【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化（24）--无限LED镜子灯

偶然心血来潮，想要做一个音乐可视化的系列专题。这个专题的难度有点高，涉及面也比较广泛，相关的FFT和FHT等算法也相当复杂，不过还是打算从最简单的开始，实际动手做做试验，耐心尝试一下各种方案，逐步积累些有用的音乐频谱可视化的资料，也会争取成型一些实用好玩的音乐可视器项目。

找到一只标准规格的吊顶平板灯，还有一个黑色铝材相框，准备制作二种稍大尺寸的无限镜子灯（也叫时光隧道灯，无限镜面延伸镜子深渊灯）。

  【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列项目（24）--无限LED镜子灯
  项目程序之三：NeoPixel 环形灯条测试程序

/*
  【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列项目（24）--无限LED镜子灯
  项目程序之三：NeoPixel 环形灯条测试程序
*/

#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#ifdef __AVR__
#include <avr/power.h> // Required for 16 MHz Adafruit Trinket
#endif

// Which pin on the Arduino is connected to the NeoPixels?
// On a Trinket or Gemma we suggest changing this to 1:
#define LED_PIN    6

// How many NeoPixels are attached to the Arduino?
#define LED_COUNT 62

// Declare our NeoPixel strip object:
Adafruit_NeoPixel strip(LED_COUNT, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
// Argument 1 = Number of pixels in NeoPixel strip
// Argument 2 = Arduino pin number (most are valid)
// Argument 3 = Pixel type flags, add together as needed:
//   NEO_KHZ800  800 KHz bitstream (most NeoPixel products w/WS2812 LEDs)
//   NEO_KHZ400  400 KHz (classic 'v1' (not v2) FLORA pixels, WS2811 drivers)
//   NEO_GRB     Pixels are wired for GRB bitstream (most NeoPixel products)
//   NEO_RGB     Pixels are wired for RGB bitstream (v1 FLORA pixels, not v2)
//   NEO_RGBW    Pixels are wired for RGBW bitstream (NeoPixel RGBW products)


// setup() function -- runs once at startup --------------------------------

void setup() {
  // These lines are specifically to support the Adafruit Trinket 5V 16 MHz.
  // Any other board, you can remove this part (but no harm leaving it):
#if defined(__AVR_ATtiny85__) && (F_CPU == 16000000)
  clock_prescale_set(clock_div_1);
#endif
  // END of Trinket-specific code.

  strip.begin();           // INITIALIZE NeoPixel strip object (REQUIRED)
  strip.show();            // Turn OFF all pixels ASAP
  strip.setBrightness(250); // Set BRIGHTNESS to about 1/5 (max = 255)
}


// loop() function -- runs repeatedly as long as board is on ---------------

void loop() {
  // Fill along the length of the strip in various colors...
  colorWipe(strip.Color(255,   0,   0), 250); // Red
  colorWipe(strip.Color(  0, 255,   0), 250); // Green
  colorWipe(strip.Color(  0,   0, 255), 250); // Blue

  // Do a theater marquee effect in various colors...
  theaterChase(strip.Color(127, 127, 127), 250); // White, half brightness
  theaterChase(strip.Color(127,   0,   0), 250); // Red, half brightness
  theaterChase(strip.Color(  0,   0, 127), 250); // Blue, half brightness

  rainbow(10);             // Flowing rainbow cycle along the whole strip
  theaterChaseRainbow(50); // Rainbow-enhanced theaterChase variant
}


// Some functions of our own for creating animated effects -----------------

// Fill strip pixels one after another with a color. Strip is NOT cleared
// first; anything there will be covered pixel by pixel. Pass in color
// (as a single 'packed' 32-bit value, which you can get by calling
// strip.Color(red, green, blue) as shown in the loop() function above),
// and a delay time (in milliseconds) between pixels.
void colorWipe(uint32_t color, int wait) {
  for (int i = 0; i < strip.numPixels(); i++) { // For each pixel in strip...
    strip.setPixelColor(i, color);         //  Set pixel's color (in RAM)
    strip.show();                          //  Update strip to match
    delay(30);                           //  Pause for a moment
  }
}

