ECE  791/792  Progress  Report  

Project  Title:  Audio  Visual  LED  Cube  

 

 Team  Members:  Matthew  Daigle,  Robert  Hunter,  Kendra  Kreider  

Advisor:  Dr.  Richard  Messner  ECE  Courses  Involved:  543,  562,  617,  618,  649,  714,  775  

 

 

 Date:  December  2010  

Project  Completion:  May  2011  

D a i g l e ,   H u n t e r ,   K r e i d e r  |  2    

General  Problem  Definition:    

The  goal  of  this  project  is  to  create  a  3-­‐D  cube  of  LEDs  with  audio-­‐visual  effects  in  real  time.  

Based  on  audio  beats  and  frequencies,  the  LEDs  will  change  pattern  and  potentially  color.  Electrical  

circuit  design,  computer  programming,  and  raw  materials  will  be  essential  for  successful  completion.  

The  project  must  be  completed  within  the  given  budget,  and  the  finished  project  will  be  presented  at  

the  University  of  New  Hampshire  Undergraduate  Research  Conference  on  April  16th,  2011.  

 Design:  

  Designing  the  final  cube  will  be  a  major  part  of  this  project.  To  reach  this  final  goal,  some  smaller  

steps  will  be  taken  to  get  there.  The  first  step  of  this  project  will  be  to  gain  the  basic  tools  and  

knowledge  to  build  a  large  single  color  or  RGB  cube  by  first  building  a  simpler  single  color  LED  cube.  The  

plan  is  to  start  with  a  size  3  (3x3x3  LED  array)  single  color  cube  and  progress  to  a  size  5  RGB  or  size  8  

single  color  cube.    Although  the  size  3  cube  is  more  simplistic,  there  will  be  many  design  similarities  to  

the  larger  cubes  and  building  this  will  potentially  allow  us  to  foresee  problems  as  well  as  have  a  basic  

cube  to  start  becoming  acquainted  with  the  micro-­‐controller  and  start  a  basic  light  and  music  

programming  script.  

 

Building:    

  After  the  design  of  the  LED  cube  is  complete,  building  it  will  be  the  next  phase.  LEDs  must  be  

soldered  carefully  to  ensure  proper  connections  as  well  as  maintain  uniform  spacing  so  the  overall  cube  

has  straight  rows  and  columns  of  LEDs.  During  the  build  process,  solder  joints  will  be  periodically  tested  

to  ensure  the  proper  connections  have  been  made.  This  build  and  check  as  we  go  may  take  more  time  

to  build  the  cube,  but  it  will  save  time  in  the  long  run  by  finding  problems  before  the  cube  is  completely  

soldered  and  some  LEDs  become  unreachable  in  the  middle.  

D a i g l e ,   H u n t e r ,   K r e i d e r  |  3    

Building  Progress:  Build  of  single  color  size  3  LED  cube  complete  and  all  LEDs  functioning.  

 

 

 

 

 

D a i g l e ,   H u n t e r ,   K r e i d e r  |  4    

 

Testing  &  Programming:    

Once  the  cube  is  completely  built,  all  of  the  LEDs  in  the  single  color  cube  will  be  tested  by  row  

and  column.  After  the  functionality  of  all  LEDs  is  verified,  the  lightshow  programming  will  begin.  

Controlling  individual  LEDs  to  create  a  design  or  pattern  within  the  cube  will  be  the  primary  concern.  

Multiple  lighting  sequences  will  be  created  such  as  cycling  through  layers  of  the  cube,  bursts  starting  

from  center,  etc.  Next,  music  will  be  added  and  LEDs  will  change  pattern  in  time  to  the  music  as  well  as  

rotate  through  multiple  lighting  sequences.  This  will  require  some  analysis  of  the  music  and  application  

of  this  analysis  to  the  lighting  sequences.  The  success  of  this  section  will  be  difficult  to  quantitatively  

measure.  Based  on  lighting  and  music  appearing  to  be  in  time,  changes  will  be  made  on  team  members’  

interpretation.    

 

 

Progress  on  Testing  and  Programming:  

As  discussed  in  the  build  section,  all  LEDs  were  tested  after  soldering  and  are  functioning  

correctly.  An  Arduino  2560  micro-­‐controller  was  purchased  and  connected  to  the  single  color  LED  cube.  

