Elektronika
Kolorofon Wi-Fi - nadajnik z ESP32 - PCB do projektu AVT 5662/1
- Umożliwia budowę nadajnika kolorofonu Wi-Fi, który analizuje dźwięk z mikrofonu, wykonuje cyfrową analizę widma i wysyła dane do odbiorników LED przez sieć bezprzewodową. Wersja A zawiera płytkę PCB.
Kolorofon z WiFi - nadajnik - płytka drukowana do AVT5662/1
Płytka PCB do wykonania nadajnika kolorofonu Wi-Fi z modułem ESP32 i wejściem mikrofonowym.
Nadajnik Wi-Fi do rozproszonego kolorofonu LED
AVT5662/1 to płytka nadajnika do kolorofonu z Wi-Fi. W tej konstrukcji analiza dźwięku jest oddzielona od modułów wykonawczych LED: nadajnik pobiera sygnał z mikrofonu, analizuje jego widmo i przesyła informacje do odbiorników rozmieszczonych w zasięgu sieci bezprzewodowej.
Sercem nadajnika jest moduł ESP-WROOM-32, który wykonuje akwizycję dźwięku i transformację FFT. Źródłem sygnału audio jest moduł mikrofonowy ze wzmacniaczem i ARW, np. oparty na MAX9814. Wersja A obejmuje samą płytkę PCB nadajnika; elementy elektroniczne, moduł ESP32, mikrofon ze wzmacniaczem, gniazdo micro USB, złącza i oprogramowanie trzeba przygotować osobno.
Karta techniczna
AVT5662/1
Nadajnik kolorofonu Wi-Fi analizujący sygnał audio z mikrofonu i wysyłający dane sterujące do odbiorników LED.
| Wersja | A - płytka PCB nadajnika |
| Typ modułu | nadajnik kolorofonu z Wi-Fi |
| Rola w systemie | analiza sygnału audio i wysyłanie danych do odbiorników LED |
| Moduł główny | ESP-WROOM-32 / ESP32 |
| Łączność | Wi-Fi, punkt AP tworzony przez nadajnik |
| Protokół transmisji | UDP, ramka rozgłoszeniowa dla odbiorników zalogowanych do AP nadajnika |
| Tor wejściowy audio | mikrofon ze wzmacniaczem i automatyczną regulacją wzmocnienia, np. MAX9814 |
| Sprzężenie ze źródłem dźwięku | akustyczne przez mikrofon, bez galwanicznego połączenia ze źródłem audio |
| Filtr wejściowy | filtr dolnoprzepustowy RC jako filtr antyaliasingowy, ok. 16 kHz |
| Analiza sygnału | FFT realizowana programowo w ESP32 |
| Próbkowanie w przykładzie | 40 kHz, analiza pasma audio do ok. 20 kHz |
| Liczba prążków/zakresów wysyłanych do odbiornika | 8 wartości odpowiadających wybranym zakresom częstotliwości |
| Opcjonalny wyświetlacz | złącze OLED dla wyświetlacza 1,3" do prezentacji widma sygnału |
| Programowanie | Arduino IDE, przejściówka USB-UART 3,3 V, zworka BOOT do trybu bootloadera |
| Zasilanie | przez gniazdo micro USB, np. ładowarka USB lub power bank |
| Zasilanie wewnętrzne | stabilizowane 3,3 V dla ESP32 |
| Sygnalizacja | dioda PWR obecności zasilania |
| Płytka PCB | 84x41 mm |
Wersja A - płytka PCB i wykaz elementów
AVT5662/1 A - płytka PCB nadajnika. Elementy elektroniczne, moduł ESP-WROOM-32, moduł mikrofonowy ze wzmacniaczem, gniazdo micro USB, złącza, ewentualny wyświetlacz OLED i oprogramowanie trzeba przygotować osobno.
