Projekt Bouřkového mraku

Bouřkový mrak

Vizualizace různých úrovní hlasitosti hudby pomocí LED diod – VRNI, LS 2015/2016

Členové týmu

Jana Ada Kubíčková, Anna Řezníčková, David Vávra

Inspirace projektu

Inspirací projektu byl produkt Richarda Clarksona "Cloud" http://www.richardclarkson.com/shop/cloud, zejména pak jeho cena, která nás přiměla přemýšlet o tom, jak stejný produkt získat s minimální počáteční investicí. Nebyli jsme první, kdo měl podobný záměr, tudíž se nám na stránce makeuseofit.com podařilo dokonce najít i podrobný návod DIY.

Použitý materiál

1x Breadbord 1x UNO R3 SMD + propojovací USB A-B kabel (Ekvivalent Arduino UNO) 1x Mikrofon 9x 5V LED Cca 25x propojovací kabel 1x polystyrenová deska (tloušťka 2 cm) tavná pistole 1x Polyesterová výplň do polštářů 1x drátěné ramínko 1x Powerbanka Použitý software Arduino IDE 1.6.9 ovladače pro Mac OS

Zapojení

• 

Vlastní zdrojový kód

Lighting Cloud Mood Lamp By James Bruce
View the full tutorial and build guide at http://www.makeuseof.com/
Sound sampling code originally by Adafruit Industries.  Distributed under the BSD license.
This paragraph must be included in any redistribution.

• /

1. include "FastLED.h"
2. define NUM_LEDS 9
3. define LED_MODE WS2812B
4. define LED_ORDER GRB

// Mode enumeration - if you want to add additional party or colour modes, add them here; you'll need to map some IR codes to them later; // and add the modes into the main switch loop enum Mode { CLOUD, ACID, OFF, ON, RED, GREEN, BLUE, FADE}; Mode mode = CLOUD; Mode lastMode = CLOUD;

// Mic settings, shouldn't need to adjust these.

1. define MIC_PIN 0 // Microphone is attached to this analog pin
2. define DC_OFFSET 0 // DC offset in mic signal - if unusure, leave 0
3. define NOISE 10 // Noise/hum/interference in mic signal
4. define SAMPLES 10 // Length of buffer for dynamic level adjustment

byte volCount = 0; // Frame counter for storing past volume data int vol[SAMPLES]; // Collection of prior volume samples int n, total = 30; float average = 0;

// used to make basic mood lamp colour fading feature int fade_h; int fade_direction = 1;

// Define the array of leds CRGB leds[NUM_LEDS];

// Makes all the LEDs a single colour, see https://raw.githubusercontent.com/FastLED/FastLED/gh-pages/images/HSV-rainbow-with-desc.jpg for H values void single_colour(int H, int d = 500) {

for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
  leds[i] = CHSV( H, 255, 255);
}
FastLED.show();
//avoid flickr which occurs when FastLED.show() is called - only call if the colour changes
if (lastMode != mode) {
  FastLED.show();
  lastMode = mode;
}
delay(d);

}

void colour_fade() {

//mood mood lamp that cycles through colours
for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
  leds[i] = CHSV( fade_h, 255, 255);
}
if (fade_h > 254) {
  fade_direction = -1; //reverse once we get to 254
}
else if (fade_h < 0) {
  fade_direction = 1;
}

fade_h += fade_direction;
FastLED.show();
delay(100);

}

// utility function to turn all the lights off. void reset() {

for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
  leds[i] = CHSV( 0, 0, 0);
}
FastLED.show();

}

void detect_thunder() {

n   = analogRead(MIC_PIN);                        // Raw reading from mic
n   = abs(n - 512 - DC_OFFSET); // Center on zero
n   = (n <= NOISE) ? 0 : (n - NOISE);             // Remove noise/hum
vol[volCount] = n;                      // Save sample for dynamic leveling
if(++volCount >= SAMPLES) volCount = 0; // Advance/rollover sample counter

total = 0;
for(int i=0; i<SAMPLES; i++) {
  total += vol[i];
}

// If you're having trouble getting the cloud to trigger, uncomment this block to output a ton of debug on current averages.
// Note that this WILL slow down the program and make it less sensitive due to lower sample rate.

for(int t=0; t<SAMPLES; t++) {
  //initial data is zero. to avoid initial burst, we ignore zero and just add the current l
  Serial.print("Sample item ");
  Serial.print(t);
  Serial.print(":");
  Serial.println(vol[t]);
}
Serial.print("total");
Serial.println(total);
Serial.print("divided by sample size of ");
Serial.println(SAMPLES);

Serial.print("average:");
Serial.println(average);
Serial.print("current:");
Serial.println(n);

average = (total/SAMPLES)+2;
if(n>average){
  Serial.println("TRIGGERED");
  reset();
   
  //I've programmed 3 types of lightning. Each cycle, we pick a random one.
  switch(random(1,3)){
     //switch(3){

    case 1:
      thunderburst();
      delay(random(10,500));
      Serial.println("Thunderburst");
      break;
    
    case 2:
      rolling();
      Serial.println("Rolling");
      break;
     
    case 3:
      crack();
      delay(random(50,250));
      Serial.println("Crack");
      break;      
   
  }
}

}

void acid_cloud() {

// a modification of the rolling lightning which adds random colour. trippy.
//iterate through every LED
for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
  if (random(0, 100) > 90) {
    leds[i] = CHSV( random(0, 255), 255, 255);