Team  members  are  still  getting  acquainted  with  micro-­‐controller  so  circuit  complexity  has  been  

minimized  to  better  understand  the  basic  functionality  of  the  micro  controller.  The  size  3  LED  cube  is  

connected  to    the  Arduino  solely  with  transistors  and  resistors.  Basic  light  and  music  programming  has  

begun  with  this  test  cube  and  we  have  over  5  basic  light  programs  completed.  Currently,  the  cube  is  

being  powered  with  the  Arduino  via  a  USB  port.  This  limits  the  amount  of  power  that  the  circuit  can  use  

and  an  external  power  supply  will  be  required  in  the  larger  cube  designs.    

 

 

D a i g l e ,   H u n t e r ,   K r e i d e r  |  5    

Phase  2:  Second  Cube:  

The  second  cube  will  be  designed  and  implemented  in  a  similar  fashion  to  the  single  color  cube.  

The  main  difference  will  be  the  addition  of  LEDs.  If  RGB  is  selected,  color  changing  with  frequency  of  

music  will  also  be  added.  A  user  friendly  interface  to  select  light  sequences  is  a  goal  for  this  section.  This  

would  allow  a  user  to  personalize  the  cube  to  their  preferences.  This  phase  will  spend  more  time  

creating  light  sequences  and  perfecting  them  to  music.  

 

Progress  on  Second  Cube:  

  This  phase  of  the  project  is  just  beginning  at  this  point.  Some  research  on  RGB  LEDs  and  

additional  parts  has  been  done.  This  phase  will  be  the  focus  from  this  time  onward.  

     

 Implementation  through  project  timeline:  

  Monitoring  project  progression  will  be  key  to  the  success  of  this  project.  The  final  product  must  

be  complete  in  less  than  one  year.  Our  timeline  will  set  hard  and  soft  deadlines.  Hard  deadlines  will  

include  the  written  and  oral  proposal,  the  progress  report,  the  undergraduate  research  conference,  and  

the  final  report.  Soft  deadlines  will  be  internal  goals  set  by  group  members  to  check  if  we  are  

progressing  and  are  on  track  to  finish  our  project  objectives  within  the  given  time  frame.  If  problems  

arise  or  we  are  ahead  of  schedule,  soft  deadlines  can  be  adjusted.  

  We  plan  to  have  working  meetings  at  least  twice  a  week.  At  these  working  meetings,  each  team  

member  will  work  on  completing  the  portion  of  the  project  they  are  currently  assigned.  This  time  will  be  

the  bare  minimum  amount  of  time  spent  on  the  project  each  week  and  will  ensure  the  project  continues  

to  progress  even  during  busy  weeks.  Every  two  to  three  weeks  team  members  and  the  faculty  advisor,  if  

D a i g l e ,   H u n t e r ,   K r e i d e r  |  6    

available,  will  sit  down  and  assess  the  current  state  of  affairs,  discuss  problems,  look  ahead  at  schedule,  

and  assign  tasks.  

  To  keep  organized,  we  have  set  up  a  Google  Documents  folder.  This  folder  is  shared  between  

the  group  members  and  allows  documents  necessary  to  the  project  to  be  uploaded  and  edited.  These  

documents  include  but  are  not  limited  to  meeting  minutes,  diagrams,  written  reports,  and  any  other  

information  that  could  be  useful  to  the  project.    

   Timeline-­‐    

 Figure  1,  Project  Timeline  

 

 

Progress  on  Project  Timeline:  

  We  are  about  where  we  estimated  for  the  end  of  the  semester.  We  have  finished  building  cube  

1  and  have  done  some  basic  light  and  music  programming.  We  are  also  looking  into  the  next  phase  of  

our  project,  Cube  2.  All  hard  deadlines  have  been  met  and  there  is  no  need  for  adjustment  of  soft  

deadlines  at  this  point  in  time.  

  We  have  been  meeting  twice  weekly  for  working  meeting  and  every  few  weeks  with  our  advisor.    

A  progress  document  on  Google  Documents  was  created  so  group  members  could  easily  update  each  

D a i g l e ,   H u n t e r ,   K r e i d e r  |  7    

other  on  when  tasks  are  started  and  completed  and  this  has  proven  useful  for  tracking  the  project  

progress.  

 

 

Project  Team:  

The  following  is  a  breakdown  of  the  assigned  tasks  to  the  responsible  team  member.  

Matt  Daigle-­‐  Music  programming  and  implementation  

Bobby  Hunter-­‐  Light  programming  and  initial  design  

Kendra  Kreider-­‐  Build  of  size  3  cube,  function  programming,  administrative  duties  

 

Each  team  member  contributed  to  their  area  of  focus  for  the  report.  All  members  have  some  

contribution  to  each  part  though  the  section  has  a  team  leader  for  any  discrepancies  or  final  design  

decisions.  The  final  document  was  reviewed  by  the  team.