Arduino程序设计（九）WS2812B彩灯实验

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前言

• 本文主要介绍WS2812B彩灯实验，主要内容有：
• 1、介绍WS2812B及灯环，灯环由32个彩灯组成；
• 2、灯环显示三基色；
• 3、顺时针、逆时针的彩色流水灯；
• 4、彩虹灯环，循环显示赤橙黄绿青蓝紫七色。

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一、WS2812B及灯环

1、WS2812B简介

• （1）基本组成：

• WS2812B是一款智能控制LED光源，控制电路和RGB芯片集成在一个5050个组件的封装中。内部包括智能数字端口数据锁存器和信号整形放大驱动电路。还包括一个精密的内部振荡器和一个12V电压可编程恒流控制部分，有效地保证像素点光的颜色高度一致。

• （2）通信方式：

• 数据传输协议采用单一NZR通信方式（单总线）。像素上电复位后，DIN端口接收控制器的数据，第一个像素采集初始的24位数据，然后发送给内部数据锁存器，另一个由内部信号整形放大电路整形的数据通过DO端口发送给下一个级联像素。每个像素传输后，信号减少24位。像素采用自动整形传输技术，使得像素级联数不受信号传输的限制，只依赖于信号传输的速度。

• （3）优点：

• WS2812B具有驱动电压低、环保节能、亮度高、散射角大、一致性好、功耗低、寿命长等优点。集成在LED上的控制芯片电路更加简单，体积小，安装方便。

• （4）机械尺寸：
  

• （5）管脚说明：
  
  
  
  

2、灯环介绍

• （1）本文采用的RGB灯环是自制灯环，由32个WS2812彩灯组成，电路原理图如下：
  
• （2）灯环说明：
• ① 32个WS2812按（1）串联后组成灯环，外接引脚三个：VCC_5V0、GND、DIN。
• ② 灯环的DIN是第1颗灯珠的信号输入引脚DIN，灯环的DOUT是第32颗灯珠的信号输入引脚DOUT，DOUT悬空不接。

二、彩色流水灯实验

1、三基色流水灯

• （1）本实验采用Arduino UNO R3开发板及自主搭建电路的方式，实现预设功能。

• （2）三基色流水灯的电路图，如下图所示：
  

• （3）实验准备：安装下载安装 “Adafruit_NeoPixel” 库文件。

• （4）实现功能：三基色流水灯，第一圈红色，第二圈绿色，第三圈蓝色，第四圈红色，循环显示。

代码实现：

//WS2812，RGB灯环
//炫彩流水灯，第一圈红色，第二圈绿色，第三圈蓝色，第四圈红色，循环显示

#include 

#define PIN 7    // 控制灯带的引脚
#define NUM_LEDS 32  // 灯带上灯的数量

Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(NUM_LEDS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup() {
  strip.begin();           // 初始化灯带
  strip.show();            // 所有LED灯关闭
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++)
  {
    strip.setPixelColor(i, 20, 0, 0);  // 设置颜色为红色
    strip.show();              // 展示颜色
    delay(50);                 // 50毫秒的延迟
  }
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++)
  {
    strip.setPixelColor(i, 0, 20, 0);  // 设置颜色为绿色
    strip.show();              // 展示颜色
    delay(50);                 // 50毫秒的延迟
  }
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++)
  {
    strip.setPixelColor(i, 0, 0, 20);  // 设置颜色为蓝色
    strip.show();              // 展示颜色
    delay(50);                 // 50毫秒的延迟
  }
}
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• （5）实现现象(部分展示)：
  
  

2、彩色流水灯（顺时针、逆时针）

• （1）本实验采用Arduino UNO R3开发板及自主搭建电路的方式，实现预设功能。

• （2）彩色流水灯（顺时针、逆时针）的电路图，如下图所示：
  

• （3）实验准备：下载安装 “FastLED” 库文件。

• （4）实现功能：炫彩流水灯，先是6圈顺时针彩色流水灯，再是6圈逆时针的彩色流水灯，最后重复操作，6圈顺时针、6圈逆时针彩色流水灯效果。

代码实现：

//WS2812，RGB灯环
//炫彩流水灯，顺时针、逆时针的彩色流水灯

#include 

#define LED_PIN 7
#define NUM_LEDS 32

CRGB leds[NUM_LEDS];

void setup()
{
  FastLED.addLeds<WS2812, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
  FastLED.setMaxPowerInVoltsAndMilliamps(5, 500);
  FastLED.clear();
  FastLED.show();
}

void loop()
{
  //深色，红色→绿色，顺时针
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(255 - 7 * i, 7 * i, 0 );
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //深色，绿色→蓝色，顺时针
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(0, 255 - 7 * i, 7 * i );
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //深色，蓝色→红色，顺时针
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(7 * i, 0, 255 - 7 * i );
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //浅色，红色→绿色，顺时针
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(255 - 7 * i, 7 * i, 255);
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //浅色，绿色→蓝色，顺时针
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(255, 255 - 7 * i, 7 * i);
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //浅色，蓝色→红色，顺时针
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(7 * i, 255, 255 - 7 * i);
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //深色，红色→蓝色，逆时针
  for (int i = NUM_LEDS; i > 0; i-- )
  {
    leds[i] = CRGB(255 - 7 * i, 0, 7 * i );
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //深色，蓝色→绿色，逆时针
  for (int i = NUM_LEDS; i > 0; i-- )
  {
    leds[i] = CRGB(0, 7 * i, 255 - 7 * i );
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //深色，绿色→红色，逆时针
  for (int i = NUM_LEDS; i > 0; i-- )
  {
    leds[i] = CRGB(7 * i , 255 - 7 * i, 0);
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //浅色，红色→蓝色，逆时针
  for (int i = NUM_LEDS; i > 0; i-- )
  {
    leds[i] = CRGB(255 - 7 * i, 255, 7 * i );
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //浅色，蓝色→绿色，逆时针
  for (int i = NUM_LEDS; i > 0; i-- )
  {
    leds[i] = CRGB(255, 7 * i, 255 - 7 * i );
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //浅色，绿色→红色，逆时针
  for (int i = NUM_LEDS; i > 0; i-- )
  {
    leds[i] = CRGB(7 * i , 255 - 7 * i, 255);
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }
}
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• （5）实现现象(部分展示)：
  
  

3、彩虹灯环

• （1）本实验采用Arduino UNO R3开发板及自主搭建电路的方式，实现预设功能。

• （2）彩虹灯环的电路图，如下图所示：
  

• （3）实验准备：下载安装 “FastLED” 库文件。

• （4）实现功能：炫彩流水灯，灯环呈现彩虹色，依次显示赤橙黄绿青蓝紫。

//WS2812，RGB灯环
//炫彩流水灯，灯环呈现彩虹色：赤橙黄绿青蓝紫

#include 

#define LED_PIN 7
#define NUM_LEDS 32

CRGB leds[NUM_LEDS];

void setup()
{
  FastLED.addLeds<WS2812, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
  FastLED.setMaxPowerInVoltsAndMilliamps(5, 500);
  FastLED.clear();
  FastLED.show();
}

void loop()
{
  //红色→橙色→黄色
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(255, 7 * i + 31, 0 );
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //黄色→绿色
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(224 - 7 * i, 255, 0 );
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //绿色→青色→蓝色
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(0, 224 - 7 * i, 7 * i + 31);
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //蓝色→紫色
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(7 * i, 0, 255);
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }

  //紫色→红色
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ )
  {
    leds[i] = CRGB(255, 0, 224 - 7 * i);
    FastLED.setBrightness(20);
    FastLED.show();
    delay (50);
  }
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• （5）实现现象(部分展示)：
  
  

总结

• 通过上述三个实验，实现了Arduino控制WS2812B灯环，从电路原理到编程实现，进一步了解RGB彩灯的控制原理。

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参考资料1: WS2812B引脚图及功能，应用电路和原理说明
参考资料2: 用Arduino制作溢彩流光的LED梦幻灯带
参考资料3: 【雕爷学编程】Arduino动手做（124）—24位WS2812环形灯板
参考资料4: 秒上手！使用Arduino控制基于WS2812B的LED灯条