RGB LED条带和Python的覆盆子PI谱分析仪

寻找一个第一个项目，尝试在树莓皮，我想有什么比频谱分析仪更好(有时这种显示被错误地称为图形均衡器——让你改变声音，而不是显示它）


我能够让它做2048pt的fft和实时解码mp3，虽然这对Pi来说应该不难，因为已经有很多8bit的uc来做实时fft，所有的事情都是用Python完成的，这使得它方便（对我来说）最终通过web浏览器、sms和其他东西添加控件。不过，没有多少空余的空间，当我移动鼠标时，它会窒息。

大部分的代码已经可以使用了，我的目标是从第一次使用Pi的用户的角度，粗略地记录实现这个功能的步骤。我还对FFT分析块做了一些调整，以加快速度。

硬件:(谢谢你的玩具Adafruit！）

• 拉斯皮——我想我的喘不过气来了，拉斯比安，3.10.19版
• 15英尺（1米）RGB LED灯带125美元（约160个LED）通过SPI控制，内置PWM控制，你只需发送更新-非常好。我只是用一个条带绕成5列，然后写到条带的不同部分。这样我就有三条线连接到Pi：地，SPI时钟和SPI数据。
• 驱动LED的10A 5V电源，25美元，你可能也可以用它来推动pi。
• 这些是最基本的，但是你可能会想要一些其他的东西：
  • USB WiFi适配器7.61美元（RTL8188CUS芯片组驱动程序内置于Wheezy OS！）。我用过这些说明让它工作。
  • SD卡（我有一个8GB）
  • USB电力扬声器10美元
  • 电源USB集线器插入键盘，鼠标，WiFi，
  • 一些手机充电器通过它的USB电源接口为Pi供电
  • 以太网电缆通过笔记本电脑预wifi连接到互联网
  • USB键盘、鼠标、HDMI显示器
  • 电线，一些内螺纹到内螺纹跨接导线

软件:

• 我只是用了这个很棒的基于Pi的xmas灯控制器代码来自克里斯·伊迪，托德吉尔斯和瑞安詹宁斯。它是一个完整的指挥中心，用于向音频（WAV，MP3等）进行编排Xmas灯。他们的代码可让您根据频段设置播放列表并打开和关闭120VAC电源。您甚至可以通过SMS消息对歌曲进行投票！它们的代码在音乐中查看频段，如果声音交叉阈值，则会打开GPIO引脚。我更改了代码以在RGB LED条带上显示实际频带级别，而不是仅具有开/关阈值。基于代码中的相似之处，我怀疑他们从中获得了他们的FFT处理代码python实时FFT演示.
• LPD8806 RGB发光二极管带的Python控制通过SPI。
• 这与此项目无关，但我使用了基尼编码的IDE。

而不是处理每列的单独的LED条，我刚刚循环一个152个LED条带，并将其固定到婴儿门。这浪费了一些LED，因为我没有在转弯上显示任何东西，但是你可以通过切割柱子之间的焊条和焊接线来避免LED浪费。

一个好的将RGB LED条带连接到Raspi的图表可以在adafruit的网站上找到。

将5V，地，时钟和数据线焊接到LED条带的输入端，连接到PI，如链接或我的照片中所示。一定要将5V电源的地面连接到PI的地面！

抓住那个软件并按照说明使Pi能够输出到SPI。使用硬件SPI是很重要的，因为任何比特碰撞方法都不够快。

要启用硬件SPI（请按照git页面上的说明进行操作）。

我在Bashrc中添加了将目录添加到我的PythonPath，所以我可以从任何地方调用函数。
内部。bashrc：

export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:/home/pi/RPi-LPD8806-master

通过运行示例代码来测试条带是否工作：

python example.py.py.

我们稍后将下载的xmas-light代码希望以root运行，当您使用前面的sudo运行时，环境变量，特别是PYTHONPATH不会被传输。

我必须通过打字编辑/ etc / sudoers

sudo misudo.

然后在底部添加

默认值env\u keep=SYNCHRONIZED\u LIGHTS\u HOME
默认值env\u keep+=PYTHONPATH

第一行是我们稍后需要安装的XMA灯具包的东西。当您将其运行为sudo时，这些环境变量确保这些环境变量粘在一起。

要测试是否设置正确，请关闭终端并重新打开，然后键入

sudo python.
从引导导入*
LED。填充（颜色（50,50,50），0,10）
LED.Update（）

应该打开前10个LED。

最后一步是做出一些修改以加速写入条带。

INSION LEDSTRIP.PY，在DEF __init__行中确保使用_py_spi = true

定义初始化（self，发光二极管，使用spi）= 真的 ，dev =“/ dev / spidev0.0”，驱动程序=“LPD8806”）：

现在在LPD8806.py内，我们将要将SPI速度改为16MHz

如果self.use_py_spi：

打印语句只是为了确保所有设置都正确。

LPD8806.py文件的最终变更是更新（）函数。无论出于什么原因，我注意到LED.Update（）正在服用长的时间，upword为25ms。为了获得良好的视觉效果，我希望我的整个分析和显示循环运行到20Hz，或每循环50毫秒，并刻出半个时间等待LED条带不起作用。奇怪地，在16MHz，它应该少于一个ms。每个LED，152个LED，（3 * 152 * 8位/ 16m）= .2ms！（不是25ms）当我将范围达到SPI端口时，每个字节都在16MHz出来，但每个字节都会在每个调用self.spi.xfer2（）后有一个160us暂停。我的解决方案是将整个字节字节收集到缓冲区中，只能调用self.spi.xfer2（）：

