用 ESP32 制造炫彩 LED 球

MAKER:jiripraus／译：趣无尽 Cherry（转载请注明出处） 本期带大家制作一个 LED 的炫彩发光球，使用 3D 打印外壳搭建球体并将 LED 灯嵌入在球体表面，最后再上传代码，一个颜色绚丽的 LED 球就完成了。用它来做装饰品，效果异常炫酷！ 焊接球体会比较耗时，大家一定要有耐心。

材料清单

ESP32 开发板（带电池） × 1 WS2812b RGB LED × 200 1000mAh 锂电池 × 1 0.8mm 黄铜线 × 若干 锡焊 × 若干 助焊剂 × 若干 3D 打印机 × 1 窄钳 × 1 圆嘴钳 × 1 侧切刀 × 1 焊台 × 1 镊子 × 1

3D 打印外壳 1、设计出 3D 打印的球体模板，球体的模板是由四个部分组成的半圆。

2、再由两个环固定到位。这四个组成部分很重要，注意这四个部分分为 templateA 和 templateB 两种，因为球体不是完全对称的。请分别打印两次这两个部分就可以打印出一个半圆球体。

3D 打印文件请在项目文件库中下载。 https://gitee.com/fusang0316/esp32-ws2812-rgb-led/tree/master/3D%E6%89%93%E5%8D%B0%E6%96%87%E4%BB%B6 制作黄铜圈

整个球体由十一个 LED 环组成，每个环由两条圆形的线和一定数量的 LED 组成。整个球体共需要二十二个黄铜圈。如图所示，纸上画出半个球体所需的黄铜圈的大小。具体的大小还是根据你的实际情况来。

关于环形的文件请在项目文件库中下载。 https://gitee.com/fusang0316/esp32-ws2812-rgb-led/blob/master/3D%E6%89%93%E5%8D%B0%E6%96%87%E4%BB%B6/rings.svg 放置 LED 灯 1、从模板的最底部处开始安放 LED。第一环由八个 LED 灯组成。用黑色记号笔在底部标记出 LED 灯的所有 GND 引线，以便能够识别 GND（VSS）引脚的位置。放置所有 LED 灯时，应将 GND 引脚朝向环内，VCC 引脚朝向环外。如图所示，之后的每一环都是如此，内线接地，外线通电。

2、每个 LED 灯都会涂抹一些助焊剂中，以便插入它们时，能够更好的固定在插槽内。

3、插入内环并所有的 GND 引脚焊接到环上。插入外环并将所有的 VCC 引脚焊接到环上。其中 VCC 引脚位于 GND 引脚的对角线上。确保环上没有连接 LED 灯的任何 DATA（DIN 和 DOUT）引线。

4、模板上一共六个环，LED 灯分布情况如下（从底部到顶部依次排列）： 第一个环为八个 LED 灯，第二个环为十四个 LED 灯，第三个环为十八个 LED 灯，第四个环为二十个 LED 灯，第五个环为二十四个 LED 灯，第六个环为二十六个 LED 灯。

请注意整个球体只需要一个第六个环，因为它是中间的一圈。因此，球体一半带有五个环的 LED 灯，另一半带有六个环的 LED 灯。 WS2812b LED 说明 这款 LED 灯是可独立寻址的 RGB LED 灯。你只需一根电线就可以点亮它，颜色可选。与经典的通过电流量来调节亮度的 LED 灯不同，WS2812b 会始终处于供电状态并且通过数字信号来控制光。你可以任意选择灯光的颜色。你可能会问，它需要三根线吗？再用第四根线为控制链中的下一个 LED 供电。它最大的特点是将所有灯都放在一起，只用一根线来控制它们。你只需按照说明中的将第一个 LED 灯连接到其他 LED 灯上，如此继续即可。 https://gitee.com/fusang0316/esp32-ws2812-rgb-led/blob/master/WS2812B%20Datasheet.pdf 架接数据线 电源线是环形的，这个部分已经完成。现在，需要连接 LED 灯的其他两条引线——DIN 和 DOUT。DIN 位于 GND 引脚旁，DOUT 位于 VCC 引脚旁。使用 5mm 长的线来连接。期间，务必确保数据线不接地或电源环，务必确保不要将数据引脚焊接到电源环。请正确操作，这很重要。

