За основу были взяты алгоритмы от Алекса Гайвера.
Как всё это работает:
Режим громкости:
Делается 100 измерений напряжения на АЦП
Ищется максимальное
Фильтруется по нижнему порогу шумов
Возводится в степень для большей "резкости" анимации
Фильтруется "бегущим средним"
Ищется "средняя" громкость за несколько секунд (тоже бегущее среднее, но очень медленное)
Ищем "максимальную громкость шкалы", как среднюю * некоторый коэффициент
Преобразуем сигнал в количество горящих светодиодов
Включаются светодиоды согласно режиму отрисовки
Режим цветомузыки:
Преобразование Хартли (разбивка на спектр частот)
Фильтрация по нижнему порогу шумов
Поиск максимального значения в трёх диапазонах (низкие, средние, высокие)
Расчёт "средней громкости" (медленное бегущее среднее)
Если текущий сигнал больше среднего * коэффициент - включаем светодиоды
Итого имеем массив colorMusicFlash, в котором три ячейки 1 или 0, вкл или выкл
Включаем отрезки светодиодов согласно массиву.
Схема подключения:
Необходимые библиотеки:
Adafruit_Neopixel.h
EEPROMex.h
FastLED.h
FHT.h
GuyverButton.h
Скачать можно тут:
Код:
#define NUM_LEDS 60 // количество светодиодов (сегментов) в адресной светодиодной ленте
#define BRIGHTNESS 230 // яркость (0 - 255)
//контакты Arduino
#define SOUND_R A2 // аналоговый пин вход аудио, правый
#define SOUND_L A1 // аналоговый пин вход аудио, левый
#define SOUND_R_FREQ A3 // аналоговый пин вход аудио для режима с частотами (через кондер)
#define BTN_PIN 3 // кнопка
#define LED_PIN 12 // пин DI светодиодной ленты
#define POT_GND A0 // пин земля для потенциометра, A0 тут выполняет роль GND
// настройки радуги
#define RAINBOW_SPEED 6 // скорость движения радуги (чем меньше число, тем быстрее радуга)
#define RAINBOW_STEP 6 // шаг изменения цвета радуги
// отрисовка
#define MODE 0 // режим при запуске
#define MAIN_LOOP 5 // период основного цикла отрисовки (по умолчанию 5)
#define SMOOTH 0.5 // коэффициент плавности анимации VU (по умолчанию 0.5)
#define SMOOTH_FREQ 0.8 // коэффициент плавности анимации частот (по умолчанию 0.8)
#define MAX_COEF 1.8 // коэффициент громкости (максимальное равно срднему * этот коэф) (по умолчанию 1.8)
#define MAX_COEF_FREQ 1.2 // коэффициент порога для "вспышки" цветомузыки (по умолчанию 1.5)
// сигнал
#define MONO 1 // 1 - только один канал (ПРАВЫЙ!!!!! SOUND_R!!!!!), 0 - два канала
#define EXP 1.4 // степень усиления сигнала (для более "резкой" работы) (по умолчанию 1.4)
#define POTENT 1 // 1 - используем потенциометр, 0 - используется внутренний источник опорного напряжения 1.1 В
// нижний порог шумов int LOW_PASS = 100; // нижний порог шумов режим VU, ручная настройка int SPEKTR_LOW_PASS = 40; // нижний порог шумов режим спектра, ручная настройка
#define AUTO_LOW_PASS 0 // разрешить настройку нижнего порога шумов при запуске (по умолч. 0)
#define EEPROM_LOW_PASS 1 // порог шумов хранится в энергонезависимой памяти (по умолч. 1)
#define LOW_PASS_ADD 13 // "добавочная" величина к нижнему порогу, для надёжности (режим VU)
#define LOW_PASS_FREQ_ADD 3 // "добавочная" величина к нижнему порогу, для надёжности (режим частот)
// режим цветомузыки
#define LOW_COLOR RED // цвет низких частот
