Blinker项目实例：Nodemcu驱动ws2812（附项目代码）

Blinker项目实例：Nodemcu驱动ws2812

一、 实验目的和要求
   (1) 计并开发一个网络应用软件系统 二、 实验内容和原理 实验内容： 本实验的目的是设计并开发一个物联网彩灯系统，用于智能化的居家氛围布置、照明。系统的操控方式为手机APP控制，通过MQTT远程实现。完成的功能有自由控制颜色、亮度，既可以所有的LED灯一起进行操作，也可以对单独LED等进行操作；一键彩灯，按下按钮，即可按照设定好的氛围光亮起彩灯，营造独特的氛围。本实验对氛围光只设定一个模式作为例子，具体应用时完全可以添加更多的模式。另外，彩灯不仅使用与氛围布置，还兼容学习场合，一键可以调整至护眼模式。

开发语言: C语言（Arduino平台）

二、 架构设计
1、硬件部分
   硬件包括一块Nodemcu开发板、一个WS2812灯带、一台智能手机。
   （1）nodemcu开发板。NodeMCU,是一个开源的物联网平台，使用esp8266作为核心 它使用Lua脚本语言编程，同时也可以使用Arduino进行编程。硬件配置主要有16个GPIO引脚，可实现1个模拟I/O和11个数字I/O。通讯接口有一个USB口、一个串口和一个Wifi通讯模块。本实验主要用到GPIO引脚来驱动WS2812，使用Wifi模块连接网络与服务器、手机进行通讯。

   (2） WS2812。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。其外型与一个5050LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和12V高压可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。数据协议采用单线归零码的通讯方式，像素点在上电复位以后，DIN端接受从控制器传输过来的数据，首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后，送到像素点内部的数据锁存器，剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点，每经过一个像素点的传输，信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术，使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制，仅仅受限信号传输速度要求。LED具有低电压驱动，环保节能，亮度高，散射角度大，一致性好，超低功率，超长寿命等优点。将控制电路集成于LED上面，电路变得更加简单，体积小，安装更加简便。

2、 软件部分
   blinker是一套跨硬件、跨平台的物联网解决方案，提供APP端、设备端、服务器端支持，使用公有云服务进行数据传输存储。可用于智能家居、数据监测等领域，可以帮助用户更好更快地搭建物联网项目。Blinker由服务器端、app端、设备端组成，可以部署到几乎所有物联网平台，使用WiFi、MQTT等方式接入，服务器端可以部署到阿里云、腾讯云、OneNET、百度云、AWS、google cloud等平台，通过界面布局器，DIY用户可自己拖拽布局设备控制界面，自由打造专属的物联网设备。

3、 系统连接
（1）Nodemcu和WS2812的连接方式如下：

   以上红色箭头分别是D7、GND和VCC，其中Nodemcu的Vcc和ws2812的Vcc相连，Nodemcu的GND和ws2812的GND相连，Nodemcu的D7和ws2812的S（信号线）相连。

   需要注意的是，ws2812所有的灯全亮电流超过500mA，无法通过电脑进行供电，需要外接电源。因此ws2812其实有两根VCC和两根GND。这两根线是短路的，具体连接的时候一根GND连接Nodemcu的GND，另一根GND连接5V直流电源的GND。但是VCC不能两根都连，一根VCC连接5V直流电源，另外一根VCC悬空。另外，信号线和Nodemcu的D7相连即可。（1）Nodemcu和手机APP的通信。本实验没有直接搭建服务器，而是采用了blinker解决方案的服务器。Nodemcu需要处于一个有wifi的局域网环境下，通过wifi接入Internet。通讯使用MQTT方式，即便用户离开了现场也能够进行操控。Nodemcu将秘钥发送到blinker服务器并建立连接，手机APP通过开关按键发送秘钥到服务器同样建立连接。服务器识别到Nodemcu和客户端同时发来了秘钥后，开始在两者之间传递命令协议。每个命令的发出都需要两步，一是客户端向Nodemcu发送指令，二是Nodemcu返回一个确认信息，客户端接收到之后确认操作完成。