从最里一环开始一圈一圈地连接。当你连接完成并达到与上一环的交叉点时，就可以跳到上一环了。我使用 C 形跳线来连接两个后续环的数据引脚。因为 C 形跳线可以绕过接地线和电源线。然后再继续连接下去直到所有 LED 灯都串连起来。

最后，只剩下两条引线为连接，一根位于最顶端的环上，那是整个半球的主导 DIN 引线。另一个在底部，那是一个 DOUT 引线。

连接电源线并制作另一半 将半球上每个环之间的电源线互连。连接它们时可以创建某种结构让它们串在一起。我再次使用 C 形跳线的方式来连接电源和相邻圈的 GND 线。前面三个较小的环上至少使用四根跳线，在较大的三个环上使用至少八根跳线。这样结构就会比较稳固。

取下模具上固定四个部分的塑料环。并开始加固每个零件。请注意在过程中，不要损坏任何一个 LED 灯。

现在半球就完成了，可以开始制作另一个半。再制作的半球的环数会不一样。就如之前提到的那样，如果你的第一个半球是六环，那么第二个半球就是五环，反之亦然。 测试两个半球 在将两个半球组装前，你最好将两个半球测试一下。 1、使用万用表进行简单测试，并检查电源线和地线之间是否短路。

2、将两条短线焊接到每个半球接地线和电源线上。将电源线连接至 ESP32 板的 3.3V 引脚并接地。将所有 LED 灯都连接到一条线上。

3、取较小的半球（五个环），将它的 DIN 连接到 ESP32 板的 IO21 引脚上，将 DOUT 连接到第二个半球的 DIN 引脚上。现在，只剩下一个未连接的 LED 引脚——大半球的 DOUT 引脚。那是链中的最后一个 LED 灯。然后接通 ESP32 电路板的电源，再上传代码。

4、如果所有的灯都点亮就成功了。如果没有，并且终止在某处，请仔细检查 LED 灯上是否有冷接点或短路。

插入微控制器和电池 1、处理 ESP32 开发板。将开关从板子上移除（你无法接触到它，因为它将嵌入在球体内）并用两条铜线代替它。将其悬空，将微控制器放入球体中时，将其焊接。 2、将电路板的角落的三或四个螺孔填充封闭，因为不会使用到，而且可以使它们更易于连接到球体上。

3、取较小的半球，将微控制器放置其底部的中心处，并将 USB 和电池连接器朝向球部的外侧。将角孔焊接到最小的环上，它是接地的，将两根开关线穿过孔，然后将之前移除的开关焊接到它们上。开关是金属主体，也可以焊接到最小的环上。请确保不要让开关线与结构短路，也不要让电源开关超出球体。

4、取一根线将其焊接到 ESP32 板上的 3.3V 引脚上。然后将另一端焊接到球体的最后一个环上，它是接电源的。我通过接地和电路板 GND 引脚之间焊接的直线来增强内部结构。

5、确保在板子背面留出一块可容纳电池的空间。用铜线将主导的 DIN 引脚连接到 ESP32 的 IO21 引脚上。现在半球已经设置好，连接电池即可进行测试。 6、将电池连接到 ESP32 板的背面，然后通过孔将其连接。 焊接球体 1、焊接前，测试 ESP32 板上的螺孔是否接地。同时在它和电路板的最近的 GND 引脚之间加一条短线，它将为第二个半球提供接地。

2、焊接短线，将 DOUT 从第一个半球连接到第二个半球的 DIN 引脚上（与测试阶段相同）。取一根 2mm 长的电线，并将其焊接到第二个半球的最上面的环上。我一共使用了八根这样的线。最上面的两个环都通电。因此将每个半球的两个最上面的环焊接在一起是安全的。将两个半球放置在一起并焊接。确保它们之间的空间均匀且平滑。最后，将 ESP32 板的螺丝孔与最小的接地环线连接起来。

编程 Arduino IDE 源代码： /* 用 ESP32 制造炫彩 LED 球 使用 Neopixel BUS 库控制LED Arduino IDE 源代码：*/

#include <NeoPixelBus.h> #include <NeoPixelAnimator.h>

#define PIN_LEDS 21 #define NUMPIXELS 194

#define LIGHTNESS 0.05f #define BRIGHTNESS 60 //亮度

RgbColor BLACK(0, 0, 0); RgbColor RED(BRIGHTNESS, 0, 0); RgbColor GREEN(0, BRIGHTNESS, 0); RgbColor BLUE(0, 0, BRIGHTNESS); RgbColor YELLOW(BRIGHTNESS, BRIGHTNESS, 0); RgbColor WHITE(BRIGHTNESS, BRIGHTNESS, BRIGHTNESS);

NeoPixelBus<NeoGrbFeature, Neo800KbpsMethod> leds(NUMPIXELS, PIN_LEDS);

NeoPixelAnimator animations(10); // 新像素动画管理对象

#define NUM_RINGS 11 #define RING_MAX_PIXELS 26 //定义环_最大_像素 #define RING_MIN_PIXELS 8 //定义环_最小_像素

// 所有的环从0射线开始 byte RINGS[NUM_RINGS][RING_MAX_PIXELS] = { {78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 77}, // 8 {65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 63, 64}, // 14 {48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 45, 46, 47}, // 18 {28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 25, 26, 27}, // 20 {5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 1, 2, 3, 4}, // 24 {102, 101, 100, 99, 98, 97, 96, 95, 94, 93, 92, 91, 90, 89, 88, 87, 86, 85, 110, 109, 108, 107, 106, 105, 104, 103}, // 26 {127, 126, 125, 124, 123, 122, 121, 120, 119, 118, 117, 116, 115, 114, 113, 112, 111, 134, 133, 132, 131, 130, 129, 128}, // 24 {148, 147, 146, 145, 144, 143, 142, 141, 140, 139, 138, 137, 136, 135, 154, 153, 152, 151, 150, 149}, // 20 {167, 166, 165, 164, 163, 162, 161, 160, 159, 158, 157, 156, 155, 172, 171, 170, 169, 168}, // 18 {182, 181, 180, 179, 178, 177, 176, 175, 174, 173, 186, 185, 184, 183}, // 14 {192, 191, 190, 189, 188, 187, 194, 193} // 8 };

byte RING_SIZES[NUM_RINGS] = {8, 14, 18, 20, 24, 26, 24, 20, 18, 14, 8};

unsigned long startMillis = 0; short animation = 0;

void setup() { Serial.begin(115200); initRandom();

leds.Begin(); leds.ClearTo(BLACK); leds.Show();

/可以变化的 6 个动画为：1、垂直圆模式；2、水平圆模式；3、垂直彩虹模式；4、水平彩虹模式； 5、彩虹模式:单色渐变；6、随机模式。/ animations.StartAnimation(0, 6000, rainbowAnimation); //彩虹模式:单色渐变 animations.StartAnimation(0, 2000, raysRainbow); //水平彩虹模式 animations.StartAnimation(0, 2000, ringsRainbow); //垂直彩虹模式 animations.StartAnimation(0, 800, white_and_red_OrbAnimation); //水平圆模式：0、5、10白色长亮、3、7红白水平替换滚动，<1、2、4、6、8、9红色长亮> animations.StartAnimation(0, 800, blue_and_red_OrbAnimation); //水平圆模式：0、5、10红色长亮、3、7红蓝水平替换滚动，<1、2、4、6、8、9蓝色长亮> animations.StartAnimation(0, 100, randomAnimation); //随机模式 //***************************************************************** animations.StartAnimation(0, 1000, BLUEAnimation); //垂直圆模式：蓝环 animations.StartAnimation(0, 1000, GREENAnimation); //垂直圆模式：绿环 animations.StartAnimation(0, 1000, REDAnimation); //垂直圆模式：红环 animations.StartAnimation(0, 1000, WHITEAnimation); //垂直圆模式：白环 animations.StartAnimation(0, 1000, blue_red_Animation); //垂直圆模式：蓝色长亮,红环上下 animations.StartAnimation(0, 1000, green_red_Animation); //垂直圆模式：绿色长亮,红环上下 animations.StartAnimation(0, 1000, white_red_Animation); //垂直圆模式：红色长亮,白环上下 //***************************************************************** //垂直环动态单色环 animations.StartAnimation(0, 500, BLUE_Animation); //水平圆模式:蓝环 animations.StartAnimation(0, 500, RED_Animation); //水平圆模式:红环 animations.StartAnimation(0, 500, GREEN_Animation); //水平圆模式:绿环 animations.StartAnimation(0, 500, WHITE_Animation); //水平圆模式:白环 }

