【花雕体验】17 Beetle ESP32C3与WS2812的音乐可视化节奏灯

MAX9814
是一款低成本高性能麦克风放大器，具有自动增益控制(AGC)和低噪声麦克风偏置。器件具有低噪声前端放大器、可变增益放大(VGA)、输出放大器、麦克风偏置电压发生器和AGC控制电路。
●自动增益控制(AGC)
●3种增益设置(40dB、50dB、60dB)
●可编程动作时间
●可编程动作和释放时间比
●电源电压范围2.7V～5.5V
●低THD：0.04% (典型值)
●低功耗关断模式
●内置2V低噪声麦克风偏置

WS2812B主要特点
智能反接保护，电源反接不会损坏IC。
IC控制电路与LED点光源公用一个电源。
控制电路与RGB芯片集成在一个5050封装的元器件中，构成一个完整的外控像素点。
内置信号整形电路，任何一个像素点收到信号后经过波形整形再输出，保证线路波形畸变不会累加。
内置上电复位和掉电复位电路。
每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示，完成16777216种颜色的全真色彩显示，扫描频率不低于400Hz/s。
串行级联接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码。
任意两点传传输距离在不超过5米时无需增加任何电路。
当刷新速率30帧/秒时，级联数不小于1024点。
数据发送速度可达800Kbps。
光的颜色高度一致，性价比高。

主要应用领域
LED全彩发光字灯串,LED全彩模组， LED全彩软灯条硬灯条,LED护栏管。
LED点光源,LED像素屏,LED异形屏，各种电子产品，电器设备跑马灯。

Beetle ESP32-C3是一款基于ESP32-C3 RISC-V 32位单核处理器芯片的主控板，专为物联网 (IoT) 设备而设计。Beetle ESP32-C3在仅硬币大小的体积上引出了多达13个IO口，制作项目时不必再担心IO口不够用的情况，同时主控板还集成锂电池充电管理功能，可以直接连接锂电池，不需要外围模块，同时保证应用体积和安全性。Beetle ESP32-C3配套的扩展板在未增加太大体积的情况下，引出了更多的电源，在制作项目时焊接更加方便，板载的GDI显示屏接口解决使用屏幕时的接线烦恼。

Beetle ESP32-C3支持Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 双模通讯，降低了设备配网难度，同时还支持蓝牙 Mesh (Bluetooth Mesh) 协议和乐鑫 Wi-Fi Mesh可以实现更高的通讯稳定性和更大的覆盖面积，适用于广泛的物联网应用场景。Beetle ESP32-C3拥有详细的示例教程，通过教程可以轻松的使用控制器的无线功能，连接阿里云、IFTTT等物联网平台，同时DFRobot商城提供了上千种传感器和执行器，这些传感器和执行器也有详细的教程，因此你可以轻松搭建出自己的物联网系统。

Beetle ESP32-C3接口引脚
数字I/O x13
LED PWM 控制器 6个通道
SPI x1
UART x2
I2C x1
I2S x1
红外收发器：发送通道 x2、接收通道 x2，(任意管脚)
2 × 12 位 SAR 模/数转换器， 6 个通道
DMA 控制器，3 个接收通道和 3 个发送通道

实验使用的引脚为A0和D6

MAX9814
是美信公司出品的带AGC控制的麦克放大模块，很适于各种麦克放大和控制电路的前置部分，外围只要10个以内的元件，就能满足一般使用者的需要，麦克放大在0-8米的距离，保证输出电平保持近似一致。是很好的简单代替复杂麦克控制电路的代表之作。MAX9814是一款低成本，高质量的麦克风放大器，具有自动增益控制（AGC）和低噪声麦克风偏置。该器件具有一个低噪声前置放大器，可变增益放大器（VGA），输出放大器，麦克风偏置电压发生器和AGC控制电路。

低噪声前置放大器具有固定的12dB增益，而VGA增益则根据输出电压和AGC阈值自动从20dB调整至0dB。输出放大器提供8dB，18dB和28dB的可选增益。在没有压缩的情况下，放大器的级联会导致总增益为40dB，50dB或60dB。三级数字输入对输出放大器的增益进行编程。外部电阻分压器控制AGC阈值，单个电容器设定启动/释放时间。三级数字输入可设定起效时间与释放时间的比率。AGC的保持时间固定为30ms。低噪声麦克风偏置电压发生器可以使大多数驻极体麦克风偏置。

MAX9814采用节省空间的14引脚TDFN封装。该器件的额定温度范围为-40°C至+ 85°C。

MAX9814主要特征
自动增益控制（AGC）
三种增益设置（40dB，50dB，60dB）
可编程攻击时间
可编程的攻击和释放比率
2.7V至5.5V电源电压范围
30nV /的低输入参考噪声密度
低总谐波失真（THD）：0.04％（典型值）
低功耗关机模式
内部低噪声麦克风偏置，2V
采用节省空间的14引脚TDFN（3mm×3mm）封装
-40°C至+ 85°C扩展温度范围