def更新（self，buffer）：

在16MHz时写出152个LED应该不应该暂时 - 你应该在第一个的同时看到最后一个LED变化

其他人有挣扎有了这个并绕过它，用单个垂直LED条带查看惊人的POV视频效果（在8MHz通过猫5到20英尺的猫5！）：

现在我们已经快速写入LED条带，并且可以从任何地方从root运行的Python播放，是时候安装了奇妙的圣诞节了灯编排软件，并更新它以控制LED条。

下载后代码来自Bitbucket，按照说明安装安装。

在运行sudo之前./install.sh，您应该编辑文件并更改install_dir。然后运行

sudo./install.sh文件

我遗憾地遇到了各种各样的问题。安装了大多数软件（需要一段时间），但我必须手动设置环境的东西。BASH脚本的末尾将安装dir install到/ etc /环境添加。我也将它添加到我的.bashrc之后：

导出同步的\u灯光\u HOME=“/HOME/pi/xmas2”
导出pythonpath = $ pythonpath：/ home / pi / rpi-lpd8806-master

第二行是LED灯。脚本试图将path变量添加到/etc/environment，但我不得不将其添加到.bashrc。我真的不太了解linux，所以你应该访问谷歌+社区询问安装帮助。确保sudoers也有这条线，以确保当您将事物运行为sudo时，确保环境变量粘在周围。

默认值env\u keep=SYNCHRONIZED\u LIGHTS\u HOME

第一步，试着运行一首歌，看看代码是否抛出任何错误：

sudo py / synchronizer_lights.py --file / home/pi/some_random_music_file.mp3

听不到任何声音？我不得不将我的音频从默认的HDMI换掉到板载1/8“杰克：

Amixer cset numid = 3 1

我也不得不上升卷

Amixer设置PCM 1

我对/config/defaults.cfg做了以下更改：

gpio_引脚=7,0,1,2,3

我只有5列，所以我只是将输出列表截断为5个数字。

如果要使用播放列表，请更改PlayList_Path

我也改变了以下内容

min_frequency = 50.
max_frequency = 150000.

注释出custom_channel_frequencies。我只是想均匀地分开min和max频率。

最后，运行自定义脚本：

sudo py / synchronizer_lights.py --file / home/pi/some_random_music_file.mp3

用于调试，考虑添加-v 2 --readcache 0

我能够解码MP3并在歌曲开始时只有几个故障的同时播放它们。基本代码有一个功能，它将所有级别写入缓存文件，因此当它再次播放歌曲时它不必运行FFT。ReadCache 0如果您不想删除它每次生成的.gz缓存，请关闭此操作。

--------------------
我对原来的改变中的一些亮点
--------------------

主要变化包括剥离GPIO代码并用代码替换它来将级别发送到RGB LED条带。更好的方法是要修改硬件_controller.py文件，但无论需要对原始的一些更改，因为我不再使用ON / OFF信号了。

我花了大部分时间来优化calculate_levels（）函数的速度。我发现那条线

data = np.array（数据，dtype ='h'）

，它只是从Python数组创建Numpy数组，拍摄了10ms，这与所有FFT处理一样多！通过将其替换为直接加载二进制内存阵列的函数来大大加速这一点：

np.flbuffer（数据......

当我用纯正弦波进行测试时，我其余的更改才真正影响到事情（见附件测试文件）。对原始代码的动态调整使得它工作得很好，尽管有下面的内容。太好了！

由于音频是立体声，因此我抛出了偶数，因为那些表示右声道。原始代码正在分析立体声信号，就像它是单声道一样，这可能为最低频带添加了一点能量。

数据[：]=数据_立体声[：：2]

FFT也在非窗口的音频块上运行。当您在歌曲中间雕刻的块的块上运行FFT时，那么它的边缘就会看起来像陡峭的液滴到FFT算法。这在所有乐队中增加了一堆能量。解决方案是逐渐减少每个块，或“窗口”。您可以在窗口屏幕之前和之后看到附加到此页面的图片。

窗口= np.hanning（len（数据））
数据=数据*窗口

最后，当声音的力量增加10倍时，我们听到了一倍，所以我总结每个频带中的所有箱，并采取那些LOG10，因此当我们听到声音双倍时，LED反弹两倍。

要出现测试，请尝试运行附加的声音文件。粉红色噪声文件应报告每个频带相同的总功率。这很有意思，因为第一个乐队中只有5个左右的箱子，而且最后一个乐队，但如果你加起来所有的能量，它们应该是相同的，尽管箱数有差异。粉红色的噪音听起来像整个频谱的响度都是相同的响度。粉红色的噪声扫描文件具有带通滤波器的扫描滤波器从低到高，您可以在视频中看到此演示。