Цветомузыка на светодиодах своими руками: рабочие схемы. Делаем цветомузыку из светодиодной ленты 3 канальная цветомузыка на светодиодах

Всем нам время от времени хочется праздника. Иногда хочется погрустить или испытать другие эмоции. Самый простой и эффективный способ добиться желаемого результата – послушать музыку. Но одной лишь музыки часто бывает недостаточно – нужна визуализация звукового потока, спецэффекты. Иначе говоря – нужна цветомузыка (или светомузыка как её иногда называют). Но где же её взять, если подобная аппаратура в специализированных магазинах стоит недешево? Сделать своими руками, конечно же. Все, что для этого нужно, это наличие компьютера (или блока питания отдельно), нескольких метров светодиодной RGB ленты мощностью потребления в 12в, макетная плата USB (AVR-USB-MEGA16 – пожалуй, самый дешевый и простой вариант), а также схема того, что и куда подключать.

Немного о ленте

Прежде чем перейти к самим работам, необходимо определить, что же собой представляет эта светодиодная RGB лента мощностью именно 12в. А является она простым, но одновременно очень хитроумным изобретением.

Светодиоды известны уже не первое десятилетие, но благодаря инновационным разработкам стали действительно универсальным решением для множества проблем в сфере электроники. Они сейчас применяются повсеместно – как индикаторы в бытовой технике, самостоятельно в виде энергосберегающей лампы, в космической отрасли, а также в сфере спецэффектов. К последней можно отнести и цветомузыку. Когда светодиоды трех типов – красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) объединяются на одной ленте, то получается светодиодная RGB лента. В современных RGB диодах имеется миниатюрный контроллер. Это позволяет им испускать все три цвета.

Особенностью такой является ленты то, что все диоды сгруппированы и соединены в общую цепочку , управляемую общим контроллером (им может оказаться также и компьютер в случае подключения через USB, либо специальный блок питания с пультом управления для автономных модификаций). Все это позволяет создать практически бесконечную ленту с минимумом проводов. Её толщина может достигать буквально нескольких миллиметров (если не учитывать варианты с резиновой или силиконовой защитой от физических повреждений, влаги и температуры). До изобретения такого типа микроконтроллеров самая простая модель имела, по крайней мере, три провода. И чем выше была функциональность таких гирлянд – тем больше было проводов. В западной культуре фраза «распутать гирлянду» давно уже стало нарицательным для всех долгих, нудных и крайне запутанных дел. И вот сейчас это перестало быть проблемой (еще и потому, что светодиодную ленту предусмотрительно накручивают на специальный небольшой барабан).

Что нам нужно?

Цветомузыка своими руками из ленты GE60RGB2811C

В идеале, для организации цветомузыки своими руками нам подойдет уже готовая светодиодная лента с питанием от USB порта компьютера. Все, что нам надо – скачать необходимое приложение на для того же компьютера, настроить ассоциации файлов с нужным аудио-проигрывателем, и наслаждаться результатом. Но это если нам очень повезет, и если у нас есть деньги, чтобы все это приобрести. В ином случае все выглядит несколько сложнее.

В продаже магазинов электронных комплектующих есть различные по длине и мощности светодиодные ленты, но нам нужна только 12в. Она является наилучшим вариантом для подключения к компьютеру посредством USB. Так, например, можно найти модель GE60RGB2811C, которая представляет собой последовательно подключенных 300 RGB светодиодов. Один из плюсов любой такой ленты в том, что её можно нарезать как кому удобно – любой длины. Все что нужно после этого – соединить контакты, чтобы электрическая цепь не была разомкнутой, и схема была целостной (это надо сделать обязательно).

Схема настройки цветомузыки

Также нам может понадобиться макетная плата для подключения USB. Самым популярным, дешевым, но при этом функциональным вариантом для подключения является модель AVR-USB-MEGA16 под USB 1.1. Эта версия USB считается уже несколько устаревшей т.к. передает сигнал к светодиодам со скоростью 8 миллисекунд, что для современной техники слишком медленно, но, поскольку человеческий глаз и эту скорость воспринимает как «мгновение ока», то нам она вполне подойдет.