三、主要仪器设备
1、一块Nodemcu开发板
2、一个WS2812灯条
3、Blinker手机app

四、设计要点
   （1）下载正确的库文件。本实验对ws2812的操作与对单个LED不同，点亮单个基色LED编写好PWM程序就可以调节亮度，不同亮度的三基色LED叠在一起就能呈现不同的颜色。但是ws2812是成线性排列的，所有的LED公用同一个根信号线，因此不能对LED进行单独操作。此处需要用到ws2812的库函数对其进行操作。 在github中搜索blinker library找到资源并下载，将下载好的blinker库解压到 我的电脑>文档>Arduino>libraries 文件夹中

   （2）获得IoT设备秘钥。秘钥相当于一个设备的ID，服务器要找到特定的IoT设备，必须依赖该秘钥。打开blinker app，点击右上角的‘+’号，选择Arduino，获得秘钥并复制。

   （3）代码中的IoT秘钥、wifi名称、wifi秘钥必须正确输入，否则设备无法与服务器连接。

   （4）组件名称要和代码对应。如LEDNum对应Number_1，LED_R对应Number_2.

四、 实验结果与分析
1、搭建好的硬件如下：

2、APP界面及组件如下：

3、工作时间显示：工作时间能够实时更新

2、自由控制（整体）模式：按下自由模式，按钮高亮，点击任一颜色，灯颜色改变，手机上显示对应RGB值。图中可以看出选中绿色RGB是[0,255,52]

3、七彩模式：按下七彩模式，按钮高亮，ws2812直接显示一个绚烂的彩色灯条。

4、逐个调节模式。按下逐个调节模式按钮，按钮高亮。这时可以按顺序依次调节每一个灯珠的RGB值，当从第一个到最后一个都调整过以后，又重新回到第一个，循环进行。实验中为了显示每个灯珠都可以自由调节，特意相邻的灯珠选择了反差明显的颜色。

5、护眼照明模式。按下护眼照明模式按钮，按钮高亮。一键调整至护眼模式，此时是柔和的黄光。

   以上结果达到预期要求。另外需要说明的是，本实验对灯光效果只设定一个模式作为例子，具体应用时完全可以添加更多的模式。

五、实验注意
   1、本实验主要的代码内容是硬件设备Nodemcu上的，编写硬件代码比较麻烦的是参数的选取（关系到硬件是否能正产工作）。实验时一开始时将ws2812的144个灯珠全部点亮，带来了严重的问题，电脑突然掉电。重启后Windows系统提示USB口电流过大，无法继续使用。幸好内部电路没有破坏性损坏，冷却下来之后仍然能继续工作，否则我的电脑就会损失一个USB口。
   2、明确电脑无法直接给ws2812供电之后，又找了一个220V转5V的电源适配器来给ws2812供电（先接在面包板上再借ws2812）。这样一来144个LED灯珠都能正常工作。然而偶然触摸面包板温度非常高，迅速拔掉电源后发现面包板已经严重融化。可见144个灯珠同时亮起电流过大。
   3、最终才确定只点亮20个LED灯珠，防止再次出现意外。

六、附实验代码（C语言）

六、附实验代码（C语言）#define BLINKER_WIFI#include 
<Blinker.h>#include<math.h> 
char auth[] = "692310ffgrt";//IoT秘钥
char ssid[] = "ONEPLUS";//wifi名称
char pswd[] = "55555555"; //wifi秘钥
bool tab[5] = { false };
bool modestate[4] = { false }; //工作模式选项卡
bool AutoBit= false; //判断手动模式是否有效
bool SingleAdjust= false;//判断逐个调节是否有效
int LEDserial=0;//
int Offset=20;  //灯珠整体移动若干单位
#include #ifdef __AVR__  #include #endif #if defined (__AVR_ATtiny85__)  if (F_CPU == 16000000) clock_prescale_set(clock_div_1);#endif  #define PIN            13#define NUMPIXELS      20#define RGB_1 "RGBKey"#define Tab_1 "tab-mode"#define Number_1 "LEDNum"#define Number_2 "LED_R"#define Number_3 "LED_G"#define Number_4 "LED_B"  BlinkerRGB WS2812(RGB_1);BlinkerTab Tab1(Tab_1);//定义数据结构
Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
BlinkerNumber Number1 (Number_1);
BlinkerNumber Number2 (Number_2);
BlinkerNumber Number3 (Number_3);
BlinkerNumber Number4 (Number_4); //*************************************************************//选项卡触发函数
void tab1_callback(uint8_t tab_set){    //BLINKER_LOG("get tab set: ", tab_set);    
digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN));     
switch (tab_set)    {        
case BLINKER_CMD_TAB_0 :            
tab[0] = true;            //BLINKER_LOG("tab 0 set");            
AutoBit=!AutoBit;//手动位取反            
break;        
case BLINKER_CMD_TAB_1 :            
tab[1] = true;            //BLINKER_LOG("tab 1 set");            
Mode1();//开启Mode1，灯光模式1            
break;                    
case BLINKER_CMD_TAB_2 :            
tab[2] = true;            //BLINKER_LOG("tab 2 set");            
SingleAdjust=!SingleAdjust;//开启Mode2，灯光模式2            break;        
case BLINKER_CMD_TAB_3 :            
tab[3] = true;            //BLINKER_LOG("tab 3 set");            
Mode3();//开启Mode3，流水灯模式            
break;        
case BLINKER_CMD_TAB_4 :            
tab[4] = true;            //BLINKER_LOG("tab 4 set");            
break;        
default:            
break;    }} 
void tab1_feedback(){
    
