Представляем вам простую версию цветомузыкальной установки, что была собрана в необычном корпусе. Недавно попали в руки отходы металлических профилей 20×80 — их и применили. В проекте она собрана на светодиодах разных цветов 10W (зеленый, синий и красный).
Схема цветомузыки LED
Схема цветомузыки LED 3 канала по 10 ватт
Теперь стробоскоп — он сделан на таймере NE555. Что касается проблемы ограничения тока LED — используем самое простое решение, ограничения тока через подобранные резисторы. Резисторы болтами к профилю прикручены для теплоотвода и совсем не перегреваются, работают с температурой максимум 60С. Ток для каждого светодиода ограничили на уровне 800 мА.
Схема LED стробоскопа на таймере NE555
Конструкция устройства
Тороидальный трансформатор 14В 50VA. Стробоскоп на NE555 вместе с MOSFET IRF540 управляет двумя диодами 10W холодного белого цвета через 5W резисторы 1.5 Ома.
Корпус ЦМУ из алюминия
Все светодиоды закреплены на полосках алюминия, который крепится в общий алюминиевый профиль. После 3-х часов теста конструкция остаётся холодная.
ЦМУ на светодиодах со стробоскопом в корпусе
Органы управления приставкой
В корпусе были установлены потенциометры для регулировки уровней, вход на микрофон, выключатель питания, предохранитель, гнездо сети 220 В и переключатель режима работы (стробоскоп-ЦМУ). Весь корпус имеет длину 700 мм. Эффект очень даже красивый и мощный. Можно без проблем осветить зал хоть 200 квадратных метров.
Дополнительно
-
В: Купил ленту, на ней контакты G, R, B, 12. Как подключить?
О: Это не та лента, можешь выкинутьВ: Прошивка загружается, но выползает рыжими буквами ошибка “Pragma message….”
О: Это не ошибка, а информация о версии библиотекиВ: 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 штукВ: 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.
На рисунке показана экспериментальная схема ЦМУ, работающая с RGB-свето-диодной лентой или гирляндой. Все как у «типовой» ЦМУ, - три частотных канала, три выходных ключа, к которым соответственно подключены три цвета RGB-светодиодной ленты (или гирлянды).
Схема полосовых фильтров выполнена на микросхемах LM567.
Микросхемы LM567 являются тональными декодерами с ФАПЧ, они предназначены для работы в системах управления с частотным кодирование и представляют собой активные фильтры с очень узкой полосой захвата ФАПЧ. В данном случае, чтобы перекрыть весь звуковой диапазон хотя бы от 50 Гц до 12000 Гц на три полосы нужно расширить полосы захвата ФАПЧ микросхем. Полоса захвата ФАПЧ ИМС LM567 зависит от конденсатора на выводе 2, чем его емкость больше, тем уже полоса. Обычно там несколько мкФ, но здесь емкости этих конденсаторов уменьшены до 0,047 мкФ, в результате полоса захвата очень расширилась, и стала достаточной для использования микросхем LM567 в качестве фильтров в цветомузыкальной установке.
Диапазон входного напряжения ЗЧ на входе ИМС LM567 - 20-200 мВ, при частоте, соответствующей полосе настройки фильтра происходит захват. Если частота входного сигнала лежит в пределах полосы на выходе ИМС LM567 открывается ключ, между выводом 8 и общим минусом питания.
Входной сигнал поступает на разъем Х1, номинальная величина входного напряжения ЗЧ должна быть в районе 100-300 мВ. Это напряжение поступает на три регулятора на переменных резисторах R1, R6, R11. Этими переменными резисторами в процессе работы устройства устанавливаются оптимальные уровни ЗЧ сигналов по частотным каналам, конкретно для каждого случая воспроизведения, так чтобы получить желаемый эффект.