  }
  else {
    leds[i] = CHSV(0, 0, 0);
  }
}
FastLED.show();
delay(random(5, 100));
reset();

//}

}

void rolling() {

// a simple method where we go through every LED with 1/10 chance
// of being turned on, up to 10 times, with a random delay wbetween each time
for (int r = 0; r < random(2, 10); r++) {
  //iterate through every LED
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    if (random(0, 100) > 90) {
      leds[i] = CHSV( 0, 0, 255);

    }
    else {
      //dont need reset as we're blacking out other LEDs her
      leds[i] = CHSV(0, 0, 0);
    }
  }
  FastLED.show();
  delay(random(5, 100));
  reset();

}

}

void crack() {

//turn everything white briefly
for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
  leds[i] = CHSV( 0, 0, 255);
}
FastLED.show();
delay(random(10, 100));
reset();

}

void thunderburst() {

// this thunder works by lighting two random lengths
// of the strand from 10-20 pixels.
int rs1 = random(0, NUM_LEDS / 2);
int rl1 = random(10, 20);
int rs2 = random(rs1 + rl1, NUM_LEDS);
int rl2 = random(10, 20);

//repeat this chosen strands a few times, adds a bit of realism
for (int r = 0; r < random(3, 6); r++) {

  for (int i = 0; i < rl1; i++) {
    leds[i + rs1] = CHSV( 0, 0, 255);
  }

  if (rs2 + rl2 < NUM_LEDS) {
    for (int i = 0; i < rl2; i++) {
      leds[i + rs2] = CHSV( 0, 0, 255);
    }
  }

  FastLED.show();
  //stay illuminated for a set time
  delay(random(10, 50));

  reset();
  delay(random(10, 50));
}

}

// basically just a debug mode to show off the lightning in all its glory, no sound reactivity. void constant_lightning() {

switch (random(1, 5)) {
  case 1:
    Serial.println("Thunderburst");
    thunderburst();
    delay(random(10, 500));
    break;

  case 2:
    Serial.println("Rolling");
    rolling();
    break;

  case 3:
    Serial.println("Crack");
    crack();
    delay(random(50, 250));
    break;
  case 4:
    acid_cloud();
    Serial.println("Acid");
    delay(random(50, 250));
    break;
}

}

void setup() {

// this line sets the LED strip type - refer fastLED documeantion for more details https://github.com/FastLED/FastLED
FastLED.addLeds<LED_MODE, 3, LED_ORDER>(&leds[0], 3);
FastLED.addLeds<LED_MODE, 5, LED_ORDER>(&leds[3], 2);
FastLED.addLeds<LED_MODE, 6, LED_ORDER>(&leds[5], 2);
FastLED.addLeds<LED_MODE, 9, LED_ORDER>(&leds[7], 1);
FastLED.addLeds<LED_MODE, 10, LED_ORDER>(&leds[8], 1);

// starts the audio samples array at volume 15.
memset(vol, 15, sizeof(vol));
Serial.begin(115200);

}

void test_lights() {

for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
  leds[i] = CRGB(255, 127, 127);
  FastLED.show();
  delay(500);
  leds[i] = CHSV( 0, 0, 0);
  FastLED.show();
}

}

void loop() {

//constant_lightning();
detect_thunder();
reset();
//{
  /*int r = random(10000);
  if (r < 5) {
    Serial.println("random trigger");
    rolling();
  }*/
//}
/*
  // Maps mode names to code functions.
  switch(mode){
  case CLOUD: detect_thunder();reset();break;
  case ACID: acid_cloud();reset();break;
  case OFF:reset();break;
  case ON: constant_lightning();reset();break;
  case RED: single_colour(0);break;
  case BLUE: single_colour(160);break;
  case GREEN: single_colour(96);break;
  case FADE: colour_fade();break;
  default: detect_thunder(); reset();break;
  }
*/

}

Popis vývoje a konečná verze vlastního produktu

Pro vstupy, které následně generují vzorec blikání, jsme využili mikrofon. Ten zachytí zvuk z prostředí a na základě jeho hlasitosti (v principu rozlišuje tři úrovně hlasitosti - “blesk”, “hrom” a “hřmění”) rozbliká LED. LED diody i mikrofon jsou skrz breadboard vedeny do “arduina”, které je naprogramováno výše zmíněným kódem. Veškeré prvky jsou umístěny v polystyrenové kostře obalené polyesterovou náplné do polštářů tak, aby vypadala jako mrak. Napájení je zajištěno power bankou, takže zařízení je soběstačné a mobilní.

Zhodnocení

Práce na projektu i výsledný výstup předčil naše očekávání. V průběhu práce na projektu jsme museli čelit několika přkážkám - původně zamýšlené LED diody nešly použít kvůli vysokým energetickým nárokům, nikdo z našeho týmu neuměl efektivně pájet, mrak nedělal to, co jsme chtěli, aby dělal. I přes tato dílčí příkoří se však podařilo uspěšně sestrojit mrak, který reaguje na zvuky (bouřky) tak, že budí dojem skutečného bouřkového mraku. Do budoucna bychom chtěli projekt nadále rozšiřovat - zejména přidat bluetooth ovládání a reproduktor.

Fotodokumentace

• 
• 
• 
•