Творческий проект по технологии "Колонка со светомузыкой"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение – средняя общеобразовательная школа №6 г. Орла

Творческий проект по технологии

«Беспроводная Bluetooth колонка со светомузыкой на Arduino»

Работу выполнил:

ученик 11 класса

Перелыгин Антон

Руководитель проекта:

Настепанин Всеволод Борисович

учитель технологии ВКК

Актуальность темы проекта

Обоснование проблемы и формулировка темы проекта

Несомненно, для многих начинающих радиолюбителей интересно создать свою собственную цветомузыку! Еще в 80-х годах прошлого века на этом самодельном устройстве была помешана вся молодежь в независимости от знаний в области физики и электроники. Кто разбирался в электронике – придумывал, что-то новое, кто не разбирался – копировали уже существующие схемы. И было абсолютно не важно, как это работает, главное, что работает и радует глаз. Сегодня огромный ассортимент светомузыкальных устройств имеется в продаже, кому лень паять микросхемы и транзисторы – можно просто светомузыку купить! Я проявляю немалый интерес к созданию чего-то нового. Не так давно, я загорелся идеей сделать себе светомузыку.
Познания человечества в области электроники за последние десятилетия шагнули далеко вперед. Поэтому нашу цветомузыку мы будем делать из новомодного микроконтроллера Arduino и светодиодной ленты. Каждый светодиод будет реагировать на заданную частоту звука.

Общие цели и задачи

Цель проекта: Изготовить светомузыку

Задачи:

• найти и изучить литературу по данной теме;

• проработать план действий и схему изделия;

• выбрать подходящие компоненты для сборки;

• определить количество необходимого материала и приобрести его;

• изготовить изделие.

Для создания изделия требуются знания разделов:

-Основы проектирования;

-Радиотехника;

-Знания конструкторской и технологической документации;

-Организация рабочего места;

-Соблюдения техники безопасности на каждом этапе работы.

Обдумывая план работы, я составил схему, включающую необходимые факторы:

«Опорная схема размышления»

Выполненное изделие должно отвечать следующим требованиям: безопасное в использовании, оригинальное по исполнению, простое и надёжное в эксплуатации, экономически выгодное при изготовлении и экологически безопасное.

Анализ исторических прототипов и современных аналогов

Сбор информации по теме проекта.

Сверхъестественная связь и единство звука и цвета — идея такая же древняя, как идея "мира-музыки". И точно так же она встречается у разных народов на разных континентах.

В европейской мистике, например, жёлтый цвет соответствует ноте ми (а также зодиакальному знаку Льва и планете Меркурий). В китайской системе у-син ("пять элементов") тот же жёлтый цвет связан не с одной нотой, а с целой гаммой, которая называется "гун" (а ещё с планетой Сатурн, сладким вкусом и животным коровой). В Индии жёлтой будет нота ля (а ещё с этим цветом связан звук ржания лошади).

Людям казалось очевидным, что свет и звук должны быть каким-то образом связаны. Поэтому, когда наступила эпоха науки, эту связь начали искать научными методами. В XVII веке ученый-схоласт А. Кирхер писал в своей знаменитой работе "Musurgia universalis":

«Если бы во время концерта нам была дана способность видеть воздух, который в это время колеблется одновременно с действием различных голосов и инструментов, мы бы тогда с удивлением увидели в нем очень живые и красиво сгруппированные цвета.»

Впоследствии другой учёный-монах Луи-Бертран Кастель (1688–1757) решил воплотить мечту Кирхера о "визуализации музыки". Он опирался на аналогию между семью тонами гаммы и семью цветами спектра, отмеченную его современником, Исааком Ньютоном. Кастель считал возможным заменить глухим музыку соответствующим рядом цветов. Он размышлял и о возможности самостоятельной беззвучной музыки цвета. Кастель построил цветовой орган — который, увы, уцелел только на карикатуре.

Конец 19 - начало 20 века. Профессиональный художник, англичанин Александр Римингтон, задумав сочетать живопись и музыку, строит специальное устройство для извлечения цвета - цветовой орган. Закончил он его в 1893 году, а спустя два года дал первый концерт цветомузыки.

