Ingeniería de Software y DSP
El firmware del SonicGauntlet es un sistema de Procesamiento Digital de Señales (DSP) en tiempo real. El objetivo es convertir la música en una visualización ordenada, operando en un bucle continuo (loop) de análisis y respuesta visual.
1. Arquitectura del Sistema y Secuencia de Inicio
El flujo de datos sigue una tubería estricta para asegurar que la visualización sea sincrónica. Al conectar la fuente de poder (simulando el cierre o abrochado de la prenda), el microcontrolador inicia su rutina de calibración y arranca la secuencia en loop.
Señal (ADC) → Pre-Procesamiento → Transformada (FFT) → Agrupación → Visualización
Muestreo y Aislamiento
- Aislamiento de Radiofrecuencia: Se desactiva el radio WiFi interno (
WiFi.mode(WIFI_OFF)) para evitar que sus transmisiones inyecten ruido parásito. - Frecuencia de Muestreo: 20,000 Hz, permitiendo analizar frecuencias de audio de hasta 10kHz (Teorema de Nyquist).
2. Filtros de Estabilización
La electrónica textil introduce variables complejas que el software compensa:
- Auto-Calibración: Al encenderse, el sistema mide el “silencio eléctrico” para calcular el centro matemático (Cero) exacto.
- Filtro Deadband: Recorta variaciones analógicas menores al umbral calibrado, eliminando el ruido de fondo.
- Debounce Analógico: Para que los LEDs despierten de su secuencia de espera, la energía debe superar el umbral durante al menos 2 ciclos, ignorando “chispazos” eléctricos pasajeros.
3. Transformada de Fourier (FFT) y Agrupación
La librería toma muestras limpias y las descompone en 32 “cubetas”, que luego se agrupan en 5 canales para los LEDs (Graves, Bajos, Medios, Voces, Agudos).
/*
* SONIC GAUNTLET - Firmware v4.9
* Hardware: ESP32-C3 Super Mini + MHM-28
* Características: DSP avanzado, Anti-Transitorios, Auto-Gain, WiFi OFF.
*/
#include <WiFi.h>
#include "arduinoFFT.h"
// --- CONFIGURACIÓN DE PINES (ESP32-C3 Super Mini) ---
const int audioPin = 0; // GPIO 0 (ADC1_CH0)
const int ledPins[5] = {4, 3, 7, 6, 5};
// --- CONFIGURACIÓN FFT ---
const uint16_t samples = 64;
const double samplingFrequency = 20000;
unsigned int sampling_period_us;
unsigned long microseconds;
double vReal[samples];
double vImag[samples];
ArduinoFFT<double> FFT = ArduinoFFT<double>(vReal, vImag, samples, samplingFrequency);
// --- AUTO-CALIBRACIÓN ---
int dcOffset = 0;
// --- VARIABLES DE AUTO-GAIN ---
double runningAverage[5] = {300, 300, 300, 300, 300};
float multipliers[5] = {2.5, 2.3, 2.0, 1.8, 1.8};
// --- UMBRALES DE RUIDO (Calibrados para Batería DC) ---
int noiseGate = 150; // Nivel individual para ignorar artefactos FFT
int deadband = 30; // Filtro de ruido base (Ripple de la fuente)
int masterThreshold = 800; // Nivel maestro para despertar el guantelete
// --- VARIABLES STANDBY ---
unsigned long lastAudioTime = 0;
const int silenceDelay = 3000;
bool isStandby = false;
int validAudioFrames = 0;
int scannerPos = 0;
int scannerDir = 1;
unsigned long lastScannerUpdate = 0;
void setup() {
Serial.begin(115200);
delay(2000);
// Aislamiento RF interno
WiFi.mode(WIFI_OFF);
analogReadResolution(12);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
digitalWrite(ledPins[i], LOW);
}
sampling_period_us = round(1000000 * (1.0 / samplingFrequency));
// --- AUTO-CALIBRACIÓN ---
delay(3000);
long calibrationSum = 0;
for(int i = 0; i < 200; i++) {
calibrationSum += analogRead(audioPin);
delay(2);
}
dcOffset = calibrationSum / 200;
secuenciaArranque();
}
void loop() {
// 1. MUESTREO DE SEÑAL
microseconds = micros();
for (int i = 0; i < samples; i++) {
int rawValue = analogRead(audioPin);
// Filtro Deadband: Elimina ruido de fondo y ripple
if (abs(rawValue - dcOffset) < deadband) {
rawValue = dcOffset;
}
vReal[i] = rawValue - dcOffset;
vImag[i] = 0;
while (micros() - microseconds < sampling_period_us) { }
microseconds += sampling_period_us;
}
// 2. PROCESAMIENTO FFT
FFT.windowing(FFTWindow::Hamming, FFTDirection::Forward);
FFT.compute(FFTDirection::Forward);
FFT.complexToMagnitude();
// 3. AGRUPACIÓN DE BANDAS
double bandValues[5] = {0};
double totalVolume = 0;
for (int i = 1; i < 3; i++) bandValues[0] += vReal[i];
for (int i = 3; i < 5; i++) bandValues[1] += vReal[i];
for (int i = 5; i < 9; i++) bandValues[2] += vReal[i];
for (int i = 9; i < 15; i++) bandValues[3] += vReal[i];
for (int i = 15; i < 24; i++) bandValues[4] += vReal[i];
for(int i = 0; i < 5; i++) totalVolume += bandValues[i];
// --- LÓGICA DE DECISIÓN ---
if (totalVolume > masterThreshold) {
validAudioFrames++;
// Filtro Anti-Transitorios: Exige confirmación
if (validAudioFrames >= 2) {
lastAudioTime = millis();
isStandby = false;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
bool beatDetected = (bandValues[i] > noiseGate) &&
(bandValues[i] > (runningAverage[i] * multipliers[i]));
if (beatDetected) {
digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
runningAverage[i] = (runningAverage[i] * 0.6) + (bandValues[i] * 0.4);
} else {
digitalWrite(ledPins[i], LOW);
runningAverage[i] = runningAverage[i] * 0.99;
}
if (runningAverage[i] < (noiseGate + 50)) runningAverage[i] = (noiseGate + 50);
}
}
}
else { // MODO SILENCIO
validAudioFrames = 0;
if (!isStandby && (millis() - lastAudioTime < silenceDelay)) {
for(int i = 0; i < 5; i++) digitalWrite(ledPins[i], LOW);
}
if (millis() - lastAudioTime > silenceDelay) {
isStandby = true;
animacionStandby();
}
}
}
// --- SECUENCIAS AUXILIARES ---
void secuenciaArranque() {
for(int k = 0; k < 2; k++) {
for (int i = 0; i < 5; i++) digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
delay(100);
for (int i = 0; i < 5; i++) digitalWrite(ledPins[i], LOW);
delay(100);
}
}
void animacionStandby() {
if (millis() - lastScannerUpdate > 120) {
lastScannerUpdate = millis();
for(int i = 0; i < 5; i++) digitalWrite(ledPins[i], LOW);
digitalWrite(ledPins[scannerPos], HIGH);
scannerPos += scannerDir;
if (scannerPos >= 4 || scannerPos <= 0) scannerDir = -scannerDir;
}
}