描述

該項(xiàng)目是一個(gè)實(shí)體的便攜式 LED 標(biāo)志，形狀為 Counter-Strike : Global Offensive (CS:GO) 團(tuán)隊(duì) Astralis 的標(biāo)志。它主要基于 FastLED 庫(kù)以及可編程的 WB2812B LED 燈條。一切都由 Arduino Nano 和便攜式移動(dòng)電源供電。

這旨在遍歷項(xiàng)目的各個(gè)部分，例如：

• 標(biāo)志是如何構(gòu)建的

• 電路和單個(gè)組件

• 代碼以及它如何將所有內(nèi)容連接在一起

標(biāo)牌是如何建造的？

標(biāo)志的主要部分由木質(zhì)刨花板制成，并按照 Astralis 標(biāo)志的輪廓切割而成。切口的高度為 50 厘米，寬度為 40 厘米。手柄由 2、1 厘米 x 2、1 厘米的木梁組成，用膠帶包裹，以提高長(zhǎng)時(shí)間握持時(shí)的舒適度。

連接物理接口的控制箱由makercase.com 制作，它可以生成給定形狀的切口 - 在這種情況下，是一個(gè)打開(kāi)的盒子 - 具有不同的測(cè)量值，可以導(dǎo)出為 SVG 文件。然后將該文件導(dǎo)入 Adob??e Illustrator，在其中添加最終細(xì)節(jié)，例如控件的文本雕刻和按鈕的剪切。然后用激光切割機(jī)切割控制箱，最后用木膠粘在一起。請(qǐng)參閱圖像文件夾下的圖像。

使用什么硬件？

用于使標(biāo)志工作的組件如下：

• Arduino納米

• WS2812B 可尋址 RGB LED 燈條

• 7段顯示

• 74HC595 移位寄存器

• 按鈕

• 電位器

WS2812B RGB LED燈條

該項(xiàng)目的核心是能夠以不同類(lèi)型的照明序列照亮標(biāo)志本身。WS2812B 可尋址 LED 燈條有多種型號(hào)，尺寸、密封劑或LED 密度不同。對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，我使用了 60 個(gè) LED 的密度。儀表不防水，因?yàn)樗鼘⒃诒荣惼陂g在室內(nèi)使用。條帶用雙面膠帶直接粘在板上。它直接從為該項(xiàng)目中的所有組件供電的移動(dòng)電源提供 5v 電壓，以及一個(gè) 1000 μF 的電容器，以節(jié)省燈帶上的第一個(gè) LED 以應(yīng)對(duì)潛在的電涌，從而將它們煎炸。你可以在這里閱讀更多。

7段顯示

該顯示器內(nèi)部只有 8 個(gè) LED。它被分成稱(chēng)為 a、b、c、d、e、f、g 和 DP 的段，并且可以以不同的組合點(diǎn)亮以表示阿拉伯?dāng)?shù)字和點(diǎn) (DP)。此 GIF 顯示了每個(gè) LED 的尋址方式：

?

為了快速識(shí)別標(biāo)志正在運(yùn)行的照明順序，可以相當(dāng)快地讀出數(shù)字，因?yàn)樗挥诒趁娴捻樞虬粹o旁邊。當(dāng)序列循環(huán)時(shí)，數(shù)字將從“1”開(kāi)始，表示序列已重置。作為故障保險(xiǎn)，如果發(fā)生錯(cuò)誤，顯示器被編程為顯示“E”。

顯示的數(shù)字取決于通過(guò) 74HC595 移位寄存器發(fā)送多少位，這將在下一節(jié)中詳細(xì)說(shuō)明。

您可以在此鏈接上進(jìn)一步閱讀 7 段顯示器以及其他用途。

74HC595 - 位移位寄存器

通常，為了控制 7 段顯示器中的每個(gè) LED，需要將每個(gè)引腳連接到 Arduino。這樣，如果您要使用多個(gè)數(shù)字引腳，您將很快用完引腳。這就是移位寄存器派上用場(chǎng)的地方。通過(guò)串聯(lián)一個(gè)移位寄存器，我們只需使用 3 個(gè) I/O 引腳就可以完成控制多達(dá) 8 個(gè) LED 的任務(wù)。不僅如此；如果您想控制更多顯示器，您可以將更多的移位寄存器鏈接在一起，從而節(jié)省更多的引腳。對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)數(shù)字就足夠了。