// Theater-marquee-style chasing lights. Pass in a color (32-bit value,
// a la strip.Color(r,g,b) as mentioned above), and a delay time (in ms)
// between frames.
void theaterChase(uint32_t color, int wait) {
  for (int a = 0; a < 20; a++) { // Repeat 10 times...
    for (int b = 0; b < 3; b++) { //  'b' counts from 0 to 2...
      strip.clear();         //   Set all pixels in RAM to 0 (off)
      // 'c' counts up from 'b' to end of strip in steps of 3...
      for (int c = b; c < strip.numPixels(); c += 3) {
        strip.setPixelColor(c, color); // Set pixel 'c' to value 'color'
      }
      strip.show(); // Update strip with new contents
      delay(30);  // Pause for a moment
    }
  }
}

// Rainbow cycle along whole strip. Pass delay time (in ms) between frames.
void rainbow(int wait) {
  // Hue of first pixel runs 5 complete loops through the color wheel.
  // Color wheel has a range of 65536 but it's OK if we roll over, so
  // just count from 0 to 5*65536. Adding 256 to firstPixelHue each time
  // means we'll make 5*65536/256 = 1280 passes through this outer loop:
  for (long firstPixelHue = 0; firstPixelHue < 2 * 65536; firstPixelHue += 256) {
    for (int i = 0; i < strip.numPixels(); i++) { // For each pixel in strip...
      // Offset pixel hue by an amount to make one full revolution of the
      // color wheel (range of 65536) along the length of the strip
      // (strip.numPixels() steps):
      int pixelHue = firstPixelHue + (i * 65536L / strip.numPixels());
      // strip.ColorHSV() can take 1 or 3 arguments: a hue (0 to 65535) or
      // optionally add saturation and value (brightness) (each 0 to 255).
      // Here we're using just the single-argument hue variant. The result
      // is passed through strip.gamma32() to provide 'truer' colors
      // before assigning to each pixel:
      strip.setPixelColor(i, strip.gamma32(strip.ColorHSV(pixelHue)));
    }
    strip.show(); // Update strip with new contents
    delay(2);  // Pause for a moment
  }
}

// Rainbow-enhanced theater marquee. Pass delay time (in ms) between frames.
void theaterChaseRainbow(int wait) {
  int firstPixelHue = 0;     // First pixel starts at red (hue 0)
  for (int a = 0; a < 30; a++) { // Repeat 30 times...
    for (int b = 0; b < 3; b++) { //  'b' counts from 0 to 2...
      strip.clear();         //   Set all pixels in RAM to 0 (off)
      // 'c' counts up from 'b' to end of strip in increments of 3...
      for (int c = b; c < strip.numPixels(); c += 3) {
        // hue of pixel 'c' is offset by an amount to make one full
        // revolution of the color wheel (range 65536) along the length
        // of the strip (strip.numPixels() steps):
        int      hue   = firstPixelHue + c * 65536L / strip.numPixels();
        uint32_t color = strip.gamma32(strip.ColorHSV(hue)); // hue -> RGB
        strip.setPixelColor(c, color); // Set pixel 'c' to value 'color'
      }
      strip.show();                // Update strip with new contents
      delay(50);                 // Pause for a moment
      firstPixelHue += 65536 / 90; // One cycle of color wheel over 90 frames
    }
  }
}
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  【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列项目（24）--无限LED镜子灯
  项目之五：Arduino 和 FastLED多彩音乐节拍灯
  模块接线：WS2812B接D6
  MAX4466      UNO
  VCC          5V
  GND         GND
  OUT          A0

