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趣味灯条

重要提示：关于开发板的兼容性

本教程的核心逻辑适用于所有 ESP32 开发板，但所有操作步骤均以 微雪 ESP32-S3-Zero 迷你开发板 为例进行讲解。如果您使用其他型号的开发板，请根据实际情况修改相应设置。

项目介绍​

这个项目展示了一个通过电位器控制 WS2812 可编程 LED 灯条的程序。通过旋转电位器，可以实时改变灯条的显示效果：灯条会依次经历三个阶段的颜色变化（黄色 → 绿色 → 红色），亮起的灯珠数量也会随着电位器的旋转而逐渐增加，形成流畅的视觉渐变效果。

硬件连接​

需要使用的器件有：

  • WS2812 灯条 * 1
  • 电位器 * 1
  • 面包板 * 1
  • 导线
  • ESP32 开发板

按照下面接线图连接电路：

ESP32-S3-Zero 引脚图

ESP32-S3-Zero-Pinout

接线图

代码实现​

import time
from machine import Pin, ADC
import neopixel

# --- 配置参数 ---
POT_PIN_NUM = 7   # 电位器引脚
NEO_PIN_NUM = 8   # WS2812 引脚
NUM_LEDS = 8      # 灯珠数量

# --- 颜色定义 (R, G, B) ---
COLOR_YELLOW = (255, 255, 0)
COLOR_GREEN  = (0, 255, 0)
COLOR_RED    = (255, 0, 0)
COLOR_OFF    = (0, 0, 0)

# 初始化 WS2812 灯带
np = neopixel.NeoPixel(Pin(NEO_PIN_NUM), NUM_LEDS)

# 初始化电位器 (ADC)
pot = ADC(Pin(POT_PIN_NUM))

def update_leds(adc_val):
    """
    根据 ADC 值更新 LED 状态
    adc_val: 0 - 65535
    """
    # 将 0-65535 映射到 0-24 (3 个阶段 * 8 个灯）
    total_steps = 3 * NUM_LEDS
    position = int((adc_val / 65535) * total_steps)

    # 限制最大值，防止溢出
    if position > total_steps:
        position = total_steps

    for i in range(NUM_LEDS):
        # 逻辑判断：优先级从高到低 （红 -> 绿 -> 黄）

        # 第三部分：红色覆盖 （当进度超过 16 + 灯的索引）
        if position > (2 * NUM_LEDS + i):
            np[i] = COLOR_RED

        # 第二部分：绿色覆盖 （当进度超过 8 + 灯的索引）
        elif position > (1 * NUM_LEDS + i):
            np[i] = COLOR_GREEN

        # 第一部分：黄色亮起 （当进度超过 灯的索引）
        elif position > i:
            np[i] = COLOR_YELLOW

        # 其他情况：熄灭
        else:
            np[i] = COLOR_OFF

    # 将数据写入灯带
    np.write()

# --- 主程序 ---
print("系统启动：电位器控制 WS2812")

while True:
    try:
        # 读取电位器模拟值 (16 位无符号整数：0 - 65535)
        val = pot.read_u16()

        # 更新灯光
        update_leds(val)

        # 简单的延时，防止刷新过快
        time.sleep_ms(50)

    except KeyboardInterrupt:
        # 按下 Ctrl+C 时熄灭所有灯
        for i in range(NUM_LEDS):
            np[i] = COLOR_OFF
        np.write()
        print("程序停止")
        break

代码解释​

  • 导入库：machine 库用于控制硬件（ADC 和 GPIO），neopixel 库用于控制 WS2812 灯带，time 库用于实现延时。ESP32 MicroPython 固件默认包含 neopixel 库，无需手动安装。

  • 配置参数：程序开头定义了电位器引脚号、WS2812 引脚号和灯珠数量。将这些参数集中管理，便于后续根据实际需求快速调整。

    # --- 配置参数 ---
    POT_PIN_NUM = 7   # 电位器引脚
    NEO_PIN_NUM = 8   # WS2812 引脚
    NUM_LEDS = 8      # 灯珠数量

  • 颜色定义：程序以 RGB 三元组格式定义了四种颜色（黄、绿、红、关闭），每个值的范围是 0-255。这种预定义方式使代码更清晰易读。

    # --- 颜色定义 (R, G, B) ---
    COLOR_YELLOW = (255, 255, 0)
    COLOR_GREEN  = (0, 255, 0)
    COLOR_RED    = (255, 0, 0)
    COLOR_OFF    = (0, 0, 0)

  • 硬件初始化：

    • 使用 neopixel.NeoPixel() 初始化 WS2812 灯带，第一个参数是 GPIO 引脚对象，第二个参数是灯珠数量。
    • 使用 machine.ADC() 初始化电位器模拟输入。
    # 初始化 WS2812 灯带
    np = neopixel.NeoPixel(Pin(NEO_PIN_NUM), NUM_LEDS)

    # 初始化电位器 (ADC)
    pot = ADC(Pin(POT_PIN_NUM))

  • 核心函数 update_leds()：根据电位器的 ADC 值更新 LED 灯带的显示状态。

    • 参数映射：将 ADC 的 0-65535 范围映射到 0-24（3 个阶段 × 8 个灯珠），代表整个显示进度。

      # 将 0-65535 映射到 0-24 (3 个阶段 * 8 个灯）
      total_steps = 3 * NUM_LEDS
      position = int((adc_val / 65535) * total_steps)

    • 逐灯判断：遍历每个灯珠，根据当前 position 值判断该灯应该显示的颜色。判断逻辑采用从高优先级到低优先级的顺序（红 → 绿 → 黄），确保颜色正确覆盖：

      for i in range(NUM_LEDS):
          # 第三部分：红色覆盖 （当进度超过 16 + 灯的索引）
          if position > (2 * NUM_LEDS + i):
              np[i] = COLOR_RED
          # 第二部分：绿色覆盖 （当进度超过 8 + 灯的索引）
          elif position > (1 * NUM_LEDS + i):
              np[i] = COLOR_GREEN
          # 第一部分：黄色亮起 （当进度超过 灯的索引）
          elif position > i:
              np[i] = COLOR_YELLOW
          # 其他情况：熄灭
          else:
              np[i] = COLOR_OFF

    • 数据写入：调用 np.write() 将颜色数据发送到 WS2812 灯带。WS2812 采用单线串行通信协议，必须调用此方法才能让设置生效。

  • 主循环逻辑：程序在一个无限循环 while True 中执行以下操作：

    • 读取电位器：使用 pot.read_u16() 读取 16 位无符号整数（范围 0-65535）。
    • 更新灯带：调用 update_leds() 函数根据读取的值更新灯带显示。
    • 延时控制：使用 time.sleep_ms(50) 实现 50 毫秒延时，防止刷新过快导致闪烁或资源浪费。

  • 异常处理：使用 try...except 结构增强程序的稳定性。

    • except KeyboardInterrupt：捕获用户中断信号（如 Ctrl+C），在退出前将所有灯珠熄灭，确保硬件处于安全状态。

参考链接​

最后由 Wulu 于 更新