模块电原理图

【花雕体验】17 Beetle ESP32C3与WS2812屏音乐可视化节奏灯
实验程序一：测试MAX9814麦克风放大器模块
模块接线：
MAX9814 Beetle ESP32C3
VCC 5V
GND GND
OUT A0

/*
  【花雕体验】17 Beetle ESP32C3与WS2812屏音乐可视化节奏灯
  实验程序一：测试MAX9814麦克风放大器模块
  模块接线：
  MAX9814  Beetle ESP32C3
  VCC            5V
  GND            GND
  OUT            A0
*/

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(A0, INPUT);
}

void loop() {
  Serial.println(analogRead(A0));
  delay(100);
}

实验串口返回情况

打开Arduino IDE——工具——串口绘图器，查看实验波形

实验串口绘图器返回情况

实验场景图

【花雕体验】17 Beetle ESP32C3与WS2812屏音乐可视化节奏灯
实验程序二：简易测量环境声级
模块接线：
MAX9814 Beetle ESP32C3
VCC 5V
GND GND
OUT A0

/*
  【花雕体验】17 Beetle ESP32C3与WS2812屏音乐可视化节奏灯
  实验程序二：简易测量环境声级
  模块接线：
  MAX9814  Beetle ESP32C3
  VCC            5V
  GND            GND
  OUT            A0
*/

const int sampleWindow = 50; // 以mS为单位的采样窗口宽度（50 mS = 20Hz）   
unsigned int sample;

void setup() {
   Serial.begin(115200);
   pinMode(A0,INPUT); 
}

void loop() {
   unsigned long startMillis= millis();  // 样本窗口的开始 
   unsigned int peakToPeak = 0;   // 峰峰值

   unsigned int signalMax = 0;
   unsigned int signalMin = 3600;

   // collect data for 50 mS
   while (millis() - startMillis < sampleWindow)
   {
      sample = analogRead(A0);
      if (sample < 3600)  // 抛出错误的读数
      {
         if (sample > signalMax)
         {
            signalMax = sample;  // 只保存最大级别
         }
         else if (sample < signalMin)
         {
            signalMin = sample;  // 仅保存最低级别
         }
      }
   }
   peakToPeak = signalMax - signalMin;  // max-min =峰峰值幅度
   double volts = (peakToPeak * 5.0) / 170;  

   Serial.println(volts);
}

实验串口绘图器返回情况（环境噪音）

实验串口绘图器返回情况（时事播音）

【花雕体验】17 Beetle ESP32C3与WS2812屏音乐可视化节奏灯
实验程序三：通过快速傅里叶变换在ws2812b灯板上显示频谱

/*
  【花雕体验】17 Beetle ESP32C3与WS2812屏音乐可视化节奏灯
  实验程序三：通过快速傅里叶变换在ws2812b灯板上显示频谱
*/

#include  "arduinoFFT.h" 
#include     

#define NUM_LEDS 256    
#define LED_TYPE WS2812 
#define COLOR_ORDER GRB 

arduinoFFT FFT = arduinoFFT(); 
CRGB leds[NUM_LEDS];           

#define CHANNEL A0 
#define DATA_PIN 6 

const uint8_t max_bright = 2;          
const uint16_t samples = NUM_LEDS / 4;
const byte halfsamples = samples / 2;  
uint8_t gHue;                          
int value;                             
double vReal[samples];                 
double vImag[samples];                 
char toData[halfsamples];              

int pointJump[halfsamples]; 
int uJump[halfsamples];     
int dJump[halfsamples];    

int uValue;                 
int dValue;                 
int tValue;                 
int toDown = 0;             
uint8_t toDownSpeed = 3;    
int pointDown = 0;          
uint8_t pointDownSpeed = 9; 

void setup(){
  delay(100);              
  Serial.println("Ready"); 
  FastLED.addLeds<LED_TYPE, DATA_PIN, COLOR_ORDER>(leds, NUM_LEDS).setCorrection(TypicalLEDStrip);
  FastLED.setBrightness(max_bright); 
}

void loop(){
  FastLED.clear();                         
  EVERY_N_MILLISECONDS(10) {
    gHue += 10;  
  }
  for (int i = 0; i < samples; i++)        
  {
    value = analogRead(CHANNEL); 
    vReal[i] = value;       
    vImag[i] = 0.0;         
  }
  