Значения средних частот полос устанавливаются RC-цепями, подключенными между выводами 5 и 6 микросхем LM567. Подсчитать их можно по формуле:
F = 1/ (1,1*R*C)
F - частота в кГц, R - сопротивление в кОм, С - емкость в мкФ.
Соответственно, центральные частоты выбраны 150 Гц, 900 Гц, и 9000 Гц. При желании, пользуясь вышеуказанной формулой можно выбрать другие центральные частоты полос. При этом можно подбирать не только конденсаторы, но и резисторы (включенные между выводами 5 и 6 ИМС LM567).
Рассмотрим работу на примере низкочастотного канала на А1. Пока сигнала частотой в полосе частот фильтра нет, либо его уровень мал, на выходе, на выводе 8 А1 будет напряжение логической единицы (выходной ключ закрыт, выход подтянут к плюсу питания через резистор R2). На элементах D1.1-D1.2 выполнен триггер Шмитта, его выходом является выход элемента D1.1, поэтому когда на выходе А1 единица, на выходе D1.1 имеется логический ноль. Ключ на полевом мощном транзисторе VT1 закрыт и питание на R-часть светодиодной RGB-ленты не поступает.
Если на входе А1 есть напряжение ЗЧ с частотой в полосе частот фильтра, и его уровень достаточен для захвата, на выходе, на выводе 8 А1 будет напряжение логического нуля (выходной ключ открыт). На выходе D1.1 при этом - логическая единица. Транзистор VT1 открывается и включает питание R-части светодиодной RGB-ленты.
Аналогично работают и два других канала, среднечастотный на А2 и высокочастотный на А3, разница только в частоте входного напряжения ЗЧ.
В принципе, затворы полевых ключевых транзисторов можно и непосредственно подключить к выходам LM567, но, во-первых, схема будет работать наоброт, то есть, когда сигнала нет светодиодная лента будет гореть, а когда есть, - гаснуть. И во-вторых, транзисторы будут перегреваться, потому что будет затянут во времени процесс их открывания, и существенное время они будут находиться в среднем состоянии, когда на канале падает значительное напряжение, и мощность. Триггер Шмитта устраняет эти проблемы.
Монтаж выполнен на макетной плате.
Практически у каждого начинающего радиолюбителя, да и не только, возникало желание собрать цветомузыкальную приставку или бегущий огонь, чтобы разнообразить прослушивание музыки в вечернее время или в праздничные дни. В этой статье речь пойдет о простой цветомузыкальной приставке, собранной на светодиодах , которую под силу собрать даже начинающему радиолюбителю.
1. Принцип действия цветомузыкальных приставок.
Работа цветомузыкальных приставок (ЦМП , ЦМУ или СДУ ) основана на частотном разделении спектра звукового сигнала с последующей передачей его по отдельным каналам низких , средних и высоких частот, где каждый из каналов управляет своим источником света, яркость которого определяется колебаниями звукового сигнала. Конечным результатом работы приставки является получение цветовой гаммы, соответствующей воспроизводимому музыкальному произведению.
Для получения полной гаммы цветов и максимального количества цветовых оттенков в цветомузыкальных приставках используются, как минимум, три цвета:
Разделение частотного спектра звукового сигнала происходит с помощью LC- и RC-фильтров , где каждый фильтр настроен на свою сравнительно узкую полосу частот и пропускает через себя только колебания этого участка звукового диапазона:
1
. Фильтр низких частот
(ФНЧ) пропускает колебания частотой до 300 Гц и цвет его источника света выбирают красным;
2
. Фильтр средних частот
(ФСЧ) пропускает 250 – 2500 Гц и цвет его источника света выбирают зеленым или желтым;
3
. Фильтр высших частот
(ФВЧ) пропускает от 2500 Гц и выше, и цвет его источника света выбирают синим.
Каких-либо принципиальных правил для выбора полосы пропускания или цвета свечения ламп не существует, поэтому каждый радиолюбитель может применять цвета исходя из особенностей своего восприятия цвета, а также по своему усмотрению изменять число каналов и ширину полосы частот.
