【花雕体验】20 音乐可视化：ESP32_C3与WS2812B的系列尝试

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。

WS2812模块电原理图

合宙CORE ESP32-C3核心板，是基于乐鑫ESP32-C3芯片进行设计的一款开发板。尺寸仅有21mm×51mm，板边采用邮票孔设计，板载 Wi-Fi/BLE天线，方便开发者在不同场景下的使用。核心板支持UART、GPIO、SPI、I2C、ADC、PWM等接口，可根据实际需要选用。

主要特色
（1）功能强，应用广
合宙ESP32-C3开发板高集成化设计，板载 Wi-Fi/BLE天线、4MB Flash，支持UART、GPIO、SPI、I2C、ADC、PWM等接口，满足大多数应用；板载CH343P芯片实现更高速率的USB转串口，固件下载更快更稳。
（2）用料足，信号好
合宙ESP32-C3开发板采用4层PCB，板载2.4G天线，经过调试达到了比较好的使用效果。实测2.38到2.48GHz范围内的驻波比（VSWR）值比较好，能够有效的将发射功率辐射到无线空间。
（3）多样化开发更便捷
合宙ESP32-C3开发板目前支持：LuatOS/乐鑫IDF/Arduino/MicroPython等多样化开发方式，使用更便捷。LuatOS固件在社区大神梦程的努力下现已支持以下功能，其他内容正在不断更新。

合宙CORE ESP32-C3核心板 IO引脚

1路SPI FLASH，板载4MB，支持最高 16MB
2路UART接口，UART0~UART1,其中下载口为UART0
6 路 12 比特 ADC，最高采样率 100KSPS
1路低速SPI接口，支持主模式
1路IIC控制器
4路PWM接口
GPIO外部管脚15路，可复用
2路贴片LED指示灯
1路复位按键+1路BOOT按键
1路USB转TTL下载调试口
2.4G PCB板载天线

【花雕体验】20 音乐可视化：ESP32_C3与WS2812B的系列尝试
实验程序一：简单测试MAX9814麦克风放大器模块
模块接线：
MAX9814 ESP32_C3
VCC 5V
GND GND
OUT 4(ADC4)

/*
  【花雕体验】20 音乐可视化：ESP32_C3与WS2812B的系列尝试
  实验程序一：简单测试MAX9814麦克风放大器模块
  模块接线：
  MAX9814   ESP32_C3
  VCC          5V
  GND         GND
  OUT       4(ADC4)
*/

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(4, INPUT);
}

void loop() {
  Serial.println(analogRead(4));
  delay(1000);
}

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（实测环境噪音的波形）

实验串口绘图器返回情况（实测播放音乐<当中部分>的波形）

实验场景图

【花雕体验】20 音乐可视化：ESP32_C3与WS2812B的系列尝试
实验程序二：声级测量
模块接线：
MAX9814 ESP32_C3
VCC 5V
GND GND
OUT 4(ADC4)

/*
  【花雕体验】20 音乐可视化：ESP32_C3与WS2812B的系列尝试
  实验程序二：声级测量
  模块接线：
  MAX9814   ESP32_C3
  VCC          5V
  GND         GND
  OUT       4(ADC4)
*/

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(9600);
  pinMode(4, 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 = 3000;

  // collect data for 50 mS
  while (millis() - startMillis < sampleWindow)
  {
    sample = analogRead(4);
    if (sample < 3000)  // 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) / 50;  // 转换为伏特

  Serial.println(volts);
}

实验串口绘图器返回情况

搭配的第二款数字声音模块INMP441（实物还在快递路上）

【花雕体验】20 音乐可视化：ESP32_C3与WS2812B的系列尝试
实验程序三：点亮LED—WS2812FX自动模式循环20种

/*
  【花雕体验】20 音乐可视化：ESP32_C3与WS2812B的系列尝试
  实验程序三：点亮LED—WS2812FX自动模式循环20种
  模块接线：WS2812B接D9
  MAX9814   ESP32_C3
  VCC          5V
  GND         GND
  OUT       D4(ADC4)
*/

#include 

#define LED_COUNT 256
#define LED_PIN    9

#define TIMER_MS 5000

WS2812FX ws2812fx = WS2812FX(LED_COUNT, LED_PIN, NEO_RGB + NEO_KHZ800);

unsigned long last_change = 0;
unsigned long now = 0;

void setup() {
  ws2812fx.init();
  ws2812fx.setBrightness(28);
  ws2812fx.setSpeed(1000);
  ws2812fx.setColor(0x007BFF);
  ws2812fx.setMode(FX_MODE_STATIC);
  ws2812fx.start();
}

void loop() {
  now = millis();
  ws2812fx.service();
  if(now - last_change > TIMER_MS) {
    ws2812fx.setMode((ws2812fx.getMode() + 1) % ws2812fx.getModeCount());
    last_change = now;
  }
}

实验场景图

实验的视频记录

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg4ODEwMjEyNA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

【花雕体验】20 音乐可视化：ESP32_C3与WS2812B的系列尝试
实验程序四：MegunoLink音乐反应式LED灯带
模块接线：WS2812B接D9
MAX9814 ESP32_C3
VCC 5V
GND GND
OUT D4(ADC4)

/*
  【花雕体验】20 音乐可视化：ESP32_C3与WS2812B的系列尝试
  实验程序四：MegunoLink音乐反应式LED灯带
  模块接线：WS2812B接D9
  MAX9814   ESP32_C3
  VCC          5V
  GND         GND
  OUT       D4(ADC4)
*/

#include
#include
#include

// define necessary parameters
#define N_PIXELS  24
#define MIC_PIN   4
#define LED_PIN   9 
// 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 动态图

实验的视频记录（21秒）

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg4NzI0MzU0NA==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.1

实验的视频记录（4分28秒）

https://v.youku.com/v_show/id_XNTg4ODI4Nzc1Mg==.html?spm=a2hcb.playlsit.page.5

（待续）