Орган представлял собой громоздкое сооружение, включавшее клавиатуру для управления цветом и панель с цветными фонарями, зажигавшимися от нажатия клавиш. Игра на цветовой клавиатуре напоминала исполнение на музыкальном инструменте. Цветной свет проецировался на экран, в качестве которого использовались холст, драпировки, вуаль, натянутые нити. Изобретатель полагал: спектр может быть разбит на пять октав по светлоте, что и нашло отражение в структуре цветовой клавиатуры.

Смешение красок на экране Римингтон получал с помощью трех основных цветов: красного, зеленого, синего. Он пытался вводить в цветокомпозицию формы, для чего ставил на пути проекционного луча обтюраторы (устройство, перекрывающее лучи света), шторки, трафареты. Цветовая партия исполнялась под аккомпанемент фортепьяно, органа и оркестра.

В наше время цветомузыкой называют электронное устройство для построения световых картин, формирования цветовых зрительных образов, сопоставленных с музыкальным сопровождением. Светомузыка как автоматические светомузыкальные устройства (АСМУ) — относится к декоративно-оформительскому искусству и предназначено для светового сопровождения музыкального произведения, она позволяет по-новому воспринимать музыку, и предназначена дополнить звуковое восприятие световыми эффектами. В АСМУ используются автоматические алгоритмы для преобразования музыки в световые эффекты. Светомузыка как программируемые синхронные автоматы (ПСА) — на настоящий момент, стала неотъемлемой составляющей во многих музыкальных проектах и шоу. В этих устройствах используется искусство и фантазию светорежиссёра (светоинженера) запрограммировать последовательность управления световыми приборами для придания зрелищности музыкальному произведению.

Светомузыки без музыки не существует. Светомузыка – это устройства (или светоинструменты), работающие по заданной программе и/или использующие определённые алгоритмы (возможен гибридный вариант) для синхронного сопровождения музыки. Все остальные световые устройства относятся к устройствам световых эффектов (светодинамические устройства (СДУ) — бегущие огни и пр.) — электронные устройства для реализации световых эффектов, не связанных (синхронных) напрямую с музыкальным сопровождением.

Также, имеются, как минимум, ещё два вида визуализации музыки (звука) это:

индикаторы звукового сигнала; анализаторы спектра звукового сигнала.

Анализ прототипов.

Наиболее часто цветомузыку вы можете увидеть на танцевальных площадках или спортивных аренах, в барах, кафе и других развлекательных заведениях. Сейчас небольшое световое шоу с музыкальным сопровождением можно устроить и дома. Многие люди для оформления вечеринок используют диско шары, прожекторы малой мощности или небольшие лазерные установки. Цветомузыкальное оборудование может быть 3-х видов:

• Ламповое

• Светодиодное

• Лазерное.

Их работа значительно изменит настроение любого мероприятия в лучшую сторону. В большинстве случаев устройства имеют несколько режимов работы, среди которых есть так называемый «режим звуковой активации» - это значит, что прибор будет воспроизводить заложенные в нем эффекты в такт музыке. На ряду с автоматическим режимом он является наиболее популярным для небольших вечеринок и мероприятий.

Цветомузыка имеет большую вариацию по мощности. В некоторых моделях используется комбинированный свет - мощная галогенная лампа и светодиоды. Такие приборы отличаются максимально широким функционалом и исключительными световыми возможностями. Минусом в этом случае является их дороговизна.

Рис.1 зеркальные шары 

Рис. 2 Стробоскоп (вращающая голова)

Рис. 3. Лазерный видеопроектор

Рис. 4. Светодиодная панель

Рис. 5. Настольная колонка с светомузыкой

Анализ возможных идей

Выбор оптимальной идеи

Сетка принятия решения по цветомузыке

Вывод: исходя из критериев оценки «Сетки принятия решения» оптимальным вариантом для меня становится настольная колонка с светомузыкой.

Окончательный вариант конструкции выбран с учетом моих познаний в области электроники, наличия инструментов, имеющихся в наличии материалов для изготовления.