Если опустить большинство сложнейших технических тонкостей и нюансов, то все, что требует от нас схема такого подключения, это взять ленту нужной длины, высвободить и зачистить контакты на одной стороне, подключить и припаять их к выходу на макетной плате (на самой плате указаны символы, какой разъем и для чего нужен) и, собственно, всё. Для полной длины ленты в 12в может не хватить питания, поэтому можно их запитать от старого блока питания компьютера (это потребует параллельного подключения), или просто обрезать ленту. Звук при просто этом варианте будет идти из компьютерных динамиков. Для особо искушенных в электронике мастеров, можно порекомендовать присоединить микрофонный усилитель и маленький «динамик-пищалку» прямо к AVR-USB-MEGA16.

Схема крепления контактов ленты к USB шнуру от смартфона

Если эту плату раздобыть не удалось, то на самый крайний случай подключение можно сделать через светодиодную RGB ленту 12в к USB кабелю от смартфона или планшетного компьютера (схема по настройке цветомузыки своими руками это допускает). Важно только убедиться, что шнур даст необходимые 5 ватт мощности. В завершение всех этих манипуляций устанавливаем программу SLP (или прописываем все шаги в txt файле, если позволяют познания в программировании и понятна схема и алгоритм всех действий), выбираем нужный режим (по количеству диодов), и наслаждаемся работой, проделанной своими руками.

Вывод

Цветомузыка не является предметом первой необходимости, но зато делает нашу жизнь гораздо интереснее, и не только из-за того, что мы теперь можем смотреть на мигающие разноцветные огоньки, загорающимися и тухнущими в такт любимой мелодии. Нет, мы о другом. Сделав нечто подобное своими руками, а не купив в магазине, каждый почувствует прилив сил от удовлетворения, присущего каждому мастеру и творцу, и осознания, что он тоже чего-то стоит. А по сути вопроса – цветомузыка установлена, мигает и радует глаз с минимальными расходами и максимальным удовольствием – чего еще надо?..

Освещение на кухне малогабаритной квартиры
Подбираем светильники для зеркал, возможные варианты
Люстра для детской комнаты в виде самолетика

Пошаговая сборка несложной конструкции светодиодной цветомузыки, с попутным изучением радиолюбительских программ

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Собираем светодиодную светомузыку (цветомузыку).
Часть 1.

На сегодняшнем занятии в Школе начинающего радиолюбителя мы начнем собирать светодиодную светомузыку . В ходе этого занятия мы не только соберем светомузыку, но и изучим очередную радиолюбительскую программу “Cadsoft Eagle” – несложное, но в тоже время мощное комплексное средство для разработки печатных плат и научимся изготавливать печатные платы с использованием пленочного фоторезиста. Сегодня мы выберем схему, рассмотрим как она работает, подберем детали.

Светомузыкальные (цветомузыкальные) устройства были очень популярны во времена Советского Союза. Были они, в основном, трехцветными (красный, зеленый или желтый и синий) и собирались чаще всего по простейшим схемам на более-менее доступных тиристорах КУ202Н (которые, если мне не изменяет память, в магазинах стоили более 2 рублей, т.е. были довольно дорогими) и простейших входных фильтрах звуковой частоты на катушках намотанных на отрезках ферритовых стержней от радиоприемников. Выполнялись они в основном в двух вариантах – в виде трехцветных прожекторов на лампочках освещения 220 вольт, или делался специальный корпус в виде коробки, где внутри располагалось по некоторому количеству лампочек каждого цвета, а спереди ящик закрывался матовым стеклом, что позволяло получать на таком экране причудливое световое сопровождение музыки. Так-же, для экрана применяли обычное стекло, а сверху на него наклеивали для лучшего рассеивания света мелкие осколки автомобильных стекол. Вот такое было трудное детство. Зато сегодня, в век развития непонятного капитализма в нашей стране, есть возможность собрать светомузыкальное устройство на любой вкус, чем мы и займемся.

