构建由计算机控制的音乐圣诞灯显示是一个有趣而有意义的项目！它涉及硬件，软件和大量的创造力。这是这些步骤的细分：
1。计划与设计：
* 音乐选择： 选择您要使用的歌曲。音乐的节奏和结构将决定您如何编程灯光。简单的歌曲最适合初学者。
* 灯：
* 类型： 考虑LED带灯（WS2812B，由于个人通讯性，LED弦乐灯或传统的白炽灯泡非常受欢迎。 LED通常是其效率，颜色选择和可控亮度的首选。
* 数量： 根据显示区域和所需效果确定您需要多少灯。
* 电压： 选择电压并始终如一地坚持下去。常见选项是5V，12V和24V LED。电压会影响您的电源和控制器。
* 效果： 集思广益，您想实现的照明效果。 示例：
* 褪色： 开/关之间平稳过渡。
* 追逐： 依次在一条线上照亮灯。
* twinkles： 随机开/关。
* 颜色更改： 同步的颜色随音乐的变化。
* 基于频率的效果： 对音乐中不同频率响应的照明元素（例如贝斯，人声）。
* 物理布局： 勾勒出显示屏的设计。灯在哪里放置？它们将如何连接？考虑易于安装，防风雨和维护可及性。
* 电源： 计算灯光的总功耗。 您需要一个可以使用一些空间来处理负载的电源（建议额外容量20-30％）。 *至关重要的是，始终在安全方面犯错。 如有疑问，请咨询合格的电工。*
* 预算： 估计所有组件的成本。价格可能会有很大差异。
2。硬件组件：
* 微控制器： 这是您系统的“大脑”。流行选择：
* 覆盆子PI： 一台功能强大的单板计算机。 非常适合复杂的显示，较长的歌曲和网络连接。 需要更多的力量，并具有更陡峭的学习曲线。
* ESP32/ESP8266： 带有内置Wi-Fi的较小，更便宜的微控制器。 适合更简单的显示和遥控器。
* arduino： 经典的微控制器平台。对于音乐驱动的显示可能会更加复杂。
* LED控制器： 这将在微控制器和灯光之间接口。特定的控制器将取决于您使用的LED类型。 示例：
* WS2812B/Neopixel控制器： 专为单独寻址的LED设计。可以从单个数据引脚控制许多灯。
* 继电器板： 用于控制传统灯的标准功率（仅开/关）。需要更多的力量。
* 电源： 提供必要的电压和电流，以供电您的灯光和微控制器。
* 接线： 使用适当的量规接线进行电压和电流。需要更较厚的电线来进行较长的跑步和更高的电流。
* 连接器： 使用连接器，端子块或焊接进行可靠的连接。
* 外壳： 防风雨外壳，以保护您的电子设备免受元素的侵害。
* 音频输入（如果需要）：
* USB声卡（用于Raspberry Pi）： 如果不使用预处理数据，则需要分析音频。
* 麦克风（可选）： 用于对环境声音的反应（对同步的精确性较差）。
* SD卡（用于Raspberry Pi）： 存储操作系统，程序和音乐文件。
* 电阻（如果需要）： 保护数据线免受过电流的影响。咨询LED文档。
3。软件：
* 微控制器编程： 您需要编写代码以根据音乐控制灯。
* 语言：
* Python（用于Raspberry Pi）： 以其图书馆和易用性而受欢迎。
* C ++（对于Arduino和ESP32/ESP8266）： 效率更高，但需要更多的编程知识。
* 库：
* 尾巴（对于Arduino/ESP32）： 简化控制LED条。
* rpi_ws281x（用于覆盆子PI）： 专门设计用于控制WS2812B/Neopixel LED的库。
* Sounddevice（对于Raspberry Pi）： 用于捕获和处理音频。
* numpy（用于覆盆子PI）： 用于数值计算和信号处理。
* 音乐同步（测序）： 这是最耗时的部分。您需要将灯光“顺序”为音乐。 有几种方法：
* 手动测序： 听音乐，并手动创建一个事件的时间表（例如，“在1.2秒钟，打开所有红灯；在2.5秒时，追逐蓝色的灯”）。 这可以在电子表格中或使用专用的照明测序软件来完成。 耗时，但精确。
* 音频分析与自动化： 使用代码分析音频并根据频率，节拍和其他特征自动触发光效应。 这更复杂，但可以节省时间。诸如``libosa''（Python）之类的库可以提供帮助。 结果可能需要手动调整。
* 照明测序软件： 专为创建照明序列而设计的软件。 示例：
* Xlights（Windows）： 一个非常受欢迎且强大的免费选项。
* Light-O-Rama： 具有广泛功能的商业选项。