#define MID_COLOR GREEN // цвет средних
#define HIGH_COLOR YELLOW // цвет высоких
// цвета
#define BLUE 0x0000FF
#define RED 0xFF0000
#define GREEN 0x00ff00
#define CYAN 0x00FFFF
#define MAGENTA 0xFF00FF
#define YELLOW 0xFFFF00
#define WHITE 0xFFFFFF
#define BLACK 0x000000
#define STRIPE NUM_LEDS / 5
#define FHT_N 64 // ширина спектра х2
#define LOG_OUT 1
#include // преобразование Хартли
#include
#include "FastLED.h" CRGB leds[NUM_LEDS];
#include "GyverButton.h" GButton butt1(BTN_PIN);
// градиент-палитра от зелёного к красному DEFINE_GRADIENT_PALETTE(soundlevel_gp) { 0, 0, 255, 0, // green 100, 255, 255, 0, // yellow 150, 255, 100, 0, // orange 200, 255, 50, 0, // red 255, 255, 0, 0 // red }; CRGBPalette32 myPal = soundlevel_gp;
byte Rlenght, Llenght; float RsoundLevel, RsoundLevel_f; float LsoundLevel, LsoundLevel_f;
float averageLevel = 50; int maxLevel = 100; byte MAX_CH = NUM_LEDS / 2; int hue; unsigned long main_timer, hue_timer; float averK = 0.006, k = SMOOTH, k_freq = SMOOTH_FREQ; byte count; float index = (float)255 / MAX_CH; // коэффициент перевода для палитры boolean lowFlag; byte low_pass; int RcurrentLevel, LcurrentLevel; int colorMusic[3]; float colorMusic_f[3], colorMusic_aver[3]; boolean colorMusicFlash[3]; byte this_mode = MODE;
#define cbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) &= ~_BV(bit))
#define sbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) |= _BV(bit))
void setup() { Serial.begin(9600); FastLED.addLeds(leds, NUM_LEDS).setCorrection( TypicalLEDStrip ); FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS);
pinMode(13, OUTPUT); digitalWrite(13, LOW);
pinMode(POT_GND, OUTPUT); digitalWrite(POT_GND, LOW); butt1.setTimeout(900);
// для увеличения точности уменьшаем опорное напряжение, // выставив EXTERNAL и подключив Aref к выходу 3.3V на плате через делитель // GND ---[10-20 кОм] --- REF --- [10 кОм] --- 3V3 // в данной схеме GND берётся из А0 для удобства подключения if (POTENT) analogReference(EXTERNAL); else analogReference(INTERNAL);
// жуткая магия, меняем частоту оцифровки до 18 кГц // команды на ебучем ассемблере, даже не спрашивайте, как это работает sbi(ADCSRA, ADPS2); cbi(ADCSRA, ADPS1); sbi(ADCSRA, ADPS0);
if (AUTO_LOW_PASS && !EEPROM_LOW_PASS) { // если разрешена автонастройка нижнего порога шумов autoLowPass(); } if (EEPROM_LOW_PASS) { // восстановить значения шумов из памяти LOW_PASS = EEPROM.readInt(0); SPEKTR_LOW_PASS = EEPROM.readInt(2); } }
void loop() { butt1.tick(); // обязательная функция отработки. Должна постоянно опрашиваться if (butt1.isSingle()) // если единичное нажатие if (++this_mode > 4) this_mode = 0; // изменить режим
if (butt1.isHolded()) { // кнопка удержана digitalWrite(13, HIGH); // включить светодиод 13 пин FastLED.setBrightness(0); // погасить ленту FastLED.clear(); // очистить массив пикселей FastLED.show(); // отправить значения на ленту delay(500); // подождать чутка autoLowPass(); // измерить шумы delay(500); // подождать FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS); // вернуть яркость digitalWrite(13, LOW); // выключить светодиод }
// кольцевое изменение положения радуги по таймеру if (millis() - hue_timer > RAINBOW_SPEED) { if (++hue >= 255) hue = 0; hue_timer = millis(); }