for(uint8_t num = 0; num < 5; num++)    {        
if (tab[num])        {            
Tab1.tab(num);            
tab[num] = false;        }    }    
Tab1.print();}  //*******************************************************************//自由模式整体调节/逐个调节服务函数 
void ws2812_callback(uint8_t r_value, uint8_t g_value, uint8_t b_value, uint8_t bright_value){    
digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN));   
if (AutoBit==true){           digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN));         
Mode0(r_value,g_value,b_value,bright_value);       return NULL;    }    
else if(SingleAdjust==true){      digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN));      
Mode2(r_value,g_value,b_value,bright_value);    }} 
//********************************************************************//自由控制（整体调节）Mode0
void Mode0(uint8_t r_value, uint8_t g_value, uint8_t b_value, uint8_t bright_value){    
pixels.setBrightness(bright_value);    
for(int i = 0; i < NUMPIXELS; i++){    
pixels.setPixelColor(i, r_value, g_value, b_value);        }    
pixels.show();     
Number2.print(r_value);    
Number3.print(g_value);    
Number4.print(b_value);}
//********************************************************************//七色模式Mode1
void Mode1(){    
int r=0;    int g=0;    int b=0;    int i=0;    int full=NUMPIXELS;    
digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN));    
for(int i=0;i<NUMPIXELS;i++){           if(i<full/3){            r=255;            g=ceil(255*3*i/full);            b=0;            }else if(i<full/2){                r=ceil(750-i*(250*6/full));                g=255;                b=0;            }else if(i<full*2/3){                r=0;                g=255;                b=ceil(i*(250*6/full)-750);            }else if(i<full*5/6){                r=0;                g=ceil(1250-i*(250*6/full));                b=255;            }else{                r=ceil(150*i*(6/full)-750);                g=0;                b=255;                  }             pixels.setPixelColor(i, pixels.Color(r,g,b));             }    pixels.show();     }//********************************************************************//逐个调节Mode2
void Mode2(uint8_t r_value, uint8_t g_value, uint8_t b_value, uint8_t bright_value){     pixels.setBrightness(bright_value);    pixels.setPixelColor(LEDserial, r_value, g_value, b_value);      pixels.show();        LEDserial=LEDserial+1;    LEDserial= LEDserial % NUMPIXELS;    Number2.print(r_value);    Number3.print(g_value);    Number4.print(b_value);    }//*******************************************************************//护眼照明模式 黄光Mode3
void Mode3(){        int bright_value=200;        int r_value=255;        int g_value=215;        int b_value=0;        pixels.setBrightness(bright_value);        for(int i = 0; i < NUMPIXELS; i++){        pixels.setPixelColor(i, r_value, g_value, b_value);        }               pixels.show();           Number2.print(r_value);        Number3.print(g_value);        Number4.print(b_value);}//*******************************************************************//显示数值
void dataRead(const String & data){    uint32_t BlinkerTime = millis();     Number1.print(BlinkerTime/1000);}  //*********************************************************************
void setup(){    Serial.begin(115200);    BLINKER_DEBUG.stream(Serial);        Blinker.attachData(dataRead);     pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);//引脚设置为输出模式    
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);     Blinker.begin(auth, ssid, pswd);       pixels.begin();//开启pixel对ws2812输出    
WS2812.attach(ws2812_callback);    
Tab1.attach(tab1_callback, 
tab1_feedback);     
 } 
void loop(){    Blinker.run();}