За основу мы возьмем схему светодиодной светомузыки опубликованной на сайте:

К этой схеме мы добавим еще два элемента:

1. . Так как у нас на входе будет стереосигнал, и чтобы не терять звук с какого-то канала, или не соединять два канала напрямую между собой, мы применим вот такой входной узел (взят с другой схемы светомузыки):

2. Блок питания устройства . Схему светомузыки мы дополним блоком питания собранным на микросхемном стабилизаторе КР142ЕН8:

Вот приблизительно такой комплект деталей мы должны собрать:

Светодиоды для этого устройства можно использовать любого типа, но обязательно сверхяркие и разного цвета свечения. Я буду использовать сверхяркие узконаправленные светодиоды, свет от которых будет направлен на потолок. Вы, естественно, можете применить другой вариант светового отображения звукового сигнала и использовать другой тип светодиодов:

Как работает данная схема . Стереосигнал с источника звука поступает на входной узел, который суммирует сигналы с левого и правого канала и подает его на переменные сопротивления R6, R7, R8 которыми регулируется уровень сигнала для каждого канала. Далее сигнал поступает на три активных фильтра, собранных по идентичной схеме на транзисторах VT1-VT3, которые отличаются только номиналами конденсаторов. Смысл работы этих фильтров заключается в том, что они пропускают через себя только строго определенную полосу звукового сигнала, отсекая сверху и снизу ненужный диапазон частот звукового сигнала. Верхний (по схеме) фильтр пропускает полосу 100-800 Гц, средний – 500-2000 Гц и нижний – 1500-5000 Гц. С помощью подстроечных резисторов R5, R12 и R16 можно сдвигать в любую сторону пропускаемую полосу. Если вы хотите получить другие полосы пропускания сигнала фильтров, то можно поэкспериментировать с номиналами конденсаторов, входящих в фильтры. Далее сигналы с фильтров поступают на микросхемы А1-А3 – LM3915. Что это за микросхемы.

Микросхемы LM3914, LM3915 и LM3916 фирмы National Semiconductors позволяют строить светодиодные индикаторы с различными характеристиками - линейной, растянутой линейной, логарифмической, специальной для контроля аудиосигнала. При этом LM3914 – для линейной шкалы, LM3915 – для логарифмической шкалы, а LM3916 – для специальной шкалы. Мы используем микросхемы LM3915 – с логарифмической шкалой контроля аудиосигнала.

Начальная страница даташита микросхемы:

(327.0 KiB, 4,279 hits)

Вообще, я вам советую, сталкиваясь с новым, неизвестным радиокомпонентом, ищите на просторах интернета его даташит и изучайте его, тем более, что встречаются и переведенные на русский язык даташиты.

К примеру, что мы можем подчерпнуть с первого листа даташита LM3915 (даже с минимальным знанием английского языка, а в крайнем случае с использованием словаря):
- эта микросхема – индикатор уровня аналогового сигнала с логарифмической шкалой отображения и шагом 3 dB;
– можно подключать как светодиоды, так и LCD индикаторы;
– индикацию можно осуществлять в двух режимах: “точка” и “столбик”;
– максимальный выходной ток на каждый светодиод – 30 мА;
– и так далее…

Кстати, чем отличается “точка” от “столбика”. В режиме “точка”, при включении следующего светодиода, предыдущий гаснет, а в режиме”столбик” гашение предыдущих светодиодов не происходит. Для переключения в режим “точка” достаточно отсоединить вывод 9 микросхемы от “+” источника питания, или подключить его к “земле”. Кстати, на этих микросхемах можно собирать очень полезные и интересные схемы.

Продолжим. Так как на входы микросхем подается переменное напряжение, то светящийся столбик из светодиодов будет с неравномерной яркостью, т.е. с увеличением уровня входного сигнала будут не просто зажигаться очередные светодиоды, но и меняться яркость их свечения. Ниже привожу таблицу порогового включения каждого светодиода для разных микросхем в вольтах и децибелах:

Характеристики и цоколевка транзистора КТ315:

На этом первую часть занятия по сборке светодиодной светомузыки заканчиваем и начинаем собирать детали. В следующей части занятия мы изучим программу для разработки печатных плат “Cadsoft Eagle” и изготовим печатную плату для нашего устройства с использованием пленочного фоторезиста.