Концепция проекта

Описание проектируемого материального объекта

Исследуя различные возможности и варианты, я решил, что корпус я выполню из липовых досок. Распилю в соответствии с другими компонентами. Кромку досок я сделаю под 45 градусов, чтобы их склеить. Украшение изделия я выполню в стиле геометрической резьбы. Сделаю отверстие под динамик, выключатель и разъём питания. В качестве проигрывателя и усилителя будет выступать плата от старой Bluetooth колонки. Чтобы анализировать звук, я написал специальную программу для Arduino, которая позволит это сделать. После анализа с микроконтроллера будет выходить уже логический сигнал, который будет подаваться на адресную светодиодную ленту. Её я намотаю и приклею на ПВХ трубу. В ней при помощи паяльника я прожгу отверстие для проводов, чтобы подключить светодиодную ленту. Всё изделие будет работать автономно от аккумулятора, который будет заряжаться от специальной платы с входом питания, отверстие для которого я предусмотрел. Все электронные компоненты и подключу по схеме. ПВХ трубу с светодиодной лентой я накрою банкой цилиндрической формы. Предварительно я сделал её матовой, что бы свет лучше рассеивался.

Выбор декора

Виды декора:

1. Роспись.

2. Аппликация.

3. Резьба.

Я выбираю такой вид декора как геометрическая резьба. Геометрическая резьба более проста по выполнению и придает изделию красивый внешний вид, а для работы с ней нужен всего лишь один резец-косяк.

В конечном итоге должно получиться рабочая беспроводная Bluetooth колонка со светомузыкой на Arduino, готовая к использованию.

Обоснование и подбор материалов

Для спайки и изоляции проводов я буду использовать: паяльник, флюс, припой, изоленту и термоусадочную трубку.

Для работы с деревянным корпусом мне понадобятся: дрель, стусло, свёрла, напильники, наждачная бумага, резаки, клеевой пистолет, клей.

Для того чтобы сделать верхнюю часть корпуса мне понадобится фанера и пластмассовая банка.

Электронная схема будет состоять из Arduino nano 3.0, динамика 3Вт, аккумулятора типа 18650, контролера заряда к нему, Bluetooth модуль с усилителем от старой колонки.

Экономическая и экологическая оценка будущего изделия.

Металлы, из которых состоит проигрыватель, являются техногенными веществами, нехарактерными для биосферы. Анализ показывает, что наиболее удачным стратегическим решением переработки компьютерного лома является производственный рециклинг

Рециклинг- это переработка полезного мусора и отходов производства для их вторичного использования или возврата в производственный оборот. Рециклинг также является важным условием рационального природопользования, так как уменьшает количество сырья, необходимого для производства – его частично или полностью заменяет переработанный мусор.

Рециклинг и утилизация отходов включают в себя:

• повторное применение отходов;

• изготовление из этого сырья новых предметов;

• расщепление отходов для выделения полезных компонентов и уничтожение прочих остатков мусора;

• получение энергии за счет сжигания мусора.

Схема подключения компонентов

Часть программного кода с основными параметрами

Описание изготовления изделия

Технологическая карта

Экономическая и экологическая оценка готового изделия

Для того чтобы оценить его целесообразность, мы должны рассчитать себестоимость изделия и сравнить её со стоимостью аналогичного промышленного экземпляра. Себестоимость изделия - это все затраты, понесённые при его изготовлении. В себестоимость могут входить стоимость использованных материалов, электроэнергии, коммунальные услуги, аренда помещения, амортизация оборудования, транспортные расходы, заработная плата, налоги и другие прямые и косвенные затраты понесённые при изготовлении изделия. Но школа является бесплатными образовательным учреждением.

Затраты на материалы

Данные на амортизацию

Они составили 300 рублей.

Стоимость электроэнергии

Стоимость 1квт/ч электроэнергии- 2 рубля. Время работы над проектом 10 часов. Из них работа в мастерской – 8 часов. Мощность освещения мастерской 880 ватт. Наша доля составляет 88 ватт в час. За 8 часов работы затраты составили 440 ватт или 0,88рубля.

Общая стоимость электроэнергии составила 0.88+2.7= 3рубля 58 копеек.

Заработная плата

Минимальная ставка -8000руб.

