پروژه پردازش صوت و کنترل فواره های آب [رقص نور اکولایزری]

پروژه پردازش صوت و کنترل فواره‌های آب، در حقیقت اسم اصلی پروژه کنترل اکولایزری و استخراج مؤلفه‌های فرکانسی که هدف آن کنترل حرکات فواره‌های آب با صدا، رقص نور اکولایزری، هدف کلی در این پروژه این است که مدار و سیستمی طراحی کنیم، که با پخش موسیقی، مؤلفه های مختلف فرکانسی آن تفکیک شده و با انجام یک سری پردازش ها نهایتاً حرکاتی موزون از فواره‌های آب که توسط تعدادی پمپ آب ایجاد می‌شود را به وجود آورد.

مراحل پیاده سازی پروژه پردازش صوت

نمونه گیری از صوت و بافر کردن آن

استخراج و تفکیک مؤلفه‌های فرکانسی صوت توسط فیلترهای میان گذر

آماده سازی سیگنال های هر مؤلفه جهت اعمال به بخش ADC با تبدیل هر مؤلفه به ولتاژهای dc

بافر کردن ولتاژهای قبل

تبدیل ولتاژهای هر مؤلفه به مقادیر دیجیتال توسط بخش ADC

ایجاد موج های PWM متناسب با مقدار دیجیتال شده هر مؤلفه

مدار راه انداز (Driver) برای پمپ های آب

استفاده از پمپ های آب جهت ایجاد شاخه های فواره ای

بلوک دیاگرام :

در ابتدا پیش از هرعمل یا پردازشی روی صوت، باید از صوت در حال پخش نمونه برداری کرد. این نمونه برداری باید از ولتاز بوده و می‌تواند از ولتاژ دوسر بلندگو باشد.

برای این که خللی در کار سیستم صوتی ایجاد نشود، برای نمونه برداری از ولتاژ بلندگو از یک طبقه بافر استفاده می‌کنیم.

نمونه ای از مدار بافر ساده با آپ امپ :

تفکیک مؤلفه های فرکانسی 

هر صوت از هارمونیک‌ها و مولفه‌های فرکانسی بی‌شماری تشکیل شده است. برای ساخت آبنمای اکولایزری یا رقص نور اکولایزری، ابتدا باید تعدادی از این مولفه‌های فرکانسی را جدا کرد و با انجام یک سری پردازش ها هر یک از این مولفه ها را به یکی از فواره‌ها یا ستون های رقص نور مرتبط ساخت.

برای تفکیک مولفه‌های مختلف فرکانسی باید از تعدادی فیلتر برای جداسازی این مولفه ها استفاده کرد. این فیلترها باید از نوع میان گذر باشند تا بتوان یک فرکانس خاص یا به عبارت بهتر یک باند فرکانسی خاص را استخراج نمود.

انتخاب فرکانس عبور فیلترها 

از آن جایی که مدار نهایی ما در این پروژه متناسب با صوت پخش شده که موسیقی می‌باشد عمل می‌کند، لذا بهتر است که فرکانس عبور فیلترها از فرکانس نت های موسیقی انتخاب شود.

فرکانس‌های انتخاب شده برای فیلترهای این پروژه، در زیر مشاهده می‌شوند.

200Hz – 440Hz – 660Hz – 990Hz – 1.2KHz – 1.6KHz – 3.9KHz

طراحی فیلترها

طراحی فیلتر‌های موجود در این پروژه به صورت نرم افزاری و به کمک نرم افزار Filter Solution انجام گرفته است.

با استفاده از نرم افزار Filter Solution می‌توان انواع فیلتر را طراحی نمود.

قابلیت های نرم افزار Filter Solution

طراحی کلاس‌های مختلف فیلتر (میان گذر، پایین گذر و…)

طراحی انواع فیلترها (باترورث، چپی چف، بسل، تاخیری و…)

طراحی فیلترهای اکتیو یا پسیو

طراحی فیلترهای مرتبه بالا (تا مرتبه 21)

تبدیل سیگنال تفکیک شده هر مؤلفه به موج DC

پس از این که هفت مؤلفه فرکانسی صوت توسط هفت فیلتر میان گذر طراحی شده استخراج گردید، این مولفه‌ها باید پیش از اعمال به بخش مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) میکروکنترلر، توسط مداری به یک موج dc متناسب با دامنه هر مؤلفه تبدیل شود. مداری که می‌تواند این کار را انجام دهد، یک مدار آشکارساز پیک موج (Peak Detector) می‌باشد.

دانلود گزارش پایانی درس پروژه ساخت کنترل اکولایزری و استخراج مؤلفه های فرکانسی

منبع:  میکرودیزاینرالکترونیک