Практически все цветомузыкальные устройства достаточной мощности рассчитаны под применение обычных ламп накаливания. Есть в интернете схемы ЦМУ и на светодиодах , но они как правило под маломощные LED. Как же подключить к такому устройству светодиоды ватт на 50-100? Можно взять за основу одну очень неплохую схему цветомузыки (к тому же с управлением от звука через микрофон) и несколько видоизменив выходную часть — получить желаемый результат.

Схема ЦМУ для мощных светодиодов

Электрическое питание входной части обработки частот сделано на куске универсальной платы. Трансформатор снят с какого-то радио. Он идеально подходит, потому что симметричный и имеет 10 В обмотки. В качестве мощных ключей использовались тиристоры BT151/600, с запасом, чтобы они не сгорели от больших токов.

Схема может быть выполнена полностью изолированной от сети, если применить исполнительную часть на симисторах и оптронах.

При испытаниях временно смонтируйте вместо светодиодов резисторы расчётного сопротивления и мощности от 10 Вт.

ЦМУ со светодиодными лентами 12 В

Если хотите в ЦМУ использовать светодиодные ленты на 12 В постоянного тока, то можно всю схему запитать этими же 12-ю вольтами от импульсного сетевого драйвера, а выходную часть собрать на полевых мощных транзисторах.

Вариант схемы приведён выше. Тут резистором R2 задаётся токоограничение LED ленты (или мощного одиночного светодиода).

Кстати, при установке отдельных светодиодов высокой мощности, например на 100 ватт (32 В на 3 А) — питающее напряжение от драйвера подавайте через светодиод на сток полевого транзистора (убедившись по даташиту, что он может выдержать такие параметры U/I), а указанным выше резистором выставьте нужный уровень тока.

Корпус выполнен деревянным (проще найти материал и легче обрабатывать). Отверстия под лампы просверлены большими фрезами. Естественно спереди имеются все необходимые ручки для регулировки уровней сигнала и ВЧ-СЧ-НЧ каналов и кнопка питания.

Дополнительно

• В: Купил ленту, на ней контакты G, R, B, 12. Как подключить?
  О: Это не та лента, можешь выкинуть

  В: Прошивка загружается, но выползает рыжими буквами ошибка “Pragma message….”
  О: Это не ошибка, а информация о версии библиотеки

  В: Что делать, чтобы подключить ленту своей длины?
  О: Посчитать количество светодиодов, перед загрузкой прошивки изменить самую первую в скетче настройку NUM_LEDS (по умолчанию стоит 120, заменить на своё). Да, просто заменить и всё!!!

  В: Сколько светодиодов поддерживает система?
  О: Версия 1.1: максимум 450 штук, версия 2.0: 350 штук

  В: Как увеличить это количество?
  О: Варианта два: оптимизировать код, взять другую библиотеку для ленты (но придётся переписать часть). Либо взять Arduino MEGA, у неё больше памяти.

  В: Какой конденсатор ставить на питание ленты?
  О: Электролитический. Напряжение 6.3 Вольт минимум (можно больше, но сам кондер будет крупнее). Ёмкость – минимум 1000 мкФ, а так чем больше тем лучше.

  В: Как проверить ленту без Arduino? Горит ли лента без Arduino?
  О: Адресная лента управляется по спец протоколу и работает ТОЛЬКО при подключении к драйверу (микроконтроллеру)

• МОЖНО СОБРАТЬ СХЕМУ БЕЗ ПОТЕНЦИОМЕТРА! Для этого параметру POTENT (в скетче в блоке настроек в настройках сигнала) присваиваем 0. Будет задействован внутренний опорный источник опорного напряжения 1.1 Вольт. Но он будет работать не с любой громкостью! Для корректной работы системы нужно будет подобрать громкость входящего аудио сигнала так, чтобы всё было красиво, используя предыдущие два пункта по настройке.

• Версию 2.0 и выше можно использовать БЕЗ ИК ПУЛЬТА, режимы переключаются кнопкой, всё остальное настраивается вручную перед загрузкой прошивки.

