描述

我們的項(xiàng)目涉及連接六個(gè) LED 矩陣和音頻輸入。目標(biāo)是獲取音頻輸入，執(zhí)行頻域分析，然后將頻譜顯示在作為光譜儀的 LED 矩陣上。

我們?cè)O(shè)法獲得音頻輸入并在主機(jī)上進(jìn)行頻域分析。然后主機(jī)將像素?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到使用獵鷹播放器控制 LED 矩陣并創(chuàng)建音頻頻譜儀的袖珍比格犬。

在以下位置查看正在運(yùn)行的項(xiàng)目：

另請(qǐng)查看我們的維基百科項(xiàng)目頁(yè)面：https ://elinux.org/ECE434_Project_-_LED_Matrix

第一步：硬件設(shè)置

我們很幸運(yùn)在收到 LED 面板時(shí)收到了已經(jīng)放在一起的 LED 面板。要連接 LED 面板，請(qǐng)對(duì)齊面板背面的箭頭，使它們都朝向相同的方向，然后將每個(gè)面板水平連接到與其相鄰的面板。最后兩個(gè)面板將連接到 PocketBealge 的 PocketScroller Cape。PocketBeagle 直接連接到 PocketScroller Cape。

第二步：安裝

轉(zhuǎn)到https://github.com/grinstba/LEDMatrix并將存儲(chǔ)庫(kù)克隆到您的計(jì)算機(jī)

轉(zhuǎn)到https://falcon-player.gitbooks.io/falcon-player-manual/content/chapter_three_installation/downloading_the_falcon_player.html并按照說(shuō)明下載最新的 falcon 播放器映像，然后將其閃存到您的一張 SD 卡中。確保下載 Beagle Bone 映像而不是 Raspberry Pi 映像。此外，我們沒(méi)有在 eMMC 上運(yùn)行獵鷹播放器。

安裝 falcon 播放器后，啟動(dòng)您的 Beagle Bone 并使用以下憑據(jù) ssh 進(jìn)入它：

• 用戶名：fpp
• 密碼：獵鷹

默認(rèn)情況下，我們正在運(yùn)行的圖像不允許 root 登錄。您將需要根登錄才能在 Beagle Bone 上訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。為了設(shè)置互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)，首先使用上面列出的默認(rèn)用戶名和密碼 ssh 進(jìn)入 Beagle Bone。下面的root訪問(wèn)說(shuō)明修改自https://elinux.org/EBC_Exercise_02_Out-of-the-Box, _Bone

然后在 Beagle Bone 上運(yùn)行以下命令

bone$ sudo bash
root@bone# nano /etc/ssh/sshd_config

搜索行

#PermitRootLogin prohibit-password

并將其更改為

PermitRootLogin yes

保存文件并退出編輯器。重新啟動(dòng) ssh 以便它重新讀取文件。

root@bone# systemctl restart sshd

并為 root 分配密碼。

root@bone# passwd

現(xiàn)在在主機(jī)上打開(kāi)另一個(gè)窗口并輸入：

host$ ssh-copy-id root@bone

并輸入根密碼。測(cè)試它：

host$ ssh root@bone

您應(yīng)該無(wú)需密碼即可連接。現(xiàn)在回到 Bone 并關(guān)閉 root 密碼訪問(wèn)。

root@bone# nano /etc/ssh/sshd_config

恢復(fù)線路：

#PermitRootLogin prohibit-password

并重新啟動(dòng) sshd。

root@bone# systemctl restart sshd
root@bone# exit
bone$ exit

現(xiàn)在，在您的主機(jī)上運(yùn)行以下命令來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)信息：

host# ip -a

對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，在 WiFi 網(wǎng)絡(luò)上以下列方式運(yùn)行ipMaskquerade.sh腳本：并重新啟動(dòng) sshd。

host# ./ipMaskquerade.sh ens33

然后運(yùn)行firstssh.sh腳本

host# ./firstssh.sh

連接到互聯(lián)網(wǎng)后，繼續(xù)將我們的 GitHub 項(xiàng)目從https://github.com/grinstba/LEDMatrix克隆到 pocket beagle 上。

克隆項(xiàng)目后，運(yùn)行install.sh腳本以安裝項(xiàng)目運(yùn)行所需的包。

第二步：用戶說(shuō)明

以下許多圖片和說(shuō)明來(lái)自 Mark A. Yoder 的文檔，可在此處找到

為了點(diǎn)亮整個(gè) 32x64 LED 面板白色（紅色、綠色和藍(lán)色全部亮起），您至少需要一個(gè) 5V 4A 電源。每個(gè)面板都有一個(gè)電源連接和一個(gè)數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出連接。數(shù)據(jù)輸入連接控制面板的操作方式，數(shù)據(jù)輸出連接允許您將面板菊花鏈在一起以創(chuàng)建大型顯示。下圖顯示了連接。

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https://markayoder.github.io/PRUCookbook/01case/case.html#case_rgb_matrix

一旦 falcon 播放器映像已閃存到 SD 卡，將 SD 卡插入 Beagle Bone 并通過(guò) USB 電纜將其連接到主機(jī)。瀏覽器訪問(wèn)https://192.168.7.2 ，您將看到如下所示的 falcon 播放器控制面板。

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https://markayoder.github.io/PRUCookbook/01case/case.html#case_rgb_matrix

您可以使用控制面板中的設(shè)置來(lái)設(shè)置 LED 矩陣的方向。首先將狀態(tài)頁(yè)面上的FPPD模式切換為橋接，如下圖所示。

https://github.com/grinstba/LEDMatrix /blob/master/Setup/StatusPageBridgeSetup.PNG

然后，導(dǎo)航到“輸入/輸出設(shè)置”選項(xiàng)卡并單擊“通道輸入”。將 96 個(gè)輸入通道配置為具有 384 的宇宙大小，如下圖所示。

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https://github.com/grinstba/LEDMatrix /blob/master/Setup/UniverseSetupInputChannels.PNG

在同一個(gè)輸入/輸出設(shè)置選項(xiàng)卡中，單擊“通道輸出”。將 96 個(gè)輸出通道配置為具有 384 的宇宙大小，如下圖所示。

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https://github.com/grinstba/LEDMatrix /blob/master/Setup/UniverseSetupOutputChannels.PNG

接下來(lái)，在“輸入/輸出設(shè)置”選項(xiàng)卡下，導(dǎo)航到“LED 面板”。您可以在此處設(shè)置輸出宇宙在物理 LED 面板上的表示方式。將面板布局設(shè)置為 2X3，將單個(gè)面板大小設(shè)置為 64X32 1/16 掃描，將面板伽瑪設(shè)置為 2.2。您可以選擇您想要的亮度。顏色深度是 8 位，連接是 Hat/Cap/Cape。LED 面板的顏色布局為 RGB，這意味著面板上的每個(gè)小方塊燈都有 3 個(gè)通道；紅色通道、綠色通道和藍(lán)色通道。這意味著每個(gè)面板總共有 64X32X3 = 6144 個(gè)通道。因?yàn)槲覀冇?6 個(gè)面板，所以我們總共有 6144X6 = 36864 個(gè)通道。將接線引出線設(shè)置為 PocketScroller。查看 LED 面板布局部分，留下“從前面查看配置？” 檢查。由于面板布局為 2X3，每個(gè)物理輸出有兩個(gè)物理輸出編號(hào)和 3 個(gè)面板編號(hào)。“前視圖”的左列應(yīng)設(shè)置為每一行的 O-1，隨著從上到下，P 從 1-3 增加。“前視圖”的左欄應(yīng)設(shè)置為 O-2，從上到下，P 從 1-3 增加。每行的箭頭應(yīng)從右列指向左列。所有這些設(shè)置如下圖所示。輸入所有這些設(shè)置后，單擊保存，然后單擊屏幕頂部紅色框中的“重新啟動(dòng) FPPD”。查看物理 LED 矩陣背面顯示的箭頭，以確定放置它的方式，使其配置與您剛剛在 Falcon Player 上設(shè)置的方向相匹配。為了匹配這個(gè)設(shè)置，

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https://github.com/grinstba/LEDMatrix /blob/master/Setup/LEDPanelSetup.PNG

以這種方式設(shè)置 LED 矩陣后，底部帶狀電纜將連接到 J1，頂部帶狀電纜將連接到 PocketScroller 上的 J2。啟動(dòng) LED 矩陣。此時(shí)，在 Falcon Player 中，您可以導(dǎo)航到 Status/Control 并單擊“Display Testing”選項(xiàng)卡。將結(jié)束通道設(shè)置為 36864，然后選中“啟用測(cè)試模式”復(fù)選框，如下所示。

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https://github.com/grinstba/LEDMatrix /blob/master/Setup/DisplayTesting.PNG

此時(shí)，如果一切配置正確，LED 矩陣應(yīng)點(diǎn)亮，如下所示。如果您選擇打開(kāi)矩陣上每個(gè)通道的測(cè)試模式，電源可能無(wú)法跟上負(fù)載，矩陣可能會(huì)關(guān)閉。

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https://github.com/grinstba/LEDMatrix /blob/master/Setup/DisplayTestingPhysicalMatrix.jpg

單擊“啟用測(cè)試模式”復(fù)選框以停止測(cè)試顯示。您現(xiàn)在可以運(yùn)行頻譜圖程序了。導(dǎo)航到 LEDMatrix git 存儲(chǔ)庫(kù)在本地驅(qū)動(dòng)器上的克隆位置。然后運(yùn)行 ??Spectrogram.py。

第三步：操作理論

下圖顯示了我們的項(xiàng)目如何工作的總體概述。揚(yáng)聲器輸出的聲音由我們筆記本電腦的麥克風(fēng)接收。然后處理該音頻信號(hào)以獲得其振幅與頻率的關(guān)系。然后，我們使用此信息來(lái)決定我們的 LED 燈條的高度，這些燈條會(huì)從主機(jī)傳送到 PocketBeagle。

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https://github.com/grinstba/LEDMatrix /blob/master/Setup/Operation%20Overview.jpg

仔細(xì)觀察我們的軟件，下圖分解了邏輯流程。首先，我們必須建立與運(yùn)行在 PocketBeagle 上的 Falcon Player 的連接。然后我們?yōu)?LEDMatrix 設(shè)置音頻處理參數(shù)和宇宙大小。一旦這些設(shè)置完成，程序就會(huì)不斷地監(jiān)聽(tīng)音頻輸入，對(duì)音頻執(zhí)行快速傅立葉變換，為我們提供振幅與頻率信息，將這些值劃分到我們指定的范圍內(nèi)，將這些振幅值轉(zhuǎn)換為 LED 通道信息宇宙，并將 LED 信息發(fā)送到 PocketBeagle。

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https://github.com/grinstba/LEDMatrix /blob/master/Setup/Software%20Operation.jpg

為了更好地理解我們?nèi)绾卫糜钪鎭?lái)控制矩陣，我們創(chuàng)建了下圖。我們選擇了 universe 大小，以便每個(gè) universe 都是兩個(gè)完整的垂直 LED 列。這意味著從左到右總共有 96 個(gè)宇宙。我們的軟件從左側(cè)的宇宙 1 開(kāi)始，在右側(cè)以宇宙 96 結(jié)束。我們將頻譜圖中的每個(gè)條指定為 3 個(gè)宇宙寬，或 6 列 LED 寬。因此，我們有可能在矩陣上有 26 個(gè)柱。為了使條形之間的分隔看起來(lái)更好更容易，我們只使用 21 個(gè)條形，并在每個(gè)條形之間留出一個(gè)空間，我們不向其寫入數(shù)據(jù)。由于宇宙從上到下環(huán)繞，每次計(jì)算振幅時(shí)，

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https://github.com/grinstba/LEDMatrix /blob/master/Setup/Panel%20Theory.jpg

結(jié)論：

最后，這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)，讓我們有機(jī)會(huì)測(cè)試我們的信號(hào)處理技能，并了解如何配置、控制和可靠地更新 LED 矩陣。一些有趣的潛在添加可能包括使用音頻信號(hào)檢測(cè)歌曲的 BPM（每分鐘節(jié)拍數(shù)），并將條形顏色或其他模式更新為音樂(lè)的確切 BPM，而不是僅更新頻率范圍的振幅。