// главный цикл отрисовки if (millis() - main_timer > MAIN_LOOP) { // сбрасываем значения RsoundLevel = 0; LsoundLevel = 0;
// перваые два режима - громкость (VU meter)
if (this_mode == 0 || this_mode == 1) {
for (byte i = 0; i < 100; i ++) { // делаем 100 измерений
RcurrentLevel = analogRead(SOUND_R); // с правого
if (!MONO) LcurrentLevel = analogRead(SOUND_L); // и левого каналов
if (RsoundLevel < RcurrentLevel) RsoundLevel = RcurrentLevel; // ищем максимальное
if (!MONO) if (LsoundLevel < LcurrentLevel) LsoundLevel = LcurrentLevel; // ищем максимальное
}
// фильтруем по нижнему порогу шумов
RsoundLevel = map(RsoundLevel, LOW_PASS, 1023, 0, 500);
if (!MONO)LsoundLevel = map(LsoundLevel, LOW_PASS, 1023, 0, 500);
// ограничиваем диапазон
RsoundLevel = constrain(RsoundLevel, 0, 500);
if (!MONO)LsoundLevel = constrain(LsoundLevel, 0, 500);
// возводим в степень (для большей чёткости работы)
RsoundLevel = pow(RsoundLevel, EXP);
if (!MONO)LsoundLevel = pow(LsoundLevel, EXP);
// фильтр
RsoundLevel_f = RsoundLevel * k + RsoundLevel_f * (1 - k);
if (!MONO)LsoundLevel_f = LsoundLevel * k + LsoundLevel_f * (1 - k);
if (MONO) LsoundLevel_f = RsoundLevel_f; // если моно, то левый = правому
// если значение выше порога - начинаем самое интересное
if (RsoundLevel_f > 15 && LsoundLevel_f > 15) {
// расчёт общей средней громкости с обоих каналов, фильтрация.
// Фильтр очень медленный, сделано специально для автогромкости
averageLevel = (float)(RsoundLevel_f + LsoundLevel_f) / 2 * averK + averageLevel * (1 - averK);
// принимаем максимальную громкость шкалы как среднюю, умноженную на некоторый коэффициент MAX_COEF
maxLevel = (float)averageLevel * MAX_COEF;
// преобразуем сигнал в длину ленты (где MAX_CH это половина количества светодиодов)
Rlenght = map(RsoundLevel_f, 0, maxLevel, 0, MAX_CH);
Llenght = map(LsoundLevel_f, 0, maxLevel, 0, MAX_CH);
// ограничиваем до макс. числа светодиодов
Rlenght = constrain(Rlenght, 0, MAX_CH);
Llenght = constrain(Llenght, 0, MAX_CH);
animation(); // отрисовать
}
}
// 3-5 режим - цветомузыка
if (this_mode == 2 || this_mode == 3 || this_mode == 4) {
analyzeAudio();
colorMusic[0] = 0;
colorMusic[1] = 0;
colorMusic[2] = 0;
// низкие частоты, выборка с 3 по 5 тон
for (byte i = 3; i < 6; i++) {
if (fht_log_out[i] > SPEKTR_LOW_PASS) {
if (fht_log_out[i] > colorMusic[0]) colorMusic[0] = fht_log_out[i];
}
}
// средние частоты, выборка с 6 по 10 тон
for (byte i = 6; i < 11; i++) {
if (fht_log_out[i] > SPEKTR_LOW_PASS) {
if (fht_log_out[i] > colorMusic[1]) colorMusic[1] = fht_log_out[i];
}
}
// высокие частоты, выборка с 11 по 30 тон
for (byte i = 11; i < 31; i++) {
if (fht_log_out[i] > SPEKTR_LOW_PASS) {
if (fht_log_out[i] > colorMusic[2]) colorMusic[2] = fht_log_out[i];
}
}
for (byte i = 0; i < 3; i++) {
colorMusic_aver[i] = colorMusic[i] * averK + colorMusic_aver[i] * (1 - averK); // общая фильтрация
colorMusic_f[i] = colorMusic[i] * k_freq + colorMusic_f[i] * (1 - k_freq); // локальная
if (colorMusic_f[i] > ((float)colorMusic_aver[i] * MAX_COEF_FREQ))
colorMusicFlash[i] = 1;
else
colorMusicFlash[i] = 0;
}
animation();
}