24 рабочих дня, 6-ти часовой рабочий день:

8000:24:6 =60 руб. в час

Время практической работы 5часов

60х10=600 руб.

Рассчитываем районный коэффициент: 600х0,7=420руб.

Заработная плата с учётом северных надбавок составила 265,63руб.

Так как изделие изготавливалось для себя то зарплату можно не учитывать

Налоги

Налоги составляют 13% от реальных доходов. С работ детей выполненных в муниципальных детских учреждениях налоги не взимаются.

Маркетинговые исследования показали: при подсчете затрат на изготовление беспроводной Bluetooth колонки со светомузыкой на Arduino, изготовить такое изделие самому выгоднее, чем купить, так как технология изготовления проста. В магазине не всегда подберёшь подходящее изделие, и цена намного больше.

Колонка с светомузыкой обошелся в 1063 рубля, 58 копеек это дешевле чем в магазине.

Колонка с светомузыкой имеет в своем составе черные, цветные, драгоценные и редкоземельные материалы, из которых выполняются: блоки и другие вспомогательные устройства (черные металлы); провода для соединений, печатные платы; рисунок печатных плат (цветные и драгоценные металлы); на печатных платах установлены электроэлементы, содержащие драгоценные металлы, такие как золото, серебро и платина; в запоминающих устройствах — галлий и гадолиний.

Учитывая короткий цикл эксплуатации электронной техники и накопление больших объемов электронного лома, возникает проблема экологической оценки и выбора технологии переработки компьютерной техники. В Германии и США создаются предприятия, на которых перерабатываются отходы электронной техники, извлекаются золото, серебро, медь и другие металлы и передаются предприятиям-изготовителям вычислительной техники. В стадии рассмотрения находятся вопросы экологически безопасного извлечения из отходов компьютерного лома свинца, ртути и кадмия.

В связи с этим, на повестке дня стоит задача разработки научно-обоснованной методики оценки затрат различных ресурсов на производство компьютерной техники и экологических последствий, в основе которых лежит «анализ жизненного цикла» компьютерной техники.

Металлы, из которых состоит блок питания, являются техногенными веществами, нехарактерными для биосферы. Анализ показывает, что наиболее удачным стратегическим решением переработки компьютерного лома является производственный рециклинг. На предприятиях с производственным рециклингом наряду со «свежими» и «отложенными» могут быть переработаны отходы, поставляемые с других предприятий. Такой подход исключает накопление отходов, а, следовательно, необходимость в больших территориях и сокращает постоянное выделение вредных веществ (ртуть, кадмий, свинец и др.) в окружающую среду.

В настоящее время сложилась устойчивая тенденция рециклирования отходов цветных металлов, которые составляют большой удельный вес в «компьютерном ломе». Одна треть мирового потребления алюминия и свинца приходится на долю отходов. Поэтому вполне естественно, что фирмы-изготовители ориентируются на использование отходов.

Выводы и анализ готового изделия

Творческий проект позволяет увидеть какую-либо проблему и найти варианты для его решения. Беспроводных колонок с светомузыкой множество на современном рынке товаров, и в основном они продаются в магазинах и на сайтах, не отличающиеся особой универсальностью. Функциональность весьма разнообразная, можно даже сказать, что в каждом специализированном магазине имеются различные проигрыватели и музыкальные центры. Но их дизайн оставляет желать лучшего. Особенно удивляет разброс цен на них. Хотя цена и зависит напрямую от деталей и всех функций, она все равно остается завышенной. В наших магазинах продаются музыкальные центры, сделанные разными фирмами и странами.

Изготовленная мною колонка с светомузыкой, соответствует задуманной идеи, конструкция, отличается небольшими затратами на приобретение материала для его выполнения. Цветомузыка выглядит эстетическим законченным изделием и может использоваться для подарка или сувенира. На мой взгляд, разработанное мною изделие получилось вполне удачным.

Процесс изготовления в целом прошел удачно. Если подвести итоги моей работы, то я доволен процессом разработки и изготовление своей работы.

Реклама изделия

Наши беспроводные колонки с светомузыкой помогут Вам прослушать любимую музыку и украсят комнату на музыкальном вечере