595 有兩個(gè)寄存器（可以認(rèn)為是“內(nèi)存容器”），每個(gè)寄存器只有 8 位數(shù)據(jù)。根據(jù)您發(fā)送到 595 的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將首先被存儲(chǔ)，并且只有在 595 被鎖存后才傳輸?shù)捷敵鲆_。

您可以在此詳細(xì)指南中閱讀有關(guān) 74HC595 的更深入說(shuō)明。

序列按鈕

標(biāo)志本身的想法是它存儲(chǔ)了多個(gè)照明序列，您可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的按鈕在它們之間切換。主要思想是，通過(guò)單次按下，一旦按鈕被按下和釋放，標(biāo)志應(yīng)該進(jìn)入下一個(gè)照明序列。按鈕有多種尺寸和形狀，但在發(fā)送 HIGH 或 LOW 信號(hào)方面，它們中的許多都有相同的問(wèn)題。這通常被稱(chēng)為“彈跳”信號(hào)，其中信號(hào)在短時(shí)間內(nèi)（通常為幾毫秒）快速上下跳躍多次。這可以通過(guò)實(shí)施所謂的“去抖動(dòng)”來(lái)解決。下圖是一個(gè)按鈕被按下和釋放的例子，在穩(wěn)定之前反彈信號(hào)。

?

去抖

當(dāng)您物理按下普通按鈕時(shí)，兩塊金屬會(huì)相互接觸。如果這兩個(gè)小金屬片不是完全平坦或完全對(duì)齊（而且它們不是），那么它們可以建立和斷開(kāi)幾次接觸，然后再牢固地壓在一起以使其始終導(dǎo)電。對(duì)于微控制器來(lái)說(shuō)，當(dāng)您認(rèn)為您只按下了一次按鈕時(shí)，該按鈕似乎被多次按下且持續(xù)時(shí)間極短。去抖動(dòng)就是要確保您和微控制器就按鈕按下或釋放事件發(fā)生的時(shí)間達(dá)成一致。這就是在沒(méi)有任何形式的去抖動(dòng)的情況下注冊(cè)按鈕按下的方式。

?

最簡(jiǎn)單的硬件解決方案（如上圖所示）是使用 10K 歐姆電阻和 1μF 電容去抖動(dòng)。對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，去抖動(dòng)功能至關(guān)重要，因?yàn)闃?biāo)志存儲(chǔ)了多個(gè)照明序列。如果按鈕在一個(gè)按鈕中記錄了多個(gè)“推動(dòng)”，則序列將快速循環(huán)，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的循環(huán)。

有關(guān)更詳細(xì)的說(shuō)明，您可以在此處進(jìn)一步閱讀。

亮度控制

在控制界面的最左側(cè)，可以控制 LED 的亮度。這是通過(guò)使用電位計(jì)完成的，該電位計(jì)充當(dāng)可變電阻器，通常用于控制電氣設(shè)備，例如音量控制，或者在這種情況下是照明。但是，根據(jù)電位器的轉(zhuǎn)動(dòng)程度，電阻器只允許總電流的一部分，可以通過(guò)模擬信號(hào)讀取。軟件部分將進(jìn)一步解釋如何讀取和使用該信號(hào)。

有關(guān)電位器如何工作的更詳細(xì)說(shuō)明，您可以在此處閱讀更多信息。

代碼是如何工作的？

運(yùn)行 WS2812B LED 燈條的代碼是在FastLED庫(kù)的幫助下編寫(xiě)的。FastLED 庫(kù)是一種簡(jiǎn)單快捷的方法，可以按照您希望的順序點(diǎn)亮單個(gè) LED，并生成照明模式。

燈光效果主要基于這個(gè)網(wǎng)站，展示了一些效果以及代碼和設(shè)置。這些效果基于for循環(huán)的概念，是運(yùn)行這些效果的好方法。但是，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了添加一個(gè)按鈕以在效果之間進(jìn)行切換，并且此功能帶有一個(gè)問(wèn)題。循環(huán)“for占用”正在運(yùn)行的代碼，并且僅在循環(huán)完成后繼續(xù)。因此，如果您在for循環(huán)運(yùn)行時(shí)按下按鈕，則推送不會(huì)注冊(cè)。

正因?yàn)槿绱?，為了通過(guò)使用全局變量來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題并減少使用的循環(huán)數(shù)量，已經(jīng)重寫(xiě)了所使用的效果。for

下面顯示的兩個(gè)示例具有相同的效果，但以?xún)煞N不同的方式編寫(xiě)。第一個(gè)是原始效果，在運(yùn)行時(shí)沒(méi)有注冊(cè)按鈕按下，而第二個(gè)示例這樣做是因?yàn)樗褂昧巳肿兞?，可以在函?shù)外部使用theaterChase.

示例一：

void theaterChase(byte red, byte green, byte blue, int SpeedDelay) {
  for (int j=0; j<10; j++) {
  //do 10 cycles of chasing
    for (int q=0; q < 3; q++) {
      for (int i=0; i < NUM_LEDS; i=i+3) {
        setPixel(i+q, red, green, blue);
    //turn every third pixel on
      }      
    showStrip();           
    delay(SpeedDelay);
    for (int i=0; i < NUM_LEDS; i=i+3) {
        setPixel(i+q, 0,0,0);        //turn every third pixel off
      }
    }
  }
}

示例二：

int theaterDistance = 3;
int theaterDelay = 300;
int theaterJ = 0;
int theaterI = 0;
void theaterChase(byte red, byte green, byte blue) {
  if (theaterI == 0) {
    for (int i=0; i < NUM_LEDS; i++) {
      setPixel(i, 0,0,0);
    }
    for (int i=0; i < NUM_LEDS; i+=theaterDistance) {
      setPixel(i+theaterJ, red, green, blue);
    //turn every theaterDistance pixel on
    }    
    showStrip();
    theaterJ = (theaterJ + 1) % theaterDistance;
  }
  theaterI = (theaterI + 1) % theaterDelay;
}

如前所述，LED 的亮度通過(guò)電位器進(jìn)行控制。信號(hào)最初被讀取為 0 到 1023 之間的值。FastLED 庫(kù)僅使用 0 到 255 之間的數(shù)字來(lái)定義亮度。然后需要用map函數(shù)映射數(shù)字，如下所示，然后用變量MIN_BRIGHTNESS和進(jìn)行約束MAX_BRIGHTNESS，用作限制器。

 int brightnessValue = map(analogRead(brightnessPin), 0, 1023, 0, 255);
 FastLED.setBrightness(constrain(brightnessValue, MIN_BRIGHTNESS, MAX_BRIGHTNESS));

正如硬件中的去抖部分所討論的，按鈕在按下和釋放時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生“噪音”。下面的代碼會(huì)在短時(shí)間內(nèi)檢查兩次，以確保確實(shí)按下了按鈕。

按鈕按下后加sequenceNumber一，并運(yùn)行與數(shù)字對(duì)應(yīng)的照明功能。它還清除應(yīng)該保留在 LED 中的所有數(shù)據(jù)，setAll(0, 0, 0);并將正確的數(shù)字轉(zhuǎn)移到 74HC595 以點(diǎn)亮 7 段顯示器上的相應(yīng)序列號(hào)。

// LED lightning sequence control
  buttonState = digitalRead(buttonPin);
  if (buttonState != lastButtonState) {
    if (buttonState == HIGH) {
      sequenceNumber = (sequenceNumber+1) % 5;
      writeAndShift(sequenceNumber + 1);
      setAll(0, 0, 0);
       }  
    }  // save the current state as the last state, for next time through theloop  
    lastButtonState = buttonState;

最后，Arduino 需要知道根據(jù)sequenceNumber變量運(yùn)行哪個(gè)照明序列。這是通過(guò)使用switch和case語(yǔ)句完成的。這些工作就像if語(yǔ)句一樣，但更好看。switch(sequenceNumber)用于定義語(yǔ)句應(yīng)該使用哪個(gè)聲明case。如果等于 1，則將運(yùn)行，如果case 1:等于2 ，依此類(lèi)推。在 every 下，您定義應(yīng)該執(zhí)行的代碼。sequenceNumbercase 2:sequenceNumbercase

switch(sequenceNumber){
    case 0:
      FadeInOut(0xff, 0x00, 0x00); // Only using red
      break;

default:case如果值超出給定語(yǔ)句，則用作故障保護(hù)。與該語(yǔ)句非常相似else，如果上述語(yǔ)句均不成立，則您定義應(yīng)該執(zhí)行的內(nèi)容。

附加圖像

?

?

?

?

1 / 7 ?控制箱

?

特別感謝

我要親自感謝Duckapple和Jlndk幫助我編寫(xiě)代碼。