【得捷电子Follow me第1期】006：摇摇灯设计

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上一帖介绍利用3轴数字加速度计做一个简易水平仪。这一贴介绍在水平仪基础上添加WS2812B灯珠做一个摇摇灯。参考GitHub上的文档和代码，我的试验过程如下。

首先介绍一下WS2812B灯珠。WS2812B是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源，内置RGB三色灯珠，每个灯珠控制需要24位数据，8Bit绿色亮度+8Bit红色亮度+8Bit蓝色亮度，每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示，完成16777216种颜色的全真色彩显示。多个灯珠组合在一起可形成灯带，灯带上的灯珠供电并联，信号线“串联”。信号由DI进到灯珠，灯珠在锁存24Bit数据后，将剩余数据整形放大后通过DO端口输出给下一个级联的灯珠，每经过一个灯珠的传输，信号减少24bit。当灯珠接收到280μs以上的RESET数据，灯珠根据自己锁存的数据完成对RGB三色灯的控制。

图1、WS2812B彩灯

我买这个WS2812B灯珠是用来凑单的，剩余额度只够买了三颗灯珠。下面我就把这三个灯珠焊一起，串联使用。电路原理如下图。

图2、WS2812B原理图

电源采用开发板上的VBUS（5V）供电，串行数据输入使用GP22接口。下图是焊接好的三颗灯珠，我把它们固定到一个硬纸板上，和底板接口也都打胶加固。

图3、灯珠焊接完成

顺路的，我给Pico W小板加了一个复位键，不然有时候运行程序死机后，只能把电源才能解决，比较麻烦。复位键的原理就是在RUN引脚和地之间加一个按键，需要复位时，按下接地，Pico W小板就复位了。为了方便使用，我直接把按键焊接在了WiFi屏蔽罩上，为了防止短路，按键另一半下面垫了一层美纹纸，看起来毫不违和。如下图。

图4、Pico W复位键

为了实现摇摇灯，需要把灯珠和加速度计模块绑定到一起。我先在加速度计模背面粘贴美纹纸和双面胶，然后把灯珠板粘在加速度计模背面，让它们构成一个整体，如下图。

图5、粘贴灯珠

硬件搭建好后，接下来设计程序。按照管理，先从GitHub上找现成的库，这里我选用了NeoPixel library，这个库附带好几个例程，可以快速上手。GitHub的链接如下：

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为了让颜色变化时，过渡的更丝滑、自然，我选用NeoPixel library的HSV颜色空间。其中，色调（H）取值范围为0-65536，饱和度（S）取值范围为0-255，亮度（V）取值范围为0-255。具体的颜色变化如下图。

图7、HSV颜色空间

如果有同学想了解更细的关于NeoPixel library的HSV颜色空间详细信息，可以参见如下链接：

https://learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberguide/arduino-library-use#hsv-hue-saturation-value-colors-dot-dot-dot-3024464

具体的程序是在水平仪的基础上改造的，代码如下。

from machine import Pin,I2C
from ssd1306 import SSD1306_I2C
import math
import time
from micropython_lis3dh import lis3dh
from neopixel import Neopixel

def numberMap(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

led = machine.Pin('LED', machine.Pin.OUT)

numpix = 3
strip = Neopixel(numpix, 0, 22, "GRB")

i2c0 = machine.I2C(0,sda=machine.Pin("GP8"), scl=machine.Pin("GP9"), freq=400000)
lis = lis3dh.LIS3DH(i2c0)
i2c1=machine.I2C(1, sda=machine.Pin("GP6"), scl=machine.Pin("GP7"), freq=400000)
oled = SSD1306_I2C(128, 64, i2c1)

oled.fill(0)
oled.show()
oled.text("hello eeworld",5,10)
oled.show()
time.sleep(0.1)
oled.fill(0)

Center_x=63           #设定中心点（原点）x的坐标
Center_y=31           #设定中心点（原点）y的坐标
offsetX = 0
offsetY = 0

oled.rect(20,25,8,8,1)   #绘制起始坐标(60, 25)，宽30，高25的矩形
oled.fill_rect(80,25,4,4,1)   #绘制起始坐标(100, 25)，宽20，高25填充满颜色的矩形
oled.show()
 
lis.data_rate = lis3dh.DATARATE_200

hue = 0
sat = 0
val = 0

while True:
    accx,accy,accz = lis.acceleration
    x=accx      #获取X轴的加速度
    y=accy      #获取Y轴的加速度
    z=accz      #获取Z轴的加速度

    if y<=10 and y>=-10:
        offsetX =int(numberMap(y,10,-10,-64,64))   #映射Y轴偏移值
    if x<=10 and x>=-10:
        offsetY =int(numberMap(x,10,-10,32,-32))   #映射X轴偏移值
    move_x=Center_x + offsetX                 #水平球在X坐标上的移动
    move_y=Center_y + offsetY                 #水平球在Y坐标上的移动
    '''
    print("X: ", x)
    print("offsetX: ", offsetX)
    print("Y: ", y)
    print("offsetY: ", offsetY)
    print("----------")
    '''
    oled.rect(Center_x-2,Center_y-2,8,8,1)  #画中心固定圆：空心
    oled.fill_rect(move_x,move_y,4,4,1)     #画移动的水平球：实心
    oled.text("%0.1f,%0.1f" %(x,y),0,0)    #显示水平球在X、Y轴的加速度值

    if offsetX==0 and offsetY==0:
        led.on()         #水平球在中心位置亮绿灯，亮度为10
    else:
        led.off()           #水平球不在中心位置灭灯

    oled.show()
    time.sleep(0.1)
    oled.fill(0)
    
    if y<=10 and y>=-10:
        hue =int(numberMap(y,10,-10,0,32767))   #映射Y轴偏移值
    if x<=10 and x>=-10:
        val =int(numberMap(x,10,-10,0,32767))   #映射X轴偏移值
    hue = hue + val   
    sat = 255
    val = 2
    color = strip.colorHSV(hue, sat, val)
    strip.fill(color)
    strip.show()

代码1、摇摇灯程序

经过多次尝试改进，运行效果如下视频，其中为了防止炫光影响拍摄效果，我用纸巾把灯珠包了起来，起到灯罩的作用，就是有点难看，各位看官别嫌弃。

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视频1、摇摇灯演示

参考资料：

https://www.cnblogs.com/arxive/p/7008460.html

lugl4313820

这大佬的创意不断呀，感谢分享这么好的作品。

火辣西米秀

创意无限啊，学习学习 

吾妻思萌

我之前做过摇摇棒

ly87802541

挺好的创意哈哈