| Rezystory SMD 0805 | R1, R2, R3, R5 - 10kΩ; R4 - 220Ω; R6, R7 - 4,7kΩ |
| Kondensatory | C1 - 220µF/6,3V SMD; C2, C3, C5 - 100nF SMD 0805; C4, C7 - 100µF/6,3V SMD; C6 - 1nF SMD 0805 |
| Półprzewodniki i moduły | U1 - ESP-WROOM-32; U2 - LM1117 3,3V; D1 - SS12 SMA DO-214AC lub podobna; D2 - LED SMD 0805, np. zielona |
| Wejście audio | moduł mikrofonowy ze wzmacniaczem, w prototypie MAX9814 z ARW |
| Złącza i elementy dodatkowe | goldpin, gniazdo micro USB 10118193-0001LF/C, złącze BOOT, złącze PROG, złącze MIC, złącze GAIN, opcjonalne złącze OLED |
| Obudowa sugerowana w dokumentacji | KM-32B |
Notes
Nadajnik jest tylko częścią systemu kolorofonu. Do uzyskania efektu świetlnego potrzebny jest co najmniej jeden odbiornik Wi-Fi z kanałami PWM i diodami LED mocy, np. wariant odbiorczy AVT5662/2.
W prototypie zastosowano moduł mikrofonowy z MAX9814 i ustawiono wzmocnienie 40 dB, co okazało się optymalne dla cichej mowy i głośnej muzyki w zakresie działania ARW. Można zastosować inny wzmacniacz mikrofonowy, ale poziom sygnału trzeba dopasować do wejścia ADC ESP32.
Jeżeli nie jest montowany potencjometr tłumika sygnału z mikrofonu, należy połączyć zworą piny 2 i 3 złącza GAIN. Przy zbyt dużym sygnale wejściowym można wykorzystać potencjometr jako tłumik i dobrać czułość eksperymentalnie.
Program nadajnika jest przygotowywany w środowisku Arduino. Do wejścia w tryb programowania należy założyć zworkę BOOT i włączyć zasilanie modułu, a do programowania użyć przejściówki USB-UART w standardzie 3,3 V.
Po uruchomieniu najpierw włącza się nadajnik i czeka kilka sekund, aż utworzy punkt AP. Dopiero potem należy uruchamiać odbiorniki, które logują się do sieci Wi-Fi tworzonej przez nadajnik.
Uwaga: moduł nadajnika wymaga poprawnie wgranego programu dla ESP32. Bez firmware analizującego sygnał audio i wysyłającego pakiety UDP płytka nie będzie sterowała odbiornikami LED.
Najczęściej zadawane pytania
Nadajnik musi próbkować sygnał audio, wykonywać analizę FFT i jednocześnie obsługiwać transmisję Wi-Fi. ESP32 ma znacznie większą wydajność obliczeniową niż ESP8266, dlatego lepiej nadaje się do analizy widma w czasie rzeczywistym.
Nadajnik nie przesyła dźwięku. Po analizie FFT tworzy zestaw wartości odpowiadających amplitudom wybranych zakresów częstotliwości i wysyła je w pakiecie UDP. Odbiornik wykorzystuje te wartości do sterowania jasnością kanałów LED przez PWM.
Nie. Założeniem projektu jest brak galwanicznego połączenia ze źródłem dźwięku. Sygnał jest pobierany akustycznie przez mikrofon, co upraszcza użycie kolorofonu z dowolnym zestawem audio, bez ingerencji w jego tory sygnałowe.
Czułość zależy od wzmocnienia modułu mikrofonowego, ewentualnego tłumika na złączu GAIN oraz progu w programie, np. wartości porównania dla prążków FFT. W prototypie moduł MAX9814 pracował z wzmocnieniem 40 dB, ale ustawienie można dopasować do poziomu muzyki i odległości od głośnika.
Złącze OLED umożliwia rozbudowę nadajnika o wyświetlacz 1,3", na którym można pokazywać widmo analizowanego sygnału. W prototypie złącze nie było używane, ale daje możliwość eksperymentów i diagnostyki działania algorytmu FFT.