2. Принципиальная схема цветомузыкальной приставки.
На рисунке ниже предоставлена схема простой четырехканальной цветомузыкальной приставки, собранной на светодиодах. Приставка состоит из усилителя входного сигнала, четырех каналов и блока питания, обеспечивающего питание приставки от сети переменного тока.
Сигнал звуковой частоты подается на контакты ПК , ЛК и Общий разъема Х1 , и через резисторы R1 и R2 попадает на переменный резистор R3 , являющийся регулятором уровня входного сигнала. От среднего вывода переменного резистора R3 звуковой сигнал через конденсатор С1 и резистор R4 поступает на вход предварительного усилителя, собранного на транзисторах VT1 и VT2 . Применение усилителя позволило использовать приставку практически с любым источником звукового сигнала.
С выхода усилителя звуковой сигнал подается на верхние выводы подстроечных резисторов R7 ,R10 , R14 , R18 , являющиеся нагрузкой усилителя и выполняющие функцию регулировки (подстройки) входного сигнала отдельно по каждому каналу, а также устанавливают нужную яркость светодиодов канала. От средних выводов подстроечных резисторов звуковой сигнал поступает на входы четырех каналов, каждый из которых работает в своей полосе звукового диапазона. Схематично все каналы выполнены одинаково и различаются лишь RC-фильтрами.
На канал высших
R7
.
Полосовой фильтр канала образован конденсатором С2
и пропускает только спектр верхних частот звукового сигнала. Низкие и средние частоты через фильтр не проходят, так как сопротивление конденсатора для этих частот велико.
Проходя конденсатор, сигнал верхних частот детектируется диодом VD1 и подается на базу транзистора VT3 . Появляющееся на базе транзистора отрицательное напряжение открывает его, и группа синих светодиодов HL1 — HL6 , включенных в его коллекторную цепь, зажигаются. И чем больше амплитуда входного сигнала, тем сильнее открывается транзистор, тем ярче горят светодиоды. Для ограничения максимального тока через светодиоды последовательно с ними включены резисторы R8 и R9 . При отсутствии этих резисторов светодиоды могут выйти из строя.
На канал средних
частот сигнал подается от среднего вывода резистора R10
.
Полосовой фильтр канала образован контуром С3R11С4
, который для низких и высших частот оказывает значительное сопротивление, поэтому на базу транзистора VT4
поступают лишь колебания средних частот. В коллекторную цепь транзистора включены светодиоды HL7
– HL12
зеленого цвета.
На канал низких
частот сигнал подается со среднего вывода резистора R18
.
Фильтр канала образован контуром С6R19С7
, который ослабляет сигналы средних и высших частот и поэтому на базу транзистора VT6
поступают лишь колебания низких частот. Нагрузкой канала являются светодиоды HL19
– HL24
красного цвета.
Для разнообразия цветовой гаммы в цветомузыкальную приставку добавлен канал желтого цвета. Фильтр канала образован контуром R15C5 и работает в частотном диапазоне ближе к низким частотам. Входной сигнал на фильтр поступает с резистора R14 .
Питается цветомузыкальная приставка постоянным напряжением 9В . Блок питания приставки состоит из трансформатора Т1 , диодного моста, выполненного на диодах VD5 – VD8 , микросхемного стабилизатора напряжения DA1 типа КРЕН5, резистора R22 и двух оксидных конденсаторов С8 и С9 .
Переменное напряжение, выпрямленное диодным мостом, сглаживается оксидным конденсатором С8 и поступает на стабилизатор напряжения КРЕН5. С вывода 3 микросхемы стабилизированное напряжение 9В подается в схему приставки.
Для получения выходного напряжения 9В между минусовой шиной блока питания и выводом 2 микросхемы включен резистор R22 . Изменением величины сопротивления этого резистора добиваются нужного выходного напряжения на выводе 3 микросхемы.