• Как настроить другой пульт?
  У других пультов кнопки имеют другой код, для определения кода кнопок используйте скетч IR_test (версии 2.0-2.4) или IRtest_2.0 (для версий 2.5+), есть в архиве проекта. Скетч шлёт в монитор порта коды нажатых кнопок. Далее в основном скетче в секции для разработчиков есть блок дефайнов для кнопок пульта, просто измените коды на свои. Можно сделать калибровку пульта, но честно уже совсем лень.

• Как сделать два столбика громкости по каналам?
  Для этого вовсе необязательно переписывать прошивку, достаточно разрезать длинный кусок ленты на два коротких и восстановить нарушенные электрические связи тремя проводами (GND, 5V, DO-DI). Лента продолжит работать, как одно целое, но теперь у вас есть два куска. Само собой, аудио-штекер должен быть подключен тремя проводами, а в настройках отключен моно режим (MONO 0), а количество светодиодов должно быть равно суммарному количеству на двух отрезках.
  P.S. Посмотри первую схему в схемах!

• Как сбросить настройки, которые хранятся в памяти?
  Если вы доигрались с настройками и что то пошло не так, можно сбросить настройки на “заводские”. Начиная с версии 2.4 есть настройка RESET_SETTINGS , ставите её 1, прошиваетесь, ставите 0 и снова прошиваетесь. В память будут записаны настройки из скетча. Если вы на 2.3, то смело обновляйте до 2.4, версии отличаются только новой настройкой, которая никак не повлияет на работу системы. В версии 2.9 появилась настройка SETTINGS_LOG , которая выводит в порт значения хранящихся в памяти настроек. Так, для отладки и понимания.

Структурно, любая цветомузыкальная(светомузыкальная) установка состоит из трех элементов. Блока управления, блока усиления мощности и выходного оптического устройства.

В качестве выходного оптического устройства можно использовать гирлянды, можно оформить его в виде экрана(классический вариант) или применить электрические светильники направленного действия - прожектора, фары.
Т. е. подходят любые средства, позволяющие создавать определенный набор красочных световых эффектов.

Блок усиления мощности - это усилитель(усилители) на транзисторах с тиристорными регуляторами на выходе. От параметров элементов использованых в нем зависит напряжение и мощность источников света выходного оптического устройства.

Блок управления контролирует интенсивность света, и чередование цветов. В сложных специальных установках, предназначенных для оформления сцены во время различных видов шоу - цирковых, театральных и эстрадных представлений этот блок управляется вручную.
Соответствено, требуется участие как минимум - одного, а максимум - группы операторов-осветителей.

Если блок управления контролируется непосредственно музыкой, работает по какой - либо заданной программе, то цветомузыкальная установка считается - автоматической.
Именно такого рода "цветомузыки" обычно собирают своими руками начинающие конструкторы - радиолюбители, на протяжении 50-ти последних лет.

Самая простая (и популярная) схема "цветомузыки" на тиристорах КУ202Н.

Это самая простая и пожалуй, самая популярная схема цветомузыкальной приставки, на тиристорах.
Тридцать лет назад я впервые увидел вблизи полноценную, работающую "светомузыку". Ее собрал мой однокласник, с помощью старшего брата. Это была именно эта схема. Несомненным ее достоинством является простота, при достаточно явном разделение режимов работы всех трех каналов. Лампы не мигают одновременно, красный канал низких частот устойчиво моргает в ритм с ударными, средний - зеленый откликается в диапазоне человеческого голоса, высокочастотный синий реагирует на все остальное тонкое - звенящее и пищащее.

Недостаток один - необходим предварительный усилитель мощности на 1-2 ватта. Моему товарищу приходилось почти "на полную" врубать свою "Электронику" для того, что бы добиться достаточно устойчивой работы устройства. В качестве входного трансформатора был использован понижающий тр-р от радиоточки. Вместо него можно использовать любой малогабаритный понижающий сетевой транс. Например, с 220 до 12 вольт. Только подключать его нужно наоборот - низковольтной обмоткой на вход усилителя. Резисторы любые, мощностью от 0,5 ватт. Конденсаторы тоже любые, вместо тиристоров КУ202Н можно взять КУ202М.

Схема "цветомузыки" на тиристорах КУ202Н, с активными частотными фильтрами и усилителем тока.

