如何使用Arduino控制采用WS2812B可独立寻址的LED灯

风筝

在本篇文章中，我们将学习如何使用Arduino开发板控制可独立寻址的RGB LED灯或基于WS2812B的LED灯条。首先，我们通过一些基本示例阐释其工作原理，然后看一个非常酷的使用这些LED灯的Arduino项目 - DIY交互式LED咖啡桌。咖啡桌带有一颗WS2812B LED灯、用于检测物体的红外接近传感器和用于通过定制的Android应用程序控制颜色的HC-05蓝牙模块。

WS2812B LED灯是如何工作的

让我们首先仔细看看LED灯条。它由5050型RGB LED灯组成，其中集成了非常紧凑的WS2812B LED驱动器IC。

根据三个红色、绿色和蓝色LED的强度，我们可以模拟出我们想要的任何颜色。

使用这些LED灯的优点在于我们只需使用Arduino开发板上的一个引脚即可控制整个LED灯条。每个LED在每端有三个连接器接口，两个用于供电，一个用于数据。箭头表示数据流方向。前一个LED的数据输出焊盘连接到下一个LED的数据输入焊盘。我们可以将灯带切割成我们想要的任何尺寸，也可以使用电线增加LED灯距离。

至于供电，它们工作在5V，每个红色、绿色和蓝色LED需要大约20mA，或者在全亮度下每个LED总共60mA。请注意，当Arduino通过USB供电时，5V引脚只能处理大约400 mA的电流，当使用桶式电源连接器供电时，5V引脚可以处理大约900 mA的电流。因此，如果您使用更多LED并且它们将绘制的电流量超过上述限制，则必须使用单独的5V电源。在这种情况下，您还需要将两条地线彼此连接起来。此外，建议在Arduino和LED灯条数据引脚之间使用大约330欧姆的电阻，以降低该线路上的噪声，以及5V和地线上大约100uF的电容，以平滑电源。

示例1 - Arduino控制WS2812B LED示例

现在作为一个例子，我将使用20个LED长条，通过330欧姆电阻连接到Arduino，并使用单独的5V电源供电，如上所述。 对于Arduino的编程，我们将使用FastLED库。 这是一个优秀且文档齐全的库，可以轻松控制WS2812B LED。

此示例所需的组件：

●   WS2812B LED灯带

●   Arduino开发板

●   5V 6A直流电源

以下是第一个例子的Arduino源代码：

1. #include <FastLED.h>
   
2. #define LED_PIN     7
   
3. #define NUM_LEDS    20
   
4. CRGB leds[NUM_LEDS];
   
5. void setup() {
   
6.   FastLED.addLeds<WS2812, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
   
7.   
   
8. }
   
9. void loop() {
   
10.   
    
11.   leds[0] = CRGB(255, 0, 0);
    
12.   FastLED.show();
    
13.   delay(500);  
    
14.   leds[1] = CRGB(0, 255, 0);
    
15.   FastLED.show();
    
16.   delay(500);
    
17.   leds[2] = CRGB(0, 0, 255);
    
18.   FastLED.show();
    
19.   delay(500);
    
20.   leds[5] = CRGB(150, 0, 255);
    
21.   FastLED.show();
    
22.   delay(500);
    
23.   leds[9] = CRGB(255, 200, 20);
    
24.   FastLED.show();
    
25.   delay(500);
    
26.   leds[14] = CRGB(85, 60, 180);
    
27.   FastLED.show();
    
28.   delay(500);
    
29.   leds[19] = CRGB(50, 255, 20);
    
30.   FastLED.show();
    
31.   delay(500);
    
32. }

复制代码

代码解释：首先我们需要包括FastLED库，定义LED灯带的数据所连接的引脚，定义LED的数量，以及定义CRGB类型的数组。 此类型包含LED，三个红色、绿色和蓝色通道中的每一个都有三个单字节数据成员。

在setup函数部分，我们只需要使用上面定义的参数初始化FastLED。 现在在主循环中，我们可以随时控制我们的LED。 使用CRGB函数，我们可以使用红色、绿色和蓝色三种参数将任何LED设置为任何颜色。 为了在LED上进行更改，我们需要调用函数FastLED.show()。

示例2 - Arduino控制WS2812B LED制作动画

使用一些“for”循环，我们可以轻松制作一些动画。

以下是第二个例子的Arduino源代码：

1. #include <FastLED.h>
   
2. #define LED_PIN     7
   
3. #define NUM_LEDS    20
   
4. CRGB leds[NUM_LEDS];
   
5. void setup() {
   
6.   FastLED.addLeds<WS2812, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
   
7. }
   
8. void loop() {
   
9.   for (int i = 0; i <= 19; i++) {
   
10.     leds[i] = CRGB ( 0, 0, 255);
    
11.     FastLED.show();
    
12.     delay(40);
    
13.   }
    
14.   for (int i = 19; i >= 0; i--) {
    
15.     leds[i] = CRGB ( 255, 0, 0);
    
16.     FastLED.show();
    
17.     delay(40);
    
18.   }
    
19. }

复制代码

这里第一个“for”循环点亮所有20个蓝色LED，从第一个LED到最后一个LED，延迟40毫秒。 下一个“for”循环再次点亮所有20个LED，但这次是红色，反之，从最后一个LED到第一个LED。

FastLED库具有许多其他功能，可用于制作非常有趣的动画和灯光秀，因此只有您的想象力才能让您的下一个LED项目大放异彩。

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使用WS2812B LED的交互式LED咖啡桌

现在让我们来看看在开始时提到的DIY交互式LED咖啡桌项目。这是我与Creativity Hero的Marija之间的合作项目。

您可以查看她的网站文章，在那里她解释制作桌子的整个过程，从切割和组装木结构，到焊接和连接所有电子部件。在这里，我将解释电子部件如何工作，如何构建自定义Android应用程序和编程Arduino开发板。

以下是该项目的完整电路原理图。

因此，该原理图由45个可寻址LED灯、45个红外接近传感器和一个HC-05蓝牙模块组成，所有这些都连接到Arduino Mega开发板。该电路由5V/6A电源供电。

该示例所需的组件：

●    WS2812B LED灯带

●    红外接近传感器

●    HC-05蓝牙模块

●    Arduino开发板

●    5V 6A直流电源.

以下是该项目的Arduino代码，如果我们排除蓝牙颜色控制功能，可以注意到代码实际上非常简单。

1. #include "FastLED.h"
   
2. #define NUM_LEDS 45
   
3. #define LED_PIN 2
   
4. #define COLOR_ORDER GRB
   
5. CRGB leds[NUM_LEDS];
   
6. void setup() {
   
7.   FastLED.addLeds<WS2812, LED_PIN, COLOR_ORDER>(leds, NUM_LEDS);
   
8.   FastLED.setBrightness(brightness);
   
9.   // Set the 45 proximity sensors pins as inputs, from digital pin 3 to pin 48
   
10.   for (int pinNo = 0 + 3; pinNo <= 45 + 3; pinNo++) {
    
11.     pinMode(pinNo, INPUT);
    
12.   }
    
13. }
    
14. void loop() {
    
15.   for (int pinNo = 0; pinNo <= NUM_LEDS-1; pinNo++) {
    
16.     leds[pinNo] = CRGB( 0, 255, 0);    // Set all 45 LEDs to green color
    
17.     // If an object is detected on top of the particular sensor, turn on the particular led
    
18.     if ( digitalRead(pinNo + 3) == LOW ) {
    
19.       leds[pinNo] = CRGB( 0, 0, 255); // Set the reactive LED to bluee
    
20.     }
    
21.   }
    
22.   FastLED.show(); // Update the LEDs
    
23.   delay(20);
    
24. }

复制代码

代码描述：如前所述，首先我们需要定义基本参数，然后将45个接近传感器引脚设置为输入。

在使用单个“for”循环的主循环中，我们将所有LED设置为特定颜色，并检查接近传感器是否检测到对象。如果检测到，或者本例中为低逻辑状态，则特定的反应颜色将被设置为特定的LED。最后，使用FastLED.show()函数更新LED颜色。

要包含蓝牙色彩控制功能，我们需要添加更多代码行以及。

制作Android应用程序

以下是Android应用程序的工作原理。它由我们可以拾取颜色的调色板图像、两个检查按钮组成，我们可以从中选择是将所选颜色应用于反应LED还是背景LED，以及用于调整亮度的滑块。

如果我们看看应用程序的块，我们可以看到当我们触摸放置调色板图像的画布时会发生什么。使用.GetPixelColor块我们获取拾取颜色的红色、绿色和蓝色值，并使用蓝牙SendText块我们以文本形式将此信息发送到Arduino。

根据所选复选框，我们会发送不同的第一个字符或标记，这有助于在Arduino上接收文本时。当我们改变滑块的位置时会发生同样的情况，一个从10到100的值以文本形式发送到Arduino，前面带有标记“3”。

以下是Arduino代码：

1. #include <SoftwareSerial.h>
   
2. #include "FastLED.h"
   
3. #define NUM_LEDS 45
   
4. #define LED_PIN 2
   
5. #define COLOR_ORDER GRB
   
6. CRGB leds[NUM_LEDS];
   
7. SoftwareSerial Bluetooth(53, 52); // Arduino(RX, TX) - Bluetooth (TX, RX)
   
8. // Initial background color
   
9. int backR = 100;
   
10. int backG = 50;
    
11. int backB = 10;
    
12. // Initial reactive color
    
13. int reactiveR = 10;
    
14. int reactiveG = 50;
    
15. int reactiveB = 100;
    
16. int brightness = 50; // Initial brightness
    
17. String dataIn = "";
    
18. void setup() {
    
19.   FastLED.addLeds<WS2812, LED_PIN, COLOR_ORDER>(leds, NUM_LEDS);
    
20.   FastLED.setBrightness(brightness);
    
21.   Serial.begin(38400);
    
22.   Bluetooth.begin(38400); // Default baud rate of the Bluetooth module
    
23.   for (int pinNo = 0 + 3; pinNo <= 45 + 3; pinNo++) {
    
24.     pinMode(pinNo, INPUT);
    
25.   }
    
26. }
    
27. void loop() {
    
28.   if (Bluetooth.available() > 0) {
    
29.     dataIn = Bluetooth.readString();
    
30.     delay(20);
    
31.     if (dataIn.startsWith("1")) {
    
32.       delay(10);
    
33.       String stringR = dataIn.substring(dataIn.indexOf("R") + 1, dataIn.indexOf("G"));
    
34.       reactiveR = stringR.toInt();
    
35.       String stringG = dataIn.substring(dataIn.indexOf("G") + 1, dataIn.indexOf("B"));
    
36.       reactiveG = stringG.toInt();
    
37.       String stringB = dataIn.substring(dataIn.indexOf("B") + 1, dataIn.indexOf("E"));
    
38.       reactiveB = stringB.toInt();
    
39.     }
    
40.     else if (dataIn.startsWith("2")) {
    
41.       String stringR = dataIn.substring(dataIn.indexOf("R") + 1, dataIn.indexOf("G"));
    
42.       backR = stringR.toInt();
    
43.       String stringG = dataIn.substring(dataIn.indexOf("G") + 1, dataIn.indexOf("B"));
    
44.       backG = stringG.toInt();
    
45.       String stringB = dataIn.substring(dataIn.indexOf("B") + 1, dataIn.indexOf("E"));
    
46.       backB = stringB.toInt();
    
47.     }
    
48.     else if (dataIn.startsWith("3")) {
    
49.       String stringBrightness = dataIn.substring(dataIn.indexOf("3") + 1, dataIn.length());
    
50.       brightness = stringBrightness.toInt();
    
51.       FastLED.setBrightness(brightness);
    
52.     }
    
53.   }
    
54.   for (int pinNo = 0; pinNo <= NUM_LEDS-1; pinNo++) {
    
55.     leds[pinNo] = CRGB( backR, backG, backB);
    
56.     if ( digitalRead(pinNo + 3) == LOW ) {
    
57.       leds[pinNo] = CRGB( reactiveR, reactiveG, reactiveB);
    
58.     }
    
59.   }
    
60.   FastLED.show();
    
61.   delay(20);
    
62. }

复制代码

代码描述：首先，我们需要定义Arduino开发板和HC-05蓝牙模块之间的串行通信，或模块所连接的引脚。在setup函数部分，我们需要设置此模块工作的波特率。然后在主循环中，使用Bluetooth.available()函数，我们检查是否有来自智能手机的传入数据。如果有，使用Bluetooth.readString()函数我们将数据作为字符串接收。然后使用.startsWith()函数检查第一个字符或标记，以此方式知道我们是否要更改反应颜色、背景或亮度。

使用.substring()函数，我们从接收的文本中提取红色、绿色和蓝色值，并将它们转换为整数。然后在下面的“for”循环中使用这些值，如前所述，它设置颜色并点亮LED。我们以同样的方式调整LED的亮度。

以上就是本教程的全部内容。如果遇到任何问题，请随时在本帖下面进行回复。

再见慕斯唐

想知道arduino应用程序的所有细节，可否楼主发我学习一下，邮箱：994017120@qq.com

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本文使用的Android应用程序，以及MIT App Inventor工程文件：

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