3. Детали.
В приставке могут быть использованы любые постоянные резисторы мощностью 0,25 – 0,125 Вт. На рисунке ниже показаны номиналы резисторов, у которых для обозначения величины сопротивления используют цветные полоски:
Переменный резистор R3 и подстроечные резисторы R7, R10, R14, R18 любого типа, лишь бы подходили под размер печатной платы. В авторском варианте конструкции использовался отечественный переменный резистор типа СП3-4ВМ, подстроечные резисторы импортного производства.
Постоянные конденсаторы могут быть любого типа, и рассчитаны на рабочее напряжение не ниже 16 В. При возникновении трудности с приобретением конденсатора С7 емкостью 0,3 мкФ его можно составить из двух соединенных параллельно емкостью 0,22 мкФ и 0,1 мкФ.
Оксидные конденсаторы С1 и С6 должны иметь рабочее напряжение не ниже 10 В, конденсатор С9 не ниже 16 В, а конденсатор С8 не ниже 25 В.
Оксидные конденсаторы С1, С6, С8 и С9 имеют полярность , поэтому при монтаже на макетную или печатную плату это необходимо учитывать: у конденсаторов Советского производства на корпусе обозначают положительный вывод, у современных отечественных и импортных конденсаторов обозначают отрицательный вывод.
Диоды VD1 – VD4 любые из серии Д9. На корпусе диода со стороны анода наносится цветная полоска, определяющая букву диода.
В качестве выпрямителя, собранного на диодах VD5 – VD8, используется готовый миниатюрный диодный мост, рассчитанный на напряжение 50В и ток не менее 200 mA.
Если вместо готового моста использовать выпрямительные диоды, придется немного подкорректировать печатную плату, или диодный мост вообще вынести за пределы основной платы приставки и собрать на отдельной небольшой плате.
Для самостоятельной сборки моста диоды берутся с теми же параметрами, что и заводской мост. Также подойдут любые выпрямительные диоды из серии КД105, КД106, КД208, КД209, КД221, Д229, КД204, КД205, 1N4001 – 1N4007. Если использовать диоды из серии КД209 или 1N4001 – 1N4007, то мост можно собрать прямо со стороны печатного монтажа непосредственно на контактных площадках платы.
Светодиоды обычные с желтым, красным, синим и зеленым цветом свечения. В каждом канале используется по 6 штук:
Транзисторы VT1 и VT2 из серии КТ361 с любым буквенным индексом.
Транзисторы VT3, VT4, VT5, VT6 из серии КТ502 с любым буквенным индексом.
Стабилизатор напряжения типа КРЕН5А с любым буквенным индексом (импортный аналог 7805). Если использовать девятивольтовые КРЕН8А или КРЕН8Г (импортный аналог 7809), то резистор R22 не ставится. Вместо резистора на плате устанавливается перемычка, которая соединит средний вывод микросхемы с минусовой шиной, или при изготовлении платы этот резистор вообще не предусматривается.
Для соединения приставки с источником звукового сигнала применен разъем типа «джек» на три контакта. Кабель взят от компьютерной мыши.
Трансформатор питания – готовый или самодельный мощностью не менее 5 Вт с напряжением на вторичной обмотке 12 – 15 В при токе нагрузки 200 mA.
В дополнение к статье посмотрите первую часть видеоролика, где показывается начальный этап сборки цветомузыкальной приставки
На этом первая часть заканчивается.
Если Вы соблазнились сделать цветомузыку на светодиодах
, тогда подбирайте детали и обязательно проверьте исправность диодов и транзисторов, например, . А во произведем окончательную сборку и настройку цветомузыкальной приставки.
Удачи!
Литература:
1. И. Андрианов «Приставки к радиоприемным устройствам».
2. Радио 1990 №8, Б. Сергеев «Простые цветомузыкальные приставки».
3. Руководство по эксплуатации радиоконструктора «Старт».
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