FastLED.show(); // отправить значения на ленту
FastLED.clear(); // очистить массив пикселей
main_timer = millis(); // сбросить таймер
} }
void animation() { // согласно режиму switch (this_mode) { case 0: count = 0; for (int i = (MAX_CH - 1); i > ((MAX_CH - 1) - Rlenght); i--) { leds[i] = ColorFromPalette(myPal, (count index)); // заливка по палитре " от зелёного к красному" count++; } count = 0; for (int i = (MAX_CH); i < (MAX_CH + Llenght); i++ ) { leds[i] = ColorFromPalette(myPal, (count index)); // заливка по палитре " от зелёного к красному" count++; } break; case 1: count = 0; for (int i = (MAX_CH - 1); i > ((MAX_CH - 1) - Rlenght); i--) { leds[i] = ColorFromPalette(RainbowColors_p, (count index) / 2 - hue); // заливка по палитре радуга count++; } count = 0; for (int i = (MAX_CH); i < (MAX_CH + Llenght); i++ ) { leds[i] = ColorFromPalette(RainbowColors_p, (count index) / 2 - hue); // заливка по палитре радуга count++; } break; case 2: for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) { if (i < STRIPE) leds[i] = colorMusicFlash[2] HIGH_COLOR; else if (i < STRIPE 2) leds[i] = colorMusicFlash[1] MID_COLOR; else if (i < STRIPE 3) leds[i] = colorMusicFlash[0] LOW_COLOR; else if (i < STRIPE 4) leds[i] = colorMusicFlash[1] MID_COLOR; else if (i < STRIPE 5) leds[i] = colorMusicFlash[2] HIGH_COLOR; } break; case 3: for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) { if (i < NUM_LEDS / 3) leds[i] = colorMusicFlash[2] HIGH_COLOR; else if (i < NUM_LEDS 2 / 3) leds[i] = colorMusicFlash[1] MID_COLOR; else if (i < NUM_LEDS) leds[i] = colorMusicFlash[0] * LOW_COLOR; } break; case 4: uint32_t this_color; if (colorMusicFlash[2]) this_color = HIGH_COLOR; else if (colorMusicFlash[1]) this_color = MID_COLOR; else if (colorMusicFlash[0]) this_color = LOW_COLOR; else this_color = BLACK; for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) { leds[i] = this_color; } break; } }
void autoLowPass() { // для режима VU delay(10); // ждём инициализации АЦП int thisMax = 0; // максимум int thisLevel; for (byte i = 0; i < 200; i++) { thisLevel = analogRead(SOUND_R); // делаем 200 измерений if (thisLevel > thisMax) // ищем максимумы thisMax = thisLevel; // запоминаем delay(4); // ждём 4мс } LOW_PASS = thisMax + LOW_PASS_ADD; // нижний порог как максимум тишины + некая величина
// для режима спектра thisMax = 0; for (byte i = 0; i < 100; i++) { // делаем 100 измерений analyzeAudio(); // разбить в спектр for (byte j = 2; j < 32; j++) { // первые 2 канала - хлам thisLevel = fht_log_out[j]; if (thisLevel > thisMax) // ищем максимумы thisMax = thisLevel; // запоминаем } delay(4); // ждём 4мс } SPEKTR_LOW_PASS = thisMax + LOW_PASS_FREQ_ADD; // нижний порог как максимум тишины
if (EEPROM_LOW_PASS && !AUTO_LOW_PASS) { EEPROM.updateInt(0, LOW_PASS); EEPROM.updateInt(2, SPEKTR_LOW_PASS); } }
void analyzeAudio() { for (int i = 0 ; i < FHT_N ; i++) { int sample = analogRead(SOUND_R_FREQ); fht_input[i] = sample; // put real data into bins } fht_window(); // window the data for better frequency response fht_reorder(); // reorder the data before doing the fht fht_run(); // process the data in the fht fht_mag_log(); // take the output of the fht }
