Принцип работы цветомузыкального автомата.
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.
Вместо тиристоров можно использовать и более"продвинутые" полупроводниковые приборы, например – оптосимисторы, не меняя при этом особенно схему. Это дает отличную гальваническую развязку между высоко и низковольтными цепями – такой элемент, как разделительный входной трансформатор становится необязательным. Вместо него, лучше поставить дополнительный предварительный усилительный каскад(на КТ315), что в свою очередь позволит снизить требования к транзисторам(по коэффициенту усиления). Необходимость в диодном мосте для выпрямления переменного напряжения, отпадает само собой.
Придется подобрать величину сопротивления резисторов ограничивающих ток входа оптосимисторов(R12, R18, R25). Например, для оптосимисторов ТСО132-10 при напряжении 12в, потребуются резисторы на 200 – 240 Ом.
Реально собранная светомузыка в процессе настройки
(19.10. 2015).
Она же – в корпусе, без крышки.(21. 10. 2015).
В работе.(27. 12. 2015).
В темноте.(27. 12. 2015).
Схема "бегущие огни".
Автомат "бегущие огни" – еще одно популярное устройство. Его основным предназначением изначально было создание цветовых эффектов, для оформления диско – вечеринок Так что, хотя и с небольшой натяжкой, "бегущие огни" тоже можно отнести к разряду "цветомузык".
Схема на логических элементах И-НЕ и триггерах, дает возможность регулировать частоту переключений(скорость "бегущего огня") вручную.
Схема выполнена на двух триггерах микросхемы D2(К155ТМ2) и дешифраторах управления на D1(К155ЛА3), а скорость переключения задаются частотой мультивибратора на микросхеме D3(К155ЛА3). Частота импульсов на выходе мультивибратора на D3 зависит от постоянной времени частотозадающей цепи R10-R11-С6. Скорость переключения ламп можно регулировать при помощи переменного резистора R10. Уменьшая его сопротивление можно увеличивать скорость переключения, увеличивая – снижать.
Питающий трансформатор Тр1 понижающий с напряжением на первичной обмотке 220в, вторичной 6-8 в, мощностью от 5 ватт. Напряжение 5 вольт для питания микросхем получается с помощью стабилизатора КРЕН5А, или его аналога. Транзисторы – КТ315Б, тиристоры – КУ202Н, конденсаторы и резисторы – любого типа.
Использование каких – либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт "Электрика это просто".
22.05.2019 colorMusic_v2.10:
• Исправлен глюк с большим количеством светодиодов на МЕГЕ
- Добавлена плавность режиму цветомузыки по частотам! Настройка SMOOTH_STEP
- Добавлен режим стробоскопа с целой кучей настроек!
- Добавлено управление с ИК пульта! Купить пульт можно по этой ссылке , цена вопроса 50р
- 7 режим – Режим подсветки
- 8 режим – Режим бегущих частот
- 9 режим – Анализатор спектра (Версия 2.1)
- У некоторых режимов появились подрежимы
- Возможна работа БЕЗ потенциометра. Читайте ниже в инструкции по эксплуатации
- Настройки сохраняются в память (энергонезависимую)
- Улучшена производительность, почищен мусор
- в 7 режиме радугу можно остановить и пустить вспять
- Добавлена настройка RESET_SETTINGS для сброса настроек в случае некорректной работы. Читайте ниже в FAQ
11.05.2018 ночь colorMusic_v2.5:
- Код оптимизирован, библиотеки FastLED и IRremote заменены на более оптимальные Adafruit_NeoPixel и IRLremote (для работы версии 2.5 и выше необходимо установить новые библиотеки из общей папки с библиотеками!)
- ИК пульт теперь срабатывает почти в 100% случаев вместо прежних 30%
- Поддержка максимум 410 светодиодов
11.05.2018 день colorMusic_v2.6:
- Возвращена библиотека FastLED (как оказалось, функции FastLED работают гораздо быстрее, чем NeoPixel, а также поддерживает такое же количество светодиодов!)
