LED矩阵灯光游戏硬件开源

描述

动机：

我一直对数学中可能出现的神秘的、有时是美丽的模式着迷。在大学一年级时，我接触了康威的生命游戏，并对这样一套简单的规则可能产生的复杂动态着迷。将其与我对 EDM 的新热情结合起来，一个引人注目的项目基本上就成功了。

概述：

声敏显示器根据康威的生命游戏更新其显示。基本操作原理如下：

PocketBeagle 初始化生命游戏的随机种子

声音检测器读取和处理来自环境的声音数据，并确定在环境中播放的音乐中“节拍”的时间。

每次节拍时，微处理器都会计算生命游戏的下一次迭代，并将此数据发送到临时搭建的 LED 矩阵

LED矩阵相应点亮

这一直持续到整个游戏板都死了，在这种情况下生成了生命游戏的新种子

硬件：

该项目的硬件元素相对简单且易于使用。主要硬件元件如下：

NeoPixel LED 灯条（LED 矩阵形式）

Sparkfun 声音探测器

袖珍猎犬

首先，应该处理 LED 矩阵，因为事实证明这是该项目最具挑战性的方面。LED 矩阵的选择是一个关键的选择，将影响项目的许多方面。

最初，我尝试使用 Adafruit ( https://www.adafruit.com/product/1484 ) 销售的更传统的 32x32 LED 矩阵。然而，由于该项目缺乏专门的 Linux 库，而且一般的文档都很差，因此使用矩阵非常困难。相反，Adafruit NeoPixel LED 灯带易于使用并提供相同的功能，尽管形式不太方便。（阅读以下链接以获取有关 NeoPixel 布线、示例代码以及提示和技巧的详细信息：https ://learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberguide ）

需要完成一些物理工作才能将 LED 条转换为 LED 的“矩阵”。首先，将 NeoPixel 串分成所需矩阵大小的条带，确保使用锋利的剪刀并沿着青铜或银焊盘切割（如果需要方形矩阵，则切割与每个条带中的 LED 一样多的条带）

12 个 LED NeoPixel 灯带（本项目使用了 15 个 LED 灯带）

接下来，切割一块适当大小的木头（15x15 矩阵为 10" x 10"）并将条带以矩阵形式粘贴到木头上，如下所示。请注意，为了在矩阵上获得均匀的纵横比，您必须在放置在电路板上的每个 LED 灯条之间留出空间。此外，指向数据流的箭头必须指向连续条带上的相反方向，以便在焊接电路板时数据以正确的方式流动。

木板，图中是矩阵形式排列的 LED 灯条

通过将 NeoPixel 切割成条带，条带之间的连接被切断。需要仔细的焊接工作以保持矩阵的连续性。从连接到电路其余部分的左下角开始，在 5V-5V、GND-GND、D0-DIN 之间焊接跳线，以便连接“蛇形”矩阵一直到顶部条带。焊接这些精密而紧密的连接有点像一门艺术，但预先在焊盘上涂一点焊料可能会有所帮助，然后将电线压在焊盘上并重新熔化焊料。下面是 LED 灯带之间焊接连接的更详细图像。

带对带焊接连接的特写

声音检测器和 PocketBeagle 都很好用。但是，您可能会发现有必要根据以下文档在电路板上安装 R17 来调整声音传感器的灵敏度：( https://learn.sparkfun.com/tutorials/sound-detector-hookup-guide?_ga =2.135478513.1535210145.1574136336-1929768982.1567124256 )

此外，将母头安装到您的 PocketBeagle 上以进行原型制作可能会有所帮助。

电子/接线：

下面是系统的 Fritzing 图：

PocketBeagle 通过 P1_19 直接连接到声音检测器，并通过 P1_8 连接到 NeoPixel。

将熔化图分解成多个部分会很有帮助，并更详细地解释每个部分。

电源连接：

正如 NeoPixel 指南中所建议的那样，系统中添加了一个 100 微法拉电容器，以防止电压浪涌对 LED 灯带产生负面影响。此外，我们在电源接地和 PocketBeagle 接地之间添加了一个 47 欧姆电阻，以降低声音检测器的噪声。

LED数据信号处理：

同样，遵循了 NeoPixel 指南提供的建议：在数据输入之间添加了一个 470 欧姆的电阻器，以保护 LED 免受电压尖峰的影响。CJMCU 单元需要将 PocketBeagle 的 GPIO 输出从 3.3V 转换为 NeoPixel 条带所需的 5V。

声音检测器模拟输出处理：

声音检测器以 5V 输出数据，而 PocketBeagle AIN 端口只能处理 1.8V。

不幸的是，由于 LED 灯条发生不幸事故，所有 LED 在项目能够完全集成之前就被烧毁了。可以清楚地看到，在没有声音输入的情况下，棋盘状态以一致的速率变化，当环境中加入音乐时，棋盘开始随着音乐更新。

未来的步骤：

这个项目相当成功，但有几个步骤可以在未来实施以进一步改进它：

使用 FFT 算法实施更高级的节拍传感算法，以更有效地检测不太明显的歌曲中的节拍

使用功能正常的 LED 灯带确保代码正确集成

添加一个改变 LED 矩阵颜色的按钮

使用更官方的LED矩阵来提高项目的美感