* 预制序列： 在线购买其他人为特定歌曲创建的序列。这样可以节省测序工作。
4。实施步骤：
1。设置您的开发环境： 安装必要的软件（Arduino IDE，Python，库）。
2。测试您的硬件： 将微控制器，LED控制器和LED连接到电源。编写一个简单的程序以打开灯光并验证它们是否正常工作。
3。开发您的测序代码： 编写基于您选择的音乐和测序方法控制灯的代码。
4。将代码上传到微控制器： 使用适当的软件将您的程序上传到微控制器。
5。测试和调试： 运行您的程序并用音乐测试照明序列。调试任何问题。
6。组装您的显示： 在最终位置安装灯，微控制器，电源和其他组件。确保所有接线都是安全和防风雨的。
7。测试您的整个显示： 运行完整的照明序列并进行任何必要的调整。
8。享受！
使用Raspberry Pi和WS2812B LED（Python）的示例：
``python
进口时间
进口板
导入Neopixel
进口波
导入结构
导入AudiOOP
LED配置
num_leds =300＃条带中的LED数
pixel_pin =board.d18＃gpio pin连接到LED数据线（通常18）
订单=neopixel.grb＃像素颜色顺序
像素=neopixel.neopixel（
pixel_pin，num_leds，亮度=0.2，auto_write =false，pixel_order =顺序
）
音频文件
wave_file =“ jingle_bells.wav”＃用音频文件替换
功能映射音频级别以降低亮度
def map_value（value，min_in，max_in，min_out，max_out）：
返回（value -min_in） *（max_out -min_out） /（max_in -min_in） + min_out
阅读音频数据
wf =wave.open（wave_file，'rb'）
num_channels =wf.getnchannels（）
sample_width =wf.getSampWidth（）
frame_rate =wf.getFramerate（）
num_frames =wf.getnframes（）
comp_type =wf.getComptype（）
comp_name =wf.getCompname（）
打印（“频道：”，num_channels）
打印（“样本宽度：”，sample_width）
打印（“帧速率：”，frame_rate）
打印（“帧数：”，num_frames）
打印（“压缩类型：”，comp_type）
打印（“压缩名称：”，comp_name）
chunk_duration =1.0 / frame_rate＃秒秒
num_samples_per_read =1024
data =wf.readframes（num_samples_per_read）
主循环
而data！=b''：
＃解开波形数据
uncacked_wave =struct.unpack（“％dh”％（len（data）/2），数据）
＃计算RMS声音级别
rms =audioop.rms（数据，2）
＃MAP RMS值为LED亮度
亮度=int（map_value（RMS，0，2000，0，255））
＃根据亮度将所有LED设置为相同的颜色
颜色=（亮度，0，0）＃红色
Pixels.fill（颜色）
pixels.show（）
＃阅读下一个块
data =wf.readframes（num_samples_per_read）
＃暂停很短的时间来控制显示速度
time.sleep（chunk_duration*num_samples_per_read）
关闭波浪文件
wf.close（）
打印（“完成”）
````````
重要考虑因素：
* 安全： 小心用电工作。 使用适当的安全设备，如果您不舒服，请咨询电工。 高压AC是致命的。如果没有适当的知识和安全预防措施，切勿使用交流电源。
* 防风雨： 保护您的电子设备免受元素的侵害。使用防风雨围栏，连接器和涂料。
* 法律问题： 注意噪音水平和对邻居的潜在干扰。检查有关室外照明的当地法令。
* 持久性： 这是一个复杂的项目。如果您遇到问题，不要灰心。 有许多在线资源和社区可以提供帮助。
该详细的指南应该使您开始构建自己的计算机控制的音乐圣诞灯显示。记住要开始小，经常测试并玩得开心！祝你好运！