  FFT.Windowing(vReal, samples, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD);
  FFT.Compute(vReal, vImag, samples, FFT_FORWARD);
  FFT.ComplexToMagnitude(vReal, vImag, samples);
  
  for (int i = 0; i < halfsamples; i++) 
  {
    toData[i] = vReal[i + halfsamples / 2];   
    toData[i] = constrain(toData[i], 0, 100); 
    toData[i] = map(toData[i], 0, 100, 1, 7); 
  }
  for (int i = 0; i < halfsamples; i++) 
  {
    uValue = toData[i];    
    uJump[i]++;            
    if (uValue > uJump[i]) 
    {
      uValue = uJump[i]; 
    }
    else
    {
      uJump[i] = uValue;
    }
    dValue = uValue; 
    toDown++;                      
    if (toDown % toDownSpeed == 0) 
    {
      dJump[i]--; 
      toDown = 0; 
    }
    if (dValue > pointJump[i]) 
    {
      dJump[i] = dValue; 
    }
    else
    {
      dValue = dJump[i]; 
    }
    tValue = uValue;                     
    pointDown++;                         
    if (pointDown % pointDownSpeed == 0) 
    {
      pointJump[i]--; 
      pointDown = 0;  
    }
    if (tValue > pointJump[i]) 
    {
      pointJump[i] = tValue; 
    }
    else
    {
      tValue = pointJump[i]; 
    }
    fill_rainbow(leds + 8 * i, uValue, gHue, 30);
    fill_rainbow(leds + 8 * i, dValue, gHue, 30);
    fill_solid(leds + 8 * i + tValue, 1, CRGB::White);
    
  }
  FastLED.show(); 
  delay(10);      
}

实验场景图

实验的视频记录

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg4NTgwNTkyNA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

【花雕体验】17 Beetle ESP32C3与WS2812屏音乐可视化节奏灯
实验程序四：MegunoLink音乐反应式LED灯带
模块接线：WS2812B接D6
MAX9814 ESP32_C3
VCC 5V
GND GND
OUT A0

/*
  【花雕体验】17 Beetle ESP32C3与WS2812屏音乐可视化节奏灯
  实验程序四：MegunoLink音乐反应式LED灯带
  模块接线：WS2812B接D6
  MAX9814   ESP32_C3
  VCC          5V
  GND         GND
  OUT          A0
*/

#include
#include
#include

// define necessary parameters
#define N_PIXELS  24
#define MIC_PIN   A0
#define LED_PIN   6
// the following parameters can be tweaked according to your audio levels
#define NOISE 150
#define TOP   (N_PIXELS+2) // allow the max level to be slightly off scale
#define LED_TYPE  WS2811
#define BRIGHTNESS  18     // a little dim for recording purposes
#define COLOR_ORDER GRB

// declare the LED array
CRGB leds[N_PIXELS];

// define the variables needed for the audio levels
int lvl = 0, minLvl = 0, maxLvl = 100; // tweak the min and max as needed

// instantiate the filter class for smoothing the raw audio signal
ExponentialFilter<long> ADCFilter(5,0);

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
  // initialize the LED object
  FastLED.addLeds<LED_TYPE,LED_PIN,COLOR_ORDER>(leds,N_PIXELS).setCorrection(TypicalLEDStrip);
  FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  // read the audio signal and filter it
  int n, height;
  n = analogRead(MIC_PIN);
  // remove the MX9614 bias of 1.25VDC
  n = abs(1023 - n);
  // hard limit noise/hum
  n = (n <= NOISE) ? 0 : abs(n - NOISE);
  // apply the exponential filter to smooth the raw signal
  ADCFilter.Filter(n);
  lvl = ADCFilter.Current();
//  // plot the raw versus filtered signals
//  Serial.print(n);
//  Serial.print(" ");
//  Serial.println(lvl);
  // calculate the number of pixels as a percentage of the range
  // TO-DO: can be done dynamically by using a running average of min/max audio levels
  height = TOP * (lvl - minLvl) / (long)(maxLvl - minLvl);
  if(height < 0L) height = 0;
  else if(height > TOP) height = TOP;
  // turn the LEDs corresponding to the level on/off
  for(uint8_t i = 0; i < N_PIXELS; i++) {
    // turn off LEDs above the current level
    if(i >= height) leds[i] = CRGB(0,0,0);
    // otherwise, turn them on!
    else leds[i] = Wheel( map( i, 0, N_PIXELS-1, 30, 150 ) );
  }
  FastLED.show();
}

CRGB Wheel(byte WheelPos) {
  // return a color value based on an input value between 0 and 255
  if(WheelPos < 85)
    return CRGB(WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3, 0);
  else if(WheelPos < 170) {
    WheelPos -= 85;
    return CRGB(255 - WheelPos * 3, 0, WheelPos * 3);
  } else {
    WheelPos -= 170;
    return CRGB(0, WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3);
  }
}

实验场景图

实验场景图 动态图

https://img.mydigit.cn/forum/202207/21/172621aefvzqth8y4tvphv.gif

实验的视频记录（1分3秒）

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg4ODUzMjI5Mg==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

一米二灯管实验场景图

一米二灯管实验的视频记录

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg4NzQ1ODMzMg==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1