- ИК пульт всё ещё срабатывает почти в 100%, по сравнению с 30% в версиях 2.0-2.4
- Поддержка максимум 410 светодиодов (работа может быть нестабильной)
- Исправлен небольшой баг
- Добавлено сохранение состояния “включено/выключено” в энергонезависимую память. Штука опциональная, в настройках можно выключить (настройка KEEP_STATE)
28.09.2018 colorMusic_v2.7 (by Евгений Зятьков):
- Настройка пульта внесена в скетч, тип пульта настраивается в IR_RCT
- Добавлена поддержка Arduino Mega и Pro Micro
- Исправлены мелкие баги
22.11.2018 colorMusic_v2.8:
• Добавлено ограничение тока для всей системы, настройка CURRENT_LIMIT
• Слегка оптимизированы настройки
22.05.2019 colorMusic_v2.10:
• Исправлен глюк с большим количеством светодиодов на МЕГЕ
Крутейшая свето- цветомузыка на Arduino и адресной светодиодной ленте WS2812b. Работает с лентой любой длины (до 450 светодиодов (версия 1.1), до 350 светодиодов (версия 2.0)), и может быть размещена в любом месте в квартире или автомобиле.
Режимы работы (переключаются кнопкой или с ИК пульта (версия 2.0)):
- VU meter (столбик громкости): от зелёного к красному
- VU meter (столбик громкости): плавно бегущая радуга
- Светомузыка по частотам: 5 полос симметрично
- Светомузыка по частотам: 3 полосы
- Светомузыка по частотам: 1 полоса
- Стробоскоп (Версия 2.0)
- Подсветка (Версия 2.0)
- Постоянный цвет
- Плавная смена цвета
- Бегущая радуга
- Плавная анимация (можно настроить)
- Автонастройка по громкости (можно настроить)
- Фильтр нижнего шума (можно настроить)
- Автокалибровка шума при запуске (можно настроить)
- Поддержка стерео и моно звука (можно настроить)
- Лента не гаснет полностью (Версия 2.0)
- (Версия 2.1) все настройки сохраняются в памяти и не сбрасываются при перезагрузке
- Сохранение настроек происходит при выключении кнопкой звёздочка (*)
- А также через 30 секунд после последнего нажатия на любую кнопку ИК пульта
ПОДРОБНОЕ ВИДЕО ПО ПРОЕКТУ
Понятные схемы, прошивки с комментариями и подробные инструкции это очень большая работа. Буду рад, если вы поддержите такой подход к созданию Ардуино проектов.
ИНСТРУКЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ
НАСТРОЙКА ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ. Потенциометр настройки опорного напряжения настраивается “методом тыка” пока не заработает (у меня стоит в середине). Подстройка нужна при смене источника аудио или изменении его потенциальной громкости.
- Если во время работы в режиме VU метра (первые два режима) шкала всё время горит – слишком низкое опорное напряжение, Ардуино получает слишком высокий сигнал
- Если не горит – опорное слишком высокое, системе не удаётся распознать изменение громкости с достаточной для работы точностью
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.
НАСТРОЙКА НИЖНЕГО ПОРОГА ШУМОВ является очень важной, в идеале выполняется 1 раз для любого нового источника звука или смены громкости старого. Есть 3 варианта настройки:
- Ручная: выключаем AUTO_LOW_PASS и EEPROM_LOW_PASS (ставим около них 0), настраиваем значения LOW_PASS и SPEKTR_LOW_PASS вручную, методом тыка
- Автонастройка при каждом запуске: включаем AUTO_LOW_PASS, выключаем EEPROM_LOW_PASS . При подаче питания музыка должна стоять на паузе! Калибровка происходит буквально за 1 секунду.
- По кнопке: при удерживании кнопки 1 секунду настраивается нижний порог шума (музыку на паузу!)
- Из памяти ( ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ): выключаем AUTO_LOW_PASS и включаем EEPROM_LOW_PASS
- Включаем систему, источник звука подключен проводом
- Ставим музыку на паузу
- Удерживаем кнопку 1 секунду (либо кликаем кнопку 0 (ноль) на ИК пульте
- Загорится светодиод на плате Arduino, погаснет через
1.5 секунды
Решил выложить эту запись в блог, может кому интересно будет.
Вот сделал цветомузыку в авто для одного человека. 4 цвета + фоновый канал. Собрал всё в корпусе на самодельной плате вот по этой схеме:
Также есть вариант для RGB ленты:
Схему нашёл на YouTube у пользователя: TomAs409998. Он её переделал под светодиоды.
Собирал на транзисторах КТ805. Поставил предусилитель на TDA2003, чтоб яркость моргания не зависела от громкости музыки от которой идёт сигнал. Брать сигнал можно как от динамика, так и от выхода на колонки (допустим от компьютера).
В качестве источника света использовал светодиодную ленту по 0,5 м каждого цвета и 0,2 м белой:
Видео работы цветомузыки: