【Follow me第二季第4期】RGB LED显示PDM麦克风收音大小

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【Follow me第二季第4期】RGB LED显示PDM麦克风收音大小 [复制链接]

# 【Follow me第二季第4期】 通过RGB LED不同颜色、亮度显示PDM麦克风收到的声音大小

## 通过RGB LED显示声音大小

话不多说，我们直接上代码。

### 程序代码

```cpp
#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include <WiFiNINA.h>
#include <Arduino_LSM6DSOX.h>
#include <PDM.h>

/*
1.Blink三色LED / 串口打印Hello DigiKey & EEWorld！
2.调试IMU传感器，通过串口打印六轴原始数据
3.调试PDM麦克风，通过串口打印收音数据和音频波形。
*/

static const char channels = 1;  // 麦克风通道数
static const int sampleRate = 16000;  // 音频采样率
short sampleBuffer[512];  // 音频缓冲区
volatile int samplesRead = 0;  // 音频采样数

int minSoundThreshold = 100;  // 动态最小声音检测阈值

#define SMOOTHING_FACTOR 0.9  // 平滑因子

float smoothedSample = 0;  // 平滑后的采样值

void onPDMData() {  // PDM麦克风数据回调函数
  int numSamples = PDM.available(); // 获取可用采样数
  if (numSamples > 0) {
    PDM.read(sampleBuffer, numSamples);
    samplesRead = numSamples / 2; // 16位采样，每个采样占2字节
  }
}

void setup() {
  // 初始化串口
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial);  // 等待串口连接

// 初始化LED引脚
  pinMode(LEDR, OUTPUT);
  pinMode(LEDG, OUTPUT);
  pinMode(LEDB, OUTPUT);

// 打印欢迎信息
  Serial.println("Hello DigiKey & EEWorld！");

// 初始化IMU传感器
  if (!IMU.begin()) {
    Serial.println("Failed to initialize IMU!");
    while (1);
  }

// 初始化PDM麦克风
  PDM.onReceive(onPDMData);
  if (!PDM.begin(channels, sampleRate)) {
    Serial.println("Failed to initialize PDM!");
    while (1);
  }

// 初始化LED_Buildin引脚
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void blinkLEDs() {  // 闪烁三色LED
  digitalWrite(LEDR, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(LEDR, LOW);
  digitalWrite(LEDG, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(LEDG, LOW);
  digitalWrite(LEDB, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(LEDB, LOW);
}

void printIMUData() {  // 读取IMU传感器数据，共有6个轴
  float x, y, z, x_g, y_g, z_g;
  if (IMU.accelerationAvailable()) {
    IMU.readAcceleration(x, y, z);  // 读取加速度数据
    IMU.readGyroscope(x_g, y_g, z_g);  // 读取陀螺仪数据
    Serial.print("Acceleration X: ");
    Serial.print(x);
    Serial.print(", Y: ");
    Serial.print(y);
    Serial.print(", Z: ");
    Serial.println(z);
    Serial.print("Gyroscope X: ");
    Serial.print(x_g);
    Serial.print(", Y: ");
    Serial.print(y_g);
    Serial.print(", Z: ");
    Serial.println(z_g);
  }
}

void printPDMData() {  // 读取PDM麦克风数据
  for (int i = 0; i < samplesRead; i++) {
    Serial.println(sampleBuffer<i>);
  }
}

void displaySoundLevelWithAnimation() {
  int maxSample = 0;
  for (int i = 0; i < samplesRead; i++) {
    maxSample = max(maxSample, abs(sampleBuffer<i>));
  }

// 平滑处理
  smoothedSample = SMOOTHING_FACTOR * smoothedSample + (1 - SMOOTHING_FACTOR) * maxSample;
  int targetBrightness = (smoothedSample > minSoundThreshold) ? map(smoothedSample, minSoundThreshold, 32767, 0, 255) : 0;
  static int currentBrightness = 0;

Serial.print("maxSample: ");
  Serial.print(maxSample);
  Serial.print(" smoothedSample: ");
  Serial.print(smoothedSample);
  Serial.print(" minSoundThreshold: ");
  Serial.print(minSoundThreshold);
  Serial.print(" targetBrightness: ");
  Serial.print(targetBrightness);
  Serial.print(" currentBrightness: ");
  Serial.println(currentBrightness);

// 渐变动画
  int step = 1;  // 增加变化步长，降低灵敏度
  if (currentBrightness < targetBrightness) {
    currentBrightness = min(currentBrightness + step, targetBrightness);
  } else if (currentBrightness > targetBrightness) {
    currentBrightness = max(currentBrightness - step, targetBrightness);
  }

// 根据亮度值设置RGB LED颜色
  int brightness = 255 - currentBrightness;
  analogWrite(LEDR, brightness);
  analogWrite(LEDG, brightness);
  analogWrite(LEDB, brightness);

// 根据音量大小点亮LED_Builtin
  digitalWrite(LED_BUILTIN, smoothedSample > 2000 ? HIGH : LOW);
}

void loop() {
  // 闪烁三色LED
  // blinkLEDs();

// 读取IMU传感器数据
  // printIMUData();

// 显示声音大小并添加动画
  displaySoundLevelWithAnimation();

// 读取PDM麦克风数据
  // if (samplesRead) {
  //   printPDMData();
  //   samplesRead = 0;
  // }
  // delay(500);
}

```

### 程序说明

在上一个任务的基础上，我们添加了显示声音大小并添加动画的功能。
1. **初始化部分**：
   - 初始化串口通信，设置波特率为115200。
   - 初始化LED引脚，包括三色LED和板载LED。
   - 初始化IMU传感器和PDM麦克风。

2. **PDM麦克风数据回调函数**：
   - `onPDMData`函数用于处理PDM麦克风的数据，将采集到的数据存储在缓冲区中。

3. **显示声音大小并添加动画**：
   - `displaySoundLevelWithAnimation`函数用于根据麦克风采集到的音频数据，计算声音的大小，并通过RGB LED和板载LED显示出来。
   - 使用平滑因子对采样值进行平滑处理，避免数据波动过大。
   - 根据平滑后的采样值，计算目标亮度，并通过渐变动画的方式调整当前亮度。
   - 根据亮度值设置RGB LED的颜色，并根据音量大小点亮板载LED。

4. **主循环**：
   - 在主循环中调用`displaySoundLevelWithAnimation`函数，不断更新LED的显示效果。

#### 效果展示

## 任务进度

- [x] 搭建环境并开启第一步Blink三色LED / 串口打印Hello DigiKey & EEWorld！
- [x] 学习IMU基础知识，调试IMU传感器，通过串口打印六轴原始数据。
- [x] 学习PDM麦克风技术知识，调试PDM麦克风，通过串口打印收音数据和音频波形。
- [x] 通过RGB LED不同颜色、亮度显示PDM麦克风收到的声音大小。
- [ ] 通过IMU数据结合机器学习算法，识别运动状态，并通过串口打印。（选做）