void loop() { animations.UpdateAnimations();

leds.Show(); delay(10);

if (true && (startMillis == 0 || startMillis + 20000 < millis())) { // 30s false or true startMillis = millis(); switch (animation) { case 0: animations.StartAnimation(0, 800, white_and_red_OrbAnimation); //水平圆模式：0、5、10白色长亮、3、7红白水平替换滚动，<1、2、4、6、8、9红色长亮> break; case 1: animations.StartAnimation(0, 1000, BLUEAnimation); //垂直圆模式：蓝环 break; case 2: animations.StartAnimation(0, 1000, GREENAnimation); //垂直圆模式：绿环 break; case 3: animations.StartAnimation(0, 1000, REDAnimation); //垂直圆模式：红环 break; case 4: animations.StartAnimation(0, 1000, WHITEAnimation); //垂直圆模式：白环 break; case 5: animations.StartAnimation(0, 1000, blue_red_Animation); //垂直圆模式：蓝色长亮,红环上下 break; case 6: animations.StartAnimation(0, 1000, green_red_Animation); //垂直圆模式：绿色长亮,红环上下 break; case 7: animations.StartAnimation(0, 1000, white_red_Animation); //垂直圆模式：红色长亮,白环上下 break; case 8: animations.StartAnimation(0, 2000, ringsRainbow); //垂直彩虹模式 break; case 9: animations.StartAnimation(0, 2000, raysRainbow); //水平彩虹模式 break; case 10: animations.StartAnimation(0, 6000, rainbowAnimation); //彩虹模式:单色渐变 break; case 11: animations.StartAnimation(0, 100, randomAnimation); //随机模式 break; case 12: animations.StartAnimation(0, 500, BLUE_Animation); //水平圆模式:蓝环 break; case 13: animations.StartAnimation(0, 500, RED_Animation); //水平圆模式:红环 break; case 14: animations.StartAnimation(0, 500, GREEN_Animation); //水平圆模式:绿环 break; case 15: animations.StartAnimation(0, 500, WHITE_Animation); //水平圆模式:白环 break; case 16: animations.StartAnimation(0, 800, blue_and_red_OrbAnimation); //水平圆模式：0、5、10红色长亮、3、7红蓝水平替换滚动，<1、2、4、6、8、9蓝色长亮> animation = 0; break; } animation ++; } }

void randomAnimation(const AnimationParam& param) { float hue; HslColor color;

if (param.state == AnimationState_Completed) { for (byte i = 0; i < 194; i ++) { hue = random(0, 1000) / 1000.0f; color = HslColor(hue, 1.0f, LIGHTNESS); leds.SetPixelColor(i, color); }

animations.RestartAnimation(0);

} }

void rainbowAnimation(const AnimationParam& param) { HslColor color = HslColor(param.progress, 1.0f, LIGHTNESS); leds.ClearTo(color);

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } }

void raysRainbow(const AnimationParam& param) { HslColor color; float hue;

for (int i = 0; i < RING_MAX_PIXELS; i++) { hue = param.progress + (float) i / (float) RING_MAX_PIXELS; if (hue > 1.0f) { hue -= 1.0f; }

color = HslColor(hue, 1.0f, LIGHTNESS);
rayColor(i, RgbColor(color));

}

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } }

void ringsRainbow(const AnimationParam& param) { HslColor color; float hue;

for (int i = 0; i < NUM_RINGS; i++) { hue = param.progress + (float) i / (float) NUM_RINGS; if (hue > 1.0f) { hue -= 1.0f; }

color = HslColor(hue, 1.0f, LIGHTNESS);
ringColor(i, RgbColor(color));

}

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //***************************************************************** //0、5、10白色长亮、3、7红白水平替换滚动，<1、2、4、6、8、9红色长亮> void white_and_red_OrbAnimation(const AnimationParam& param) { ringColor(0, WHITE); ringColor(1, RED); ringColor(2, RED); ringColor(3, RED); ringColor(4, RED); ringColor(5, WHITE); ringColor(6, RED); ringColor(7, RED); ringColor(8, RED); ringColor(9, RED); ringColor(10, WHITE);

byte offset = round(param.progress); for (byte i = offset; i < RING_SIZES[3]; i+=2) { leds.SetPixelColor(RINGS[3][i] - 1, WHITE); } for (byte i = offset; i < RING_SIZES[7]; i+=2) { leds.SetPixelColor(RINGS[7][i] - 1, WHITE); }

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //***************************************************************** //0、5、10红色长亮、3、7红蓝水平替换滚动，<1、2、4、6、8、9蓝色长亮> void blue_and_red_OrbAnimation(const AnimationParam& param) { ringColor(0, RED); ringColor(1, BLUE); ringColor(2, BLUE); ringColor(3, BLUE); ringColor(4, BLUE); ringColor(5, RED); ringColor(6, BLUE); ringColor(7, BLUE); ringColor(8, BLUE); ringColor(9, BLUE); ringColor(10, RED);

byte offset = round(param.progress); for (byte i = offset; i < RING_SIZES[3]; i+=2) { leds.SetPixelColor(RINGS[3][i] - 1, RED); } for (byte i = offset; i < RING_SIZES[7]; i+=2) { leds.SetPixelColor(RINGS[7][i] - 1, RED ); }

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //***************************************************************** //BLUE旋转 void BLUEAnimation(const AnimationParam& param) { int index = param.progress * (NUM_RINGS * 2 - 2);

leds.ClearTo(BLACK); if (index < NUM_RINGS) { ringColor(index, BLUE); } else { ringColor(NUM_RINGS - (index - NUM_RINGS) - 2, BLUE); }

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //GREEN旋转 void GREENAnimation(const AnimationParam& param) { int index = param.progress * (NUM_RINGS * 2 - 2);

leds.ClearTo(BLACK); if (index < NUM_RINGS) { ringColor(index, GREEN); } else { ringColor(NUM_RINGS - (index - NUM_RINGS) - 2, GREEN); }

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //RED旋转 void REDAnimation(const AnimationParam& param) { int index = param.progress * (NUM_RINGS * 2 - 2);

leds.ClearTo(BLACK); if (index < NUM_RINGS) { ringColor(index, RED); } else { ringColor(NUM_RINGS - (index - NUM_RINGS) - 2, RED); }

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //WHITE旋转 void WHITEAnimation(const AnimationParam& param) { int index = param.progress * (NUM_RINGS * 2 - 2);

leds.ClearTo(BLACK); if (index < NUM_RINGS) { ringColor(index, WHITE); } else { ringColor(NUM_RINGS - (index - NUM_RINGS) - 2, WHITE); }

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //************************************************************************* void blue_red_Animation(const AnimationParam& param) { //垂直圆模式：蓝色长亮,红环上下 int index = param.progress * (NUM_RINGS * 2 - 2);

leds.ClearTo(BLUE); if (index < NUM_RINGS) { ringColor(index, RED); } else { ringColor(NUM_RINGS - (index - NUM_RINGS) - 2, RED); }

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } void green_red_Animation(const AnimationParam& param) { //垂直圆模式：绿色长亮,红环上下 int index = param.progress * (NUM_RINGS * 2 - 2);

leds.ClearTo(GREEN); if (index < NUM_RINGS) { ringColor(index, RED); } else { ringColor(NUM_RINGS - (index - NUM_RINGS) - 2, RED); }

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } void white_red_Animation(const AnimationParam& param) { //垂直圆模式：红色长亮,白环上下 int index = param.progress * (NUM_RINGS * 2 - 2);

leds.ClearTo(RED); if (index < NUM_RINGS) { ringColor(index, WHITE); } else { ringColor(NUM_RINGS - (index - NUM_RINGS) - 2, WHITE); }

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //************************************************************************** //垂直环动态单色环 //蓝色 void BLUE_Animation(const AnimationParam& param) { int index = param.progress * (RING_MAX_PIXELS / 2);

if (index > 12) { index = 12; } leds.ClearTo(BLACK); rayColor(index, BLUE); rayColor(index + (RING_MAX_PIXELS / 2), BLUE);

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //绿色 void GREEN_Animation(const AnimationParam& param) { int index = param.progress * (RING_MAX_PIXELS / 2);

if (index > 12) { index = 12; } leds.ClearTo(BLACK); rayColor(index, GREEN); rayColor(index + (RING_MAX_PIXELS / 2), GREEN);

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //红色 void RED_Animation(const AnimationParam& param) { int index = param.progress * (RING_MAX_PIXELS / 2);

if (index > 12) { index = 12; } leds.ClearTo(BLACK); rayColor(index, RED); rayColor(index + (RING_MAX_PIXELS / 2), RED);

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //白色 void WHITE_Animation(const AnimationParam& param) { int index = param.progress * (RING_MAX_PIXELS / 2);

if (index > 12) { index = 12; } leds.ClearTo(BLACK); rayColor(index, WHITE); rayColor(index + (RING_MAX_PIXELS / 2), WHITE);

if (param.state == AnimationState_Completed) { animations.RestartAnimation(0); } } //**************************************************************************

void rayColor(byte rayIndex, RgbColor color) { int pixelIndex; byte pixel;

if (rayIndex >= RING_MAX_PIXELS) { return; // 防止越界 }

for (byte i = 0; i < NUM_RINGS; i ++) { pixelIndex = round((float) RING_SIZES[i] / (float) RING_MAX_PIXELS * rayIndex); pixel = RINGS[i][pixelIndex]; if (pixel == 0) { continue; // 跳过条件 } leds.SetPixelColor(pixel - 1, color); // 索引从1开始(0是停止条件) } }

void ringColor(byte ringIndex, RgbColor color) { byte pixel;

if (ringIndex >= NUM_RINGS) { return; // 防止越界 }

for (byte i = 0; i < RING_MAX_PIXELS; i ++) { pixel = RINGS[ringIndex][i]; if (pixel == 0) { return; // 结束条件 } leds.SetPixelColor(pixel - 1, color); // 索引从1开始(0是停止条件) } }

void initRandom() { // random works best with a seed that can use 31 bits // 未连接引脚上的模拟读数倾向于少于4位 uint32_t seed = analogRead(0); delay(1);

for (int shifts = 3; shifts < 31; shifts += 3) { seed ^= analogRead(0) << shifts; delay(1); }

// Serial.println(seed); randomSeed(seed); }

RgbColor colorWheel(byte wheelPos) { // 输入一个0到255的值来获得一个颜色值。 // 颜色是从r - g - b -回到r的过渡 wheelPos = 255 - wheelPos; if (wheelPos < 85) { return RgbColor(255 - wheelPos * 3, 0, wheelPos * 3); } if (wheelPos < 170) { wheelPos -= 85; return RgbColor(0, wheelPos * 3, 255 - wheelPos * 3); } wheelPos -= 170; return RgbColor(wheelPos * 3, 255 - wheelPos * 3, 0); }