/*
  【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列项目（24）--无限LED镜子灯
  项目之五：Arduino 和 FastLED多彩音乐节拍灯
  模块接线：WS2812B接D6
  MAX4466      UNO
  VCC          5V
  GND         GND
  OUT          A0
*/

#include <FastLED.h>
#define SAMPLEPERIODUS 200
#define MIC_PIN A0
#define LED_DT 6
#define COLOR_ORDER GRB
#define LED_TYPE WS2812
#define NUM_LEDS 62
uint8_t max_bright = 255;
struct CRGB leds[NUM_LEDS];
CRGBPalette16 currentPalette = RainbowColors_p;
CRGBPalette16 targetPalette;

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  LEDS.addLeds<LED_TYPE, LED_DT, COLOR_ORDER>(leds, NUM_LEDS);
  FastLED.setBrightness(max_bright);
}

float bassFilter(float sample) {
  static float xv[3] = {0, 0, 0}, yv[3] = {0, 0, 0};
  xv[0] = xv[1]; xv[1] = xv[2];
  xv[2] = sample / 9.1f;
  yv[0] = yv[1]; yv[1] = yv[2];
  yv[2] = (xv[2] - xv[0]) + (-0.7960060012f * yv[0]) + (1.7903124146f * yv[1]);
  return yv[2];
}

float envelopeFilter(float sample) {
  static float xv[2] = {0, 0}, yv[2] = {0, 0};
  xv[0] = xv[1];
  xv[1] = sample / 160.f;
  yv[0] = yv[1];
  yv[1] = (xv[0] + xv[1]) + (0.9875119299f * yv[0]);
  return yv[1];
}

float beatFilter(float sample) {
  static float xv[3] = {0, 0, 0}, yv[3] = {0, 0, 0};
  xv[0] = xv[1]; xv[1] = xv[2];
  xv[2] = sample / 7.015f;
  yv[0] = yv[1]; yv[1] = yv[2];
  yv[2] = (xv[2] - xv[0]) + (-0.7169861741f * yv[0]) + (1.4453653501f * yv[1]);
  return yv[2];
}

void loop() {
  unsigned long time = micros();
  float sample, value, envelope, beat, thresh, micLev;
  for (uint8_t i = 0; ; ++i) {
    sample = (float)analogRead(MIC_PIN);
    micLev = ((micLev * 62) + sample) / 63;
    sample -= micLev;
    value = bassFilter(sample);
    value = abs(value);
    envelope = envelopeFilter(value);
    if (i == 200) {
      beat = beatFilter(envelope);
      thresh = 0.02f * 75.;

      if (beat > thresh) {
        digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);

        int strt = random8(NUM_LEDS / 2);
        int ende = strt + random8(NUM_LEDS / 2);
        for (int i = strt; i < ende; i++) {
          uint8_t index = inoise8(i * 30, millis() + i * 30);
          leds[i] = ColorFromPalette(currentPalette, index, 255, LINEARBLEND);
        }
      } else {
        digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
      }
      i = 0;
    }

    EVERY_N_SECONDS(5) {
      uint8_t baseC = random8();
      targetPalette = CRGBPalette16(CHSV(baseC + random8(32), 255, random8(128, 255)),
                                    CHSV(baseC + random8(64), 255, random8(128, 255)),
                                    CHSV(baseC + random8(64), 192, random8(128, 255)),
                                    CHSV(baseC + random8(),   255, random8(128, 255)));
    }

    EVERY_N_MILLISECONDS(50) {
      uint8_t maxChanges = 24;
      nblendPaletteTowardPalette(currentPalette, targetPalette, maxChanges);
    }

    EVERY_N_MILLIS(50) {
      fadeToBlackBy(leds, NUM_LEDS, 62);
      FastLED.show();
    }

    for (unsigned long up = time + SAMPLEPERIODUS; time > 20 && time < up; time = micros()) {  }

