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, 3,977 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.

Пик популярности цветомузыкальных установок приходится на 80-е годы прошлого века. Сейчас о них как-то почти позабыли. И все же, время не стоит на месте, и есть новые технологии, способные оживить «цветомузыку» в новом виде. Вот, например, трехцветные светодиодные RGB-ленты или гирлянды, они могут быть значительной длины и работать даже как осветительный прибор. Только, управляются они обычно по программе, как ёлочные гирлянды или реклама, ну или можно менять с их помощью цвет освещения в помещении. А если все это будет завязано на музыку? Представьте, экран ЦМУ размером с потолок! Но для этого нужно соответствующее устройство управления.

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.

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

Цветомузыка своими руками – что может быть приятней и интересней для радиолюбителя, ведь собрать ее несложно, имея хорошую схему.

В современной радиотехнике существует огромное разнообразие радиоэлементов и светодиодов, преимущество которых трудно подвергнуть сомнению. Большой диапазон цветов, яркий и насыщенный свет, высокая скорость срабатывания различных элементов, низкое потребление энергии. Этот список достоинств можно продолжать бесконечно.

Принцип работы цветомузыки: светодиоды, собранные по схеме, моргают от имеющегося источника звука (это может быть плеер или магнитола и колонки) с определенной частотой.

Преимущества использования светодиодов перед используемыми ранее в ЦМУ:

• световая насыщенность света и обширный цветовой диапазон;
• хорошая скорость;
• малая энергоемкость.

Простейшие схемы

Простая цветомузыка, которую можно собрать, имеет один светодиод, питается от источника постоянного тока напряжением 6–12 В.

Можно собрать вышеприведенную схему, используя светодиодную ленту и подобрав необходимый транзистор. Недостатком является то, что существует зависимость от уровня звука. Другими словами, полноценный эффект можно наблюдать только при одном уровне звучания. Если снизить громкость, то будет редкое мигание, а при повышении громкости останется постоянное свечение.

Убрать этот недостаток можно при помощи трехканального преобразователя звука. Ниже приведена простейшая схема, собрать ее своими руками на транзисторах несложно.

Схема цветомузыки с трехканальным преобразователем звука

Для данной схемы необходим источник питания на 9 вольт, который позволит светиться светодиодам в каналах. Чтобы собрать три усилительных каскада, понадобятся транзисторы КТ315 (аналог КТ3102). В качестве нагрузки используются разноцветные светодиоды. Для усиления использован понижающий трансформатор. Резисторы выполняют функцию регулировки вспышек светодиодов. В схеме стоят фильтры для пропускания частот.

Можно улучшить схему. Для этого надо добавить яркость лампочками накаливания на 12 В. Понадобятся тиристоры управления. Все устройство необходимо запитать от трансформатора. По такой наипростейшей схеме можно уже работать. Цветомузыка на тиристорах может быть собрана даже начинающим радиотехником.

Как сделать цветомузыку на светодиодах своими руками? Первое, что необходимо сделать – это подобрать электрическую схему.

Ниже приведена схема светомузыки с RGB-лентой. Для подобной установки необходим источник питания на 12 вольт. Она может работать в двух режимах: как светильник и как цветомузыка. Режим выбирается переключателем, установленным на плате.

Этапы изготовления

Необходимо сделать печатную плату. Для этого нужно взять фольгированный стеклотекстолит размерами 50 х 90 мм и толщиной 0,5 мм. Процесс изготовления платы состоит из нескольких этапов:

• подготовка фольгированного текстолита;
• сверление отверстий под детали;
• нанесение дорожек;
• травление.

Плата готова, комплектующие закуплены. Теперь начинается самый ответственный момент – распайка радиоэлементов. От того, как аккуратно они будут установлены и запаяны, будет зависеть окончательный результат.

Собираем нашу печатную плату с напаянными на ней компонентами вот в такой доступный плафон.

Краткое описание радиоэлементов

Радиоэлементы для электрической схемы вполне доступны, приобрести их в ближайшем магазине электротоваров не составит труда.

Для цветомузыкального сопровождения подойдут проволочные резисторы мощностью 0,25–0,125 Вт. Величину сопротивления всегда можно определить по цветным полоскам на корпусе, зная порядок их нанесения. Подстроечные резисторы бывают как отечественные, так и импортные.

Конденсаторы, выпускаемые промышленностью, делятся на оксидные и электролитические. Подобрать нужные не составит труда, проделав элементарные расчеты. Некоторые оксидные конденсаторы могут иметь полярность, которую необходимо соблюдать при монтаже.

Диодный мост можно взять уже готовый, но если его нет, то выпрямительный мост несложно собрать, используя диоды серии КД или 1N4007. Светодиоды берутся обычные, с разноцветным свечением. Использование cветодиодных RGB-лент – перспективное направление в радиоэлектронике.

Светодиодная RGB-лента

Возможность сборки цветомузыкальной приставки для автомобиля

Если получилось порадовать цветомузыкой из светодиодной ленты, сделанной своими руками, то подобную установку со встроенной магнитолой можно изготовить для автомобиля. Ее легко собрать и быстро настроить. Предлагается разместить приставку в пластиковом корпусе, который можно купить в отделе электрорадиотехники. Установка надежно защищена от влаги и пыли. Ее несложно установить за приборной панелью автомобиля.

Также подобный корпус можно изготовить самостоятельно, используя оргстекло.

Подбираются пластины нужных габаритов, в первой из деталей делаются два отверстия (для питания), зашкуриваются все детали. Собираем все с помощью термопистолета.

Отличный световой эффект достигается, если использовать разноцветную (RGB) ленту.

Вывод

Известная поговорка «не боги горшки обжигают» остается актуальной и в наши дни. Разнообразный ассортимент электронных компонентов дает народным умельцам широкий простор для фантазии. Цветомузыка на светодиодах, сделанная своими руками, – это одно из проявлений безграничного творчества.

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.