开源地址：https://github.com/xieyan0811/musiclight

音乐律动皮影小人

Arduino 音乐律动灯项目，通过 FFT 音频分析实现 RGB 灯带随音乐节拍变化，并联动电磁铁控制皮影小人按节奏跳舞。

1 功能特点

  • 音频信号采集与 FFT 频谱分析
  • 自动节拍检测
  • RGB 灯带颜色动态变化（低频→白色，中频→黄色，高频→粉色）
  • 噪声过滤与信号增强
  • 频率联动电磁铁控制：根据音乐频段动态驱动电磁铁，控制皮影小人按节奏跳舞
    • 高频：同时驱动头部和手部电磁铁
    • 低频：主要驱动手部电磁铁
    • 中频：同时驱动头部和手部电磁铁

2 硬件要求

  • Arduino 开发板（如 Arduino Uno）
  • 麦克风模块（连接到 A0 引脚）
  • WS2812B RGB 灯带（10 个灯珠，连接到 9 号引脚）
  • 电磁铁 × 2（分别连接到 10 号和 11 号 PWM 引脚，6 节电池独立供电）
  • 皮影小人（包含可移动的头部和手部，由电磁铁驱动）

3 电路连接

组件 Arduino 引脚 说明
麦克风 A0 音频输入
RGB 灯带 Pin 9 数据信号
电磁铁 1（头部） Pin 10 PWM 输出，控制头部运动
电磁铁 2（手部） Pin 11 PWM 输出，控制手部运动
电池 GND/VCC 6 节电池组（单独为电磁铁供电）

4 依赖库

5 使用方法

  1. 在 Arduino IDE 中安装所需依赖库
  2. 连接硬件：
    • 麦克风 → A0
    • RGB 灯带 → Pin 9
    • 电磁铁 1 → Pin 10（头部，6 节电池独立供电）
    • 电磁铁 2 → Pin 11（手部，6 节电池独立供电）
  3. 上传代码到 Arduino 开发板
  4. 播放音乐，灯带将随节拍闪烁变色，皮影小人将按节奏跳舞

6 工作原理

6.1 频域分析（频率 → 颜色）

  • 低频（62-500Hz）：鼓、贝斯 → 白色灯光 + 手部运动
  • 中频（560-1250Hz）：人声、吉他 → 黄色灯光 + 头手联动
  • 高频（1310-1940Hz）：女声、镲片 → 粉色灯光 + 头手联动

6.2 时域分析（节拍 → 触发）

通过检测音频信号的峰值 - 谷值差（Peak-to-Peak），识别音乐节拍。当检测到节拍时：

  1. 灯光效果：点亮 RGB 灯带（持续 150ms）
  2. 电磁铁驱动：根据当前频段启动对应的电磁铁（持续 200ms）
  3. 冷却机制：两次启动间隔至少 500ms，避免过频驱动

7 参数调整

可根据实际效果调整以下参数（在代码中）：

参数 默认值 说明
beatThreshold 80 节拍检测灵敏度，值越小越灵敏
minBeatInterval 300ms 两次节拍的最小间隔
lightDuration 150ms 灯光持续时间
magnetDuration 200ms 电磁铁启动时长
magnetCooldown 500ms 电磁铁冷却间隔
magnetPower 200 电磁铁功率（0-255）

8 后记与改进方向

8.1 效果评价

作为学校科技节作品，该项目成功实现了 RGB 灯带与皮影小人的音乐同步表演。灯光的亮度和节拍同步效果令人满意，色彩搭配与音乐节奏的对应关系也很好。

8.2 存在的问题

电磁铁的吸附范围有限（有效吸附距离仅为 0.5-1cm），即使配合杠杆原理，小人的动作幅度仍然较小，难以实现更富有表现力的舞蹈动作。

8.3 改进方案

计划采用直流电机 + 曲柄摇杆机构替代电磁铁方案：

  • 直流电机提供持续的旋转动力，相比电磁铁的脉冲吸附更加灵活
  • 曲柄摇杆机构能将旋转运动转换为较大幅度的往复直线运动
  • 可实现更加逼真、流畅的舞蹈效果