱讀以下鏈接以獲取有關(guān) NeoPixel 布線、示例代碼以及提示和技巧的詳細(xì)信息：https ://learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberguide ）

需要完成一些物理工作才能將 LED 條轉(zhuǎn)換為 LED 的“矩陣”。首先，將 NeoPixel 串分成所需矩陣大小的條帶，確保使用鋒利的剪刀并沿著青銅或銀焊盤切割（如果需要方形矩陣，則切割與每個(gè)條帶中的 LED 一樣多的條帶）

12 個(gè) LED NeoPixel 燈帶（本項(xiàng)目使用了 15 個(gè) LED 燈帶）

接下來(lái)，切割一塊適當(dāng)大小的木頭（15x15 矩陣為 10" x 10"）并將條帶以矩陣形式粘貼到木頭上，如下所示。請(qǐng)注意，為了在矩陣上獲得均勻的縱橫比，您必須在放置在電路板上的每個(gè) LED 燈條之間留出空間。此外，指向數(shù)據(jù)流的箭頭必須指向連續(xù)條帶上的相反方向，以便在焊接電路板時(shí)數(shù)據(jù)以正確的方式流動(dòng)。

木板，圖中是矩陣形式排列的 LED 燈條

通過(guò)將 NeoPixel 切割成條帶，條帶之間的連接被切斷。需要仔細(xì)的焊接工作以保持矩陣的連續(xù)性。從連接到電路其余部分的左下角開(kāi)始，在 5V-5V、GND-GND、D0-DIN 之間焊接跳線，以便連接“蛇形”矩陣一直到頂部條帶。焊接這些精密而緊密的連接有點(diǎn)像一門藝術(shù)，但預(yù)先在焊盤上涂一點(diǎn)焊料可能會(huì)有所幫助，然后將電線壓在焊盤上并重新熔化焊料。下面是 LED 燈帶之間焊接連接的更詳細(xì)圖像。

帶對(duì)帶焊接連接的特寫

聲音檢測(cè)器和 PocketBeagle 都很好用。但是，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)有必要根據(jù)以下文檔在電路板上安裝 R17 來(lái)調(diào)整聲音傳感器的靈敏度：( https://learn.sparkfun.com/tutorials/sound-detector-hookup-guide?_ga =2.135478513.1535210145.1574136336-1929768982.1567124256 )

此外，將母頭安裝到您的 PocketBeagle 上以進(jìn)行原型制作可能會(huì)有所幫助。

電子/接線：

下面是系統(tǒng)的 Fritzing 圖：

PocketBeagle 通過(guò) P1_19 直接連接到聲音檢測(cè)器，并通過(guò) P1_8 連接到 NeoPixel。

將熔化圖分解成多個(gè)部分會(huì)很有幫助，并更詳細(xì)地解釋每個(gè)部分。

電源連接：

正如 NeoPixel 指南中所建議的那樣，系統(tǒng)中添加了一個(gè) 100 微法拉電容器，以防止電壓浪涌對(duì) LED 燈帶產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，我們?cè)陔娫唇拥睾?PocketBeagle 接地之間添加了一個(gè) 47 歐姆電阻，以降低聲音檢測(cè)器的噪聲。

LED數(shù)據(jù)信號(hào)處理：

同樣，遵循了 NeoPixel 指南提供的建議：在數(shù)據(jù)輸入之間添加了一個(gè) 470 歐姆的電阻器，以保護(hù) LED 免受電壓尖峰的影響。CJMCU 單元需要將 PocketBeagle 的 GPIO 輸出從 3.3V 轉(zhuǎn)換為 NeoPixel 條帶所需的 5V。

聲音檢測(cè)器模擬輸出處理：

聲音檢測(cè)器以 5V 輸出數(shù)據(jù)，而 PocketBeagle AIN 端口只能處理 1.8V。

不幸的是，由于 LED 燈條發(fā)生不幸事故，所有 LED 在項(xiàng)目能夠完全集成之前就被燒毀了。可以清楚地看到，在沒(méi)有聲音輸入的情況下，棋盤狀態(tài)以一致的速率變化，當(dāng)環(huán)境中加入音樂(lè)時(shí)，棋盤開(kāi)始隨著音樂(lè)更新。

未來(lái)的步驟：

這個(gè)項(xiàng)目相當(dāng)成功，但有幾個(gè)步驟可以在未來(lái)實(shí)施以進(jìn)一步改進(jìn)它：

使用 FFT 算法實(shí)施更高級(jí)的節(jié)拍傳感算法，以更有效地檢測(cè)不太明顯的歌曲中的節(jié)拍

使用功能正常的 LED 燈帶確保代碼正確集成

添加一個(gè)改變 LED 矩陣顏色的按鈕

使用更官方的LED矩陣來(lái)提高項(xiàng)目的美感

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