WS20-Mi-Lichtorgel-471 – Eine weitere Projektlabor Projektwebseiten Website

Projektbeschreibung:

Lichtorgel ist eine Anzeige mithilfe von Licht, in unserem fall LED’s, welche auf einem angeschlossenem Audio – Signal basiert. Dazu musste man Zunachst klaren was wir mit dem Licht darstellen wollen, ob Lautstarke bestimmte Frequenzen oder die Leistung des Signals. Dabei entschieden wir uns fur eine Darstellung des Signals geordnet nach Frequenzbereichen, somit soll die Lichtorgel zeigen wann die Musik hauptsachlich „tiefe“, „mittlere“ und „hohe“ Frequenzen beinhaltet. Jedoch wollen wir auch anzeigen lassen wie stark beziehungsweise laut die einzelnen Frequenzbereiche vertreten sind. Deshalb haben wir jedem Frequenzbereich 3 LED’s zugeordnet, wobei bei starkerer Intensitat eines Bereichs, statt 1 LED dann 2 oder 3 leuchten.

Auderdem wollten wir dem Benutzer der Lichtorgel auch etwas Spielraum zur Einstellung lassen, weshalb wir einen Lautstarkeregler in Form eines Potentiometers eingebaut haben und einen Audioausgang hinzugefugt. Somit erhalt man mit unserer Lichtorgel ein Gerat welches ein Audiosignal erhalt und dieses nach bestimmten Frequenzbereichen mit LED’s darstellt, wahrend man die Intensitat des Signals am Gerat verstellen kann, was zum einen das Audio – Ausgangssignal in der Lautstärke verstellt und zum anderen Einfluss auf die LED – Anzeige hat.

Schnittstellen:

Die Lichtorgel besitzt außerlich nur 4 Schnittstellen, zum einen einen Audio Ein- und Ausgang in Form einer 3,5mm Klinken – Buchse. Die dritte Schnittstellen ist visuell in Form einer LED – Anzeige und die vierte ist ein Drehregler zur Regelung der Lautstärke.

Innherhalb des Gerätes gibt es weitere Scnittstellen, wie den Bus-Stecker welcher von der Spannungsversorgungsplatine ausgeht, welche ebenfalls eine Schnittstelle mit einer Stromquelle in Form von Batterien hat. Dieser Bus – Stecker wird auf jede Platine der einzelnen Untergruppen, alsoVerstärkter, Frequenzfilter und Schmittrigger geführt, wobei die einzelnen Platinien der Untergruppen auch Gemeinsame Schnittstellen haben welche man dem Blockschaltbild unter entnehmen kann.

Desweiteren sind die 3 äußeren Schnittstellen, Audio Ein- und Ausgang und Drehregler mit derVerstärker – Platine verbunden und die LED – Anzeige mit der Schmitttrigger – Platine.

Verstärker:

Da ein Audio – Signal eine recht geringe Spannung aufweißt muss diese Verstärkt werden um besser von dem Hochpass, Bandpas und Tiefpass gefiltert und anschließend von den Schmitttriggern erfasst zu werden. Zunächst wurde verschiede Audio-signale Spannungsbereich (maximal Werte von Upp,ein= 1,1V)experimentell bestimmt. Für die Verstärker wurde einen geeigneten Audio- OPV, den LM386 genommen. Je nach Belieben konnte man diesen mit einem bestimmten Gain, also einermaximalen Verstärkung betreieben. Da wir die Upp,ein nur in etwa verzehnfachen(Upp,aus=10V) wollten, genügte der Aufbau für ein Gain von 20.

1)LM386 Verschaltung für ein Gain von 20. 2)LTSpice Schaltung 3)LTSpice Simulation 4)Eagle Schematic 5)Eagle Board

Filter:

Es wurde 3 Filter ausgelegt , um das Audiosignal in 3 Signale, unterschiedliche Frequenzbereiche zu zerlegen.

Am Ausgang vom Tiefpass soll ein Signal ausgegeben werden , dass nur den Signalanteil mit entsprechenden Frequenzen f< 100Hz enthält. Der Bandpass soll nur die Signale mit Frequenzen zwischen 100Hz und 2 KHz ausgeben. Der Hochpass entsprechend so dämpfen, dass nur noch Frequenzen im Signal f > 2KHz enthalten sind.

1)Tiefpass Schaltung 2)Bandpass Schaltung 3)Hochpass Schaltung 4)Tiefpass Simulation 5)Bandpass Simulation 6)Hochpass Simulation 7)Filter Eagle Board Design

Für den Filterentwurf wurde einen aktiven Filter 2. Ordnung im Sallen-Key-Filterdesign ohne Überschwingen entschieden.

Schmitt-Trigger:

In diesem Abschnitt wird betrachtet, wie die stärke des gefilterten Audiosiganls dargestellt werden kann. Es wurde sich geeinigt für jedes gefilterte Signal 3 LED zu benutzen. Die drei LED sollen leuchten, je nachdem ob das Audio-Signal leise oder laut ist. Ist es laut sollen alle drei LED leuchten. Die LED stellen quasi eine Spannungsmessung dar, welche analog durch Komparatoren umsetzbar ist. Ein Komparator mit Hysterese kann benutzt werden, der sogenannte Schmitt-Trigger.

Der Komparator erhält ein Schaltfenster, in dem er ab einer Spannung schaltet,aber erst bei einer niedrigeren Spannung erst sich wieder deaktiviert. Dadurch wird ein konstanteres und klareres schalten der Ausgangsspannung erzeugt.

Spannungsversorgung:

Bauteile wie Verstärker(14V), Filter und Schmitttrigger (+9V und -9V) brauchen Versorgungsspannung. In diesem Projekt wurde 9V alkaline Batterie genommen. 14V Spannung ist erhalten, mit hilfe eine Step-up Spannungswandler(MC33063A) .

Solche Wandler nutzen Induktivität, Schalter und Kondensator um eine gewünschte konstante Spannung, unabhängig von der Last, zu schaffen.

Gehäuse:

Die einzelnen Platinen wurde auf eine zuvor angepasste und gelotete Platine gesteckt. Zwischen der Filter Platine und der Schmitt-Trigger-Platine gab es ein zusatzliches Kabel um die Signale weiterzuleiten. Lichtorgel außerhalb des Gehäuses und die fertige zusammengeschlossene Schaltung sind unten zu erkennen.