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[ESP8266/ESP32] 建党百年 | 教你用esp32点亮10片亚克力重温百年党史 |
本帖最后由 Mr Guo 于 2021-6-21 22:39 编辑  #故事起源# 恰逢今年是中国共产党建党100周年，为了用行动证明我心向党，旺仔爸爸计划以建党百年为主题设计一个作品，之前看到过拟辉光管的时钟非常有意思，不如借用一下这个创意，正好让我们跟随作品一起回顾中国共产党的百年历程，先通过演示视频来全面了解一下这个作品 #方案介绍# 1921年建党至今，祖国发生了翻天覆地的变化。我们脚下的这片热土，如今拥有世界第一公路里程，拥有世界第一高铁里程，拥有世界第一的架桥技术，拥有世界第一的巨型水电站建设技术，从“嫦娥”探月到“天问”着陆火星，从神舟一号到神舟十二号，从北斗组网到5G商用，从“和谐号”到“复兴号”，当今的中国，彰显出了大国的实力和魄力，那个曾背负落后腐朽枷锁的中国早已苏醒，那个曾被各国垄断技术的中国已然一去不复返，中国已然傲立于世界的东方  在建党百年之际旺仔爸爸选取了建党百年来具有典型代表性的10件大事，将其刻制在10片40mm*60mm大小的亚克力上，使用了WS2812灯珠点亮每片亚克力 亚克力图案的选择十分关键，既要有代表性又不能太复杂，最好还能体现一下科技感，接下来我们一起跟随这十件大事重温百年党史   当然可以展示的内容远远不止这些，比如我国的跨海大桥，水电站，空间站，5G，蛟龙号，体育竞赛成就等都可以体现在上面，也可以展示一些为祖国做出巨大贡献的国之栋梁，感兴趣的伙伴可以去尝试一下   为了压缩体积和减少接线，这次我们特意设计了一款带有20颗WS2812灯珠的PCB板，上一期旺仔爸爸用电熨斗改造了一个回流焊加热台，这次正好可以小试牛刀  此次作品的主控采用了ESP32mini的控制板，ESP32自带的蓝牙和Wi-Fi功能可能让我们更加随心所欲的远程操控，后续如果想要设计拟辉光管时钟也不需要做大的改动  方案确定好后就可以展开设计了，首先我们来看一下都用到了哪些硬件材料 #硬件清单#
 #图纸设计# 使用Fusion360计算机辅助设计软件设计图纸，材料选用1-4mm厚度的亚克力板各一张，旺仔爸爸将固定的通孔以圆弧的形式放置在了四个角，为了方便下载程序和使用开关，中间层的亚克力设计成了半开放的状态，设计图纸如下  十件比较典型的大事通过雕刻描线的工艺加工，还可以根据自己的喜好换成其他事件，或者在其他节日主题时换成对应风格的图案 将设计图进行装配、渲染检查无误后即可进行加工  使用激光切割机加工出来后的效果如下  十片亚克力雕刻图案  除了旺仔爸爸选择的这十件典型的时间外还可以设计其他画面  #电路设计# 这次我们将电路设计分为RGB灯板PCB设计和电路接线两部分 RGB灯板设计 RGB灯板的原理图如下所示，主要部件有WS2812灯珠，无声轻触按键和几个电容电阻组成，通过级联的方式将20颗WS2812灯珠串联在一起，电源采用并联的方式，而信号采用串联的方式  每颗灯珠具体的引脚功能可以通过下图查看  而无声轻触按键在电路中设计了一个上拉电阻让其信号变得稳定  原理图绘制完成后就可以将原理图生成PCB文件了，紧接着我们根据原理图进行布线  PCB设计完成后切换至三维模式查看3D效果  最后检查没有问题后就可以送去打样了  RGB灯板用到的焊接元件可以和打样同步进行准备，焊接材料如下：
 元件准备齐全后，我们使用电熨斗回流焊加热平台进行焊接  焊接完成效果如下  电路接线设计 RGB灯板焊接完成后，我们需要将主控与RGB灯板接线然后进行功能测试，接线图如下 从接线图中我们可以看出在RGB灯板的OUT输出端增加了一颗RGB灯，其作用是作为氛围灯安装在底部位置  电路设计完成后就可以进入激动人心的组装环节了 #组装# 此次作品的组装非常的简单，只需几步即可完成 第一步按照电路图将电源、RGB灯板与控制器焊接在一起    第二步组装灯片上顶板和下底板以及滚花铜柱  第三步安装亚克力灯片  第四步将控制器、RGB灯板与亚克力外壳组装在一起   第五步将安装好的控制器部分与亚克力灯片部分组合，用4颗螺丝固定  最后我们来看一下成品效果   不同颜色展示  组装完成后，最后就是程序设计了，开始程序设计前，我们需要先理清楚思路 #程序设计# 这是我们本次作品程序设计的思路，分按键和“Blynk”两种控制方式，每种控制方式都有三种运行模式  程序设计主要涉及到两部分，一部分为Blynk移动端的控制程序的编写，另一部分为按键控制的程序编写，我们先来编写按键控制的程序 编写本次作品程序可以选择的编程环境有mind+，mixly，Arduino 由于mind+编程环境esp32板卡下不支持Blynk，arduino ide对于大多数人来说还是比较晦涩难懂，所以本次的程序设计旺仔爸爸采用Mixly编程环境，没有安装编程环境的伙伴可以在<mixly.org>官网下载最新版本的mixly软件 mixly程序设计 第一步，我们先来测试板载按键，通过串口打印的方式来查看按键的状态，下载如下程序，观察串口监视器中输出的数据可以发现，当按键按下时输出低电平也就是“0”，当松开按键是输出高电平也就是“1”，由此可知，我们的按键是低电平有效，查看电路原理图也可以发现这个按键其实接的是一个上拉电阻  掌握了按键的状态后，我们就可以通过判断按键是否按下，按了几次或者是否长按来执行相应的任务了 不过磨刀不误砍柴工，将亚克力点亮的实质其实就是对RGB灯的控制，我们再学习了一下RGB灯的编程方法，再将RGB灯与按键结合起来应该会碰撞出意想不到的火花 第二步，RGB灯的控制，编写RGB灯的程序需要用到下面的程序块  要想让RGB灯亮起来，我们需要对RGB灯进行初始化设置，需要设置控制RGB的管脚，灯珠的数量以及RGB灯的亮度，我们设计的灯板中有20颗灯珠，亮度的调节范围是0-255，如果设置的数值大于255，Mixly中默认会将输入的数值除以255的余数作为灯珠的亮度 关于RGB灯初始化的程序设计完成后，我们一起编写一个简单的程序来控制RGB灯点亮，编写下方的程序下载后会看到RGB灯隔1秒点亮一次然后隔1秒熄灭一次，如此循环往复，需要注意的是每次点亮或者熄灭RGB灯都需要增加<RGB灯设置生效>的程序块才达到预期的效果  如果单颗RGB灯可以控制，控制全部的RGB灯也是没有问题的，最简单的方法就是将上面的程序块多重复几次，当然还有更加简单的方法，比如我们可以使用一个"for"循环来实现20颗灯全部点亮成黄色  事实上，我们除了可以使用程序块内置的颜色以外，还可以通过调节RGB的数值来调节出更加丰富的颜色，比如将"R"和"G"的值都设置为255时将会显示黄色，其中"R"、"G"、"B"的数值可以在0-255之间调节，理论上可以调节出256*256*256种颜色，如果将RGB的数值都设置为0则显示黑色，也就是全部灯珠熄灭，如果将RGB的数值都设置为255则显示白色  掌握了基本用法后，就可以设计一些函数，让我们随心所欲的调用了 下面我们设置一个显示黑色的函数，这样在需要熄灭RGB灯时就可以直接使用这个函数  接下来，我们将按键和RGB灯结合做一些有趣的案例 因为我们只有一个按键，所以为了让它尽可能增加更多的功能，我们需要使用多功能按键程序块，这样我们就可以设置单击、双击、长按等功能了  我们设置按键为4号管脚，低电平触发，当单击按键时1号灯珠亮黄色，当双击按键时，先将所有灯熄灭，接着再将所有灯依次点亮为白色，这里我们调用了前面封装好的<Black>函数，当长按按键时所有灯珠熄灭  现在我们学会了多功能按键的使用方法，观察RGB灯板可以看出，RGB灯板中20颗灯珠有序排列的，在PCB板设计时为了走线方便，单数列按照由上往下顺序排列，双数列按照由下往上的顺序排列，而我们有10片亚克力板，也就是每2颗RGB灯点亮一篇亚克力板，点亮的组合方式为单数列1-11、2-12、3-13、4-14、5-15；双数列6-16、7-17、8-18、9-19、10-20  我们假设按键的朝向为正前方，而如果要让亚克力板由前往后点亮的话，则需要先点亮双数列的第一个组合6-16，接着点亮单数列的第一个组合5-15，以此类推  那么对应的程序该如何设置呢，因为是单数列和双数列的切换，这时候我们可以采用判断奇偶数的方法来切换 我们设置一个“count”变量作为按键按下的计数器，同时判断其奇偶性，奇数就点亮单数列，偶数就点亮双数列  为了让RGB灯珠的颜色能够变换，还可以继续改进，我们增加“R、G、B”三个变量来切换颜色，由于不同的颜色显示的效果不同，我们这里只选用显示效果比较明显的红、绿、黄三种颜色，使用“count”变量除以3取余数的方法来实现颜色的切换  程序下载后我们来看一下按键单击的效果  当RGB灯可以实现单击控制后，双击和长按也将不再是什么难事，我们可以分别设置单击，双击，长按几种模式的函数，前面已经讲解过的函数，由于篇幅原因这里就不展示了  按键双击后的效果  按键长按后RGB灯会从前往后依次点亮  从上面的演示中可以看出我们增加了氛围灯的效果，是如何实现的呢 其实非常的简单，只需要增加第21号灯即可  到此为止我们已经实现了通过按键手动和自动控制RGB灯的方法，当然如果我们有足够多的RGB灯板，修改部分程序即可实现单个IO管脚控制多个RGB灯板，相信拟辉光时钟也能轻松实现了 接下来我们只需要做简单的改进就可以实现移动端控制RGB灯，我们需要用到Blynk APP来实现远程控制 Blynk控制程序 编写程序前，我们需要对Blynk App做一些设置 第一步登陆账号，如果是第一次使用需要先进行注册，如下图所示“Login”为登陆，"Create New Account ”为注册  输入账号密码进行登陆  点击中间的三个点可以选择blynk的服务器，可以选择系统默认的服务器，也可以自行输入服务器地址，比如<blynk.mixly.org>，这样组件可以随便使用，不受额度限制  登陆成功后，点击“New Project”上面的+号新建项目  点击右上角的感叹号可以看到关于本账号的基本信息  接着选择主控为ESP32 Dev Board 点击“CONNECTION TYPE”选择连接方式 本次任务，我们可以选择“Wi-Fi”和蓝牙两种方式，在操控响应速度方面蓝牙模式会更快一点，基本没有延迟，本次作品我们以蓝牙方式进行讲解，这里我们选择“BLE”模式  选择完成后，点击“Create Project”按钮，会询问是否向邮箱发送一封包含授权码的邮件，点击OK即可创建项目并收到这份邮件，当然你也可以在项目中找到该授权码，这个授权码是blynk移动端与ESP32控制板蓝牙连接的关键，在编程时会使用到  点击右上角的六边形可以进入项目设置界面，在最下方也可以看到授权码的信息，如下图所示  上述步骤完成后，我们可以看到如下界面，你可以把它理解为一个画布，接着可以在这个界面设置我们想要的组件了  APP向左滑动可以添加组件，组件列表如下图所示，我们本次需要使用3个按键“Button”、1个蓝牙“BLE”组件  加载好的组件，如下图所示  接着我们需要在Blynk APP中对按键“Button进行设置，3个按键分别对应为V0、V1和V2虚拟引脚，按键设置有“PUSH”“SWITCH”两种模式可选 “PUSH”模式下，按键按下响应相应动作，松开时复位，“SWITCH”模式下，按键按下锁定当前动作，直到再次按下按键才会复位 三个按键我们统一设置成为“PUSH”模式即可  最后还需要设置一下蓝牙模块准备工作就完成了，点击蓝牙模块会看到如下图所示的界面，接着点击“Connect BLE Device”  选择搜寻到的蓝牙名称，这里的名称是在程序里设定好的，找到你自己设定的名字即可，比如我们使用的默认蓝牙名称为“Blynk”，  选择好后之后点击“ok”，等待连接成功  最后我们点击右上角的“三角形”就可以用运行这个程序了  Blynk移动端的组件设置完成后，接着我们在Mixly中编写程序  首先需要在邮箱中找到自己的授权码  将授权码填写到程序块中，随后编写下面的程序  通过测试得知，虚拟引脚按键按下时的状态为“1”，我们在程序中设置V0、V1、V2三个虚拟引脚分别触发三种不同的模式，当ESP32主控板接收到移动端发来的消息后就可以实现远程控制RGB灯了，我们来看下一下演示效果 单张画面切换  多张画面自动切换  流水灯模式  至此，所有程序功能都已介绍完毕 最后奉上完整程序  #总结# 本次作品的创意来源于拟辉光管时钟，向提供创意的前辈致敬 本次作品，我们学会了亚克力雕刻的技巧，PCB制版的技巧 多功能按键和RGB灯的编程方法 学会了Blynk的设置以及程序编写 不足之处是，亚克力板子增多后，显示效果会有所影响 写文章之时，正值神舟十二号发射成功之际，我们预祝他们圆满完成任务，平安归来！  最后，在建党百年之际，我们回顾过去，在科技强国的探索之路上我们一直砥砺前行，我们开始有机会可以见证，见证开启时代的研精覃思，见证飞跃梦想的孜孜不倦，见证科技智能的突飞猛进，科技强则国强，科技兴则国兴。前途似海，来日方长，而如今由新一代的我们砌成的钢铁中华，必将实现祖国科技强国梦想，祖国也将长久傲立于东方 造物让生活更美好，我们下期见 更多有趣的项目，欢迎旺仔爸爸造物社公众号  |
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