Схема предназначена для работы от линейного звукового выхода(яркость ламп не зависит от уровня громкости).
Рассмотрим подробнее, как она работает.
Звуковой сигнал подается с линейного выхода на первичную обмотку разделительного трансформатора. С вторичной обмотки трансформатора сигнал поступает на активные фильтры, через резисторы R1, R2, R3 регулирующие его уровень.
Раздельная регулировка необходима для настройки качественной работы устройства, путем выравнивания уровня яркости, каждого из трех каналов.

С помощью фильтров происходит разделение сигналов по частоте - на три канала. По первому каналу идет самая низкочастотная составляющая сигнала - фильтр обрезает все частоты выше 800 гц. Настройка фильтра производится с помощью подстроечного резистора R9. Номиналы конденсаторов С2 и С4 в схеме указаны - 1 мкФ, но как показала практика - их емкость следует увеличить, минимум, до 5 мкф.

Фильтр второго канала настроен на среднюю частоту - примерно от 500, до 2000 гц. Настройка фильтра производится с помощью подстроечного резистора R15. Номиналы конденсаторов С5 и С7 в схеме указаны - 0,015 мкФ, но их емкость следует увеличить, до 0,33 - 0,47 мкф.

По третьему, высокочастотному каналу проходит все что выше 1500(до 5000) гц. Настройка фильтра производится с помощью подстроечного резистора R22. Номиналы конденсаторов С8 и С10 в схеме указаны - 1000пФ, но их емкость следует увеличить, до 0,01 мкФ.

Далее, сигналы каждого канала в отдельности детектируются(используются германиевые транзисторы серии д9), усиливаются и подаются на оконечный каскад.
Оконечный каскад выполняется на мощных транзисторах, либо на тиристорах. В данном случае, это тиристоры КУ202Н.

Далее, идет оптическое устройство, конструкция и внешний которого зависит от фантазии конструктора, а начинка(лампы, светодиоды) - от рабочего напряжения и максимальной мощности выходного каскада.
В нашем случае - это лампы накаливания 220в, 60вт(если установить тиристоры на радиаторы - до 10 шт на канал).

Порядок сборки схемы.

О деталях приставки.
Транзисторы КТ315 можно заменить другими кремниевыми n-p-n транзисторами со статическим коэффициентом усиления не менее 50. Постоянные резисторы – МЛТ-0,5, переменные и подстроечные – СП-1, СПО-0,5. Конденсаторы – любого типа.
Трансформатор Т1 с коэффициентом 1:1, поэтому можно использовать любой с подходящим количеством витков. При самостоятельном изготовлении можно использовать магнитопровод Ш10х10, а обмотки намотать проводом ПЭВ-1 0,1-0,15 по 150-300 витков каждая.

Диодный мост для питания тиристоров(220в) выбирают исходя из предпологаемой мощности нагрузки, минимум - 2А. Если количество ламп на каждый канал увеличить - соответственно возрастет потребляемый ток.
Для питания транзисторов(12в) можно использовать любой стабилизированный блок питания расчитанный на рабочий ток минимум - 250 мА(а лучше - больше).

Сначала, каждый канал цветомузыки собирается в отдельности на макетной плате.
Причем, сборку начинают с выходного каскада. Собрав выходной каскад проверяют его работоспособность, подав на его вход сигнал достаточного уровня.
Если этот каскад отрабатывает нормально, - собирают активный фильтр. Далее - проверяют снова работоспособность того, что получилось.
В итоге, после испытания имеем - реально работающий канал.

Подобным образом необходимо собрать и отстроить все три канала. Подобное занудство гарантирует безусловную работоспособность устройства после "чистовой" сборки на монтажной плате, если работа проведена без ошибок и с применением "испытанных" деталей.

Возможный вариант печатного монтажа(для текстолита с односторонним фольгированием). Если использовать более габаритные конденсаторе в канале самых низких частот, расстояния между отверстиями и проводниками придется изменить. Применение текстолита с двухсторонним фольгированием может быть более технологичным вариантом - поможет избавиться от навесных проводов-перемычек.

Использование каких - либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт