BeagleBone LED音頻光譜儀

描述

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

我們設法獲得音頻輸入并在主機上進行頻域分析。然后主機將像素數據發送到使用獵鷹播放器控制 LED 矩陣并創建音頻頻譜儀的袖珍比格犬。

在以下位置查看正在運行的項目：

另請查看我們的維基百科項目頁面：https ://elinux.org/ECE434_Project_-_LED_Matrix

第一步：硬件設置

我們很幸運在收到 LED 面板時收到了已經放在一起的 LED 面板。要連接 LED 面板，請對齊面板背面的箭頭，使它們都朝向相同的方向，然后將每個面板水平連接到與其相鄰的面板。最后兩個面板將連接到 PocketBealge 的 PocketScroller Cape。PocketBeagle 直接連接到 PocketScroller Cape。

第二步：安裝

轉到https://github.com/grinstba/LEDMatrix并將存儲庫克隆到您的計算機

轉到https://falcon-player.gitbooks.io/falcon-player-manual/content/chapter_three_installation/downloading_the_falcon_player.html并按照說明下載最新的 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，我們沒有在 eMMC 上運行獵鷹播放器。

安裝 falcon 播放器后，啟動您的 Beagle Bone 并使用以下憑據 ssh 進入它：

• 用戶名：fpp
• 密碼：獵鷹

默認情況下，我們正在運行的圖像不允許 root 登錄。您將需要根登錄才能在 Beagle Bone 上訪問互聯網。為了設置互聯網訪問，首先使用上面列出的默認用戶名和密碼 ssh 進入 Beagle Bone。下面的root訪問說明修改自https://elinux.org/EBC_Exercise_02_Out-of-the-Box, _Bone

然后在 Beagle Bone 上運行以下命令

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 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

現在在主機上打開另一個窗口并輸入：

host$ ssh-copy-id root@bone

并輸入根密碼。測試它：

host$ ssh root@bone

您應該無需密碼即可連接。現在回到 Bone 并關閉 root 密碼訪問。

root@bone# nano /etc/ssh/sshd_config

恢復線路：

#PermitRootLogin prohibit-password

并重新啟動 sshd。

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

現在，在您的主機上運行以下命令來獲取網絡信息：

host# ip -a

對于我們來說，在 WiFi 網絡上以下列方式運行ipMaskquerade.sh腳本：并重新啟動 sshd。

host# ./ipMaskquerade.sh ens33

然后運行firstssh.sh腳本

host# ./firstssh.sh

連接到互聯網后，繼續將我們的 GitHub 項目從https://github.com/grinstba/LEDMatrix克隆到 pocket beagle 上。

克隆項目后，運行install.sh腳本以安裝項目運行所需的包。

第二步：用戶說明

以下許多圖片和說明來自 Mark A. Yoder 的文檔，可在此處找到

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

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 USB 電纜將其連接到主機。瀏覽器訪問https://192.168.7.2 ，您將看到如下所示的 falcon 播放器控制面板。

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

您可以使用控制面板中的設置來設置 LED 矩陣的方向。首先將狀態頁面上的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，導航到“輸入/輸出設置”選項卡并單擊“通道輸入”。將 96 個輸入通道配置為具有 384 的宇宙大小，如下圖所示。

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

在同一個輸入/輸出設置選項卡中，單擊“通道輸出”。將 96 個輸出通道配置為具有 384 的宇宙大小，如下圖所示。

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

接下來，在“輸入/輸出設置”選項卡下，導航到“LED 面板”。您可以在此處設置輸出宇宙在物理 LED 面板上的表示方式。將面板布局設置為 2X3，將單個面板大小設置為 64X32 1/16 掃描，將面板伽瑪設置為 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小方塊燈都有 3 個通道；紅色通道、綠色通道和藍色通道。這意味著每個面板總共有 64X32X3 = 6144 個通道。因為我們有 6 個面板，所以我們總共有 6144X6 = 36864 個通道。將接線引出線設置為 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，每個物理輸出有兩個物理輸出編號和 3 個面板編號。“前視圖”的左列應設置為每一行的 O-1，隨著從上到下，P 從 1-3 增加。“前視圖”的左欄應設置為 O-2，從上到下，P 從 1-3 增加。每行的箭頭應從右列指向左列。所有這些設置如下圖所示。輸入所有這些設置后，單擊保存，然后單擊屏幕頂部紅色框中的“重新啟動 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 上設置的方向相匹配。為了匹配這個設置，

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

以這種方式設置 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 LED 矩陣。此時，在 Falcon Player 中，您可以導航到 Status/Control 并單擊“Display Testing”選項卡。將結束通道設置為 36864，然后選中“啟用測試模式”復選框，如下所示。

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

此時，如果一切配置正確，LED 矩陣應點亮，如下所示。如果您選擇打開矩陣上每個通道的測試模式，電源可能無法跟上負載，矩陣可能會關閉。

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

單擊“啟用測試模式”復選框以停止測試顯示。您現在可以運行頻譜圖程序了。導航到 LEDMatrix git 存儲庫在本地驅動器上的克隆位置。然后運行 ??Spectrogram.py。

第三步：操作理論

下圖顯示了我們的項目如何工作的總體概述。揚聲器輸出的聲音由我們筆記本電腦的麥克風接收。然后處理該音頻信號以獲得其振幅與頻率的關系。然后，我們使用此信息來決定我們的 LED 燈條的高度，這些燈條會從主機傳送到 PocketBeagle。

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

仔細觀察我們的軟件，下圖分解了邏輯流程。首先，我們必須建立與運行在 PocketBeagle 上的 Falcon Player 的連接。然后我們為 LEDMatrix 設置音頻處理參數和宇宙大小。一旦這些設置完成，程序就會不斷地監聽音頻輸入，對音頻執行快速傅立葉變換，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，將這些振幅值轉換為 LED 通道信息宇宙，并將 LED 信息發送到 PocketBeagle。

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

為了更好地理解我們如何利用宇宙來控制矩陣，我們創建了下圖。我們選擇了 universe 大小，以便每個 universe 都是兩個完整的垂直 LED 列。這意味著從左到右總共有 96 個宇宙。我們的軟件從左側的宇宙 1 開始，在右側以宇宙 96 結束。我們將頻譜圖中的每個條指定為 3 個宇宙寬，或 6 列 LED 寬。因此，我們有可能在矩陣上有 26 個柱。為了使條形之間的分隔看起來更好更容易，我們只使用 21 個條形，并在每個條形之間留出一個空間，我們不向其寫入數據。由于宇宙從上到下環繞，每次計算振幅時，

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

結論：

最后，這個項目是一個有趣的挑戰，讓我們有機會測試我們的信號處理技能，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檢測歌曲的 BPM（每分鐘節拍數），并將條形顏色或其他模式更新為音樂的確切 BPM，而不是僅更新頻率范圍的振幅。