  } // for i
} // loop()
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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（1）---LED节奏灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311167-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（2）---OLED频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311174-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（3）---RGB律动灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311183-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（4）---WS2812条灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311190-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（5）---WS2812柱跳灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311192-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（6）---点阵频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311201-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（7）---大方格频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311364-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（8）---四位32段点阵屏
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311490-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（9）---X Music Spectrum
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311627-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（10）---WS2812硬板屏
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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（11）---WS2812幻彩灯带
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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（12）---米管快速节奏灯
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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（13）---有机棒立柱灯
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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（14）---水杯水瓶灯
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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（15）--横排LED方管灯
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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（16）--热干胶棒棒灯
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【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列（17）--光导纤维灯
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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（18）--LED平面板灯
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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（19）--通体光纤灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313962-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（20）--首饰盒镜子灯
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【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（21）--CD 光盘灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313984-1-1.html
【花雕动手做】看见声音，基于Arduino系列音乐可视器（22）--LED无限魔方
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313994-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化（23）--3合1闪点光纤
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314168-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化（24）--无限LED镜子灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314180-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化（25）--水龙卷旋涡灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314231-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩音乐可视化系列（26）--LED 超立方体
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314244-1-1.html
【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化（27）--磁搅LED水旋灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-314273-1-1.html

在音乐可视化系列之中，项目20（见前序列）曾将一个十公分大小的首饰盒，制作为迷你的镜子灯，其反射的效果一般，是个初步的尝试。

维基百科上是这样定义的，无限反射镜是一种有两面或多面镜子组成的复合结构，这些镜子通常互相平行或接近平行。这种结构可以在镜子中产生无限多的虚像，以越来越小的姿态延伸至无限“远”。这种结构经常用单向玻璃做前面的镜子，但不用单向玻璃也可以达成效果。在艺术作品中，画面本身出现在画面中，再出现在画面中的画面中，称作德罗斯特效应。无限反射镜有时会用于室内装潢或艺术创作。（见https://zh.m.wikipedia.org/zh-hans/无限反射镜）

草间弥生（YayoiKusama）是世界上最有影响力的当代艺术家之一，于1929年出生于日本松本。 这位90岁的艺术家以其雕塑和装置而闻名，最著名的是她的《无限镜室》。30年后，草间弥生的无限镜作品终于火了，她于1965年创作了第一个无限镜作品： Phalli's Field。

草间弥生在大约25平方米充满镜子的房间中布置了数百种柔软的形式，作者兼策展人凯瑟琳·塔夫脱（Catherine Taft）在新近出版的草间弥生传中写道。“要与这些毛绒的凸起物产生互动，而这些通过无限反射数量倍增，这一切包围了观察者，创造了一种 与自己的身体和想象在心理上的相遇 。”

一套经典而完整的无限反射镜，一般都含有一组灯泡、LED灯或其他点光源，镶嵌在反射镜的整个边缘，同时一面部分反射的单向玻璃会以极近的距离被固定在反射镜前，彼此以互相平行的姿态对齐。当外部的观察者看向单向玻璃面时，光会在镜中延伸至无限，使镜看起来像是一条极深邃的隧道。如果两面镜子没有精确平行，而是存在微小的夹角，那么这条虚拟的隧道就会向镜的某一边弯曲并无限延伸。

无限反射镜的效果，也可以采取别的结构实现。观察者站在两面互相平行的全反射镜面中间时亦可以观察到此现象，某些试衣间、电梯和镜子迷宫会采取这种装潢。除了经过精心设计的装潢外，在站在两个互相平行且均带有反射效果的平面间时，也能看到弱化版的无限反射，比如饰有玻璃墙的走廊或小厅。部分反射的玻璃可以产生这种现象，而在通过玻璃渗入环境的视觉噪点作用下逐渐削弱。当站在两面镜子中间，场景见下图。

原理：当两面可以将光线反射若干次——理论上是无限次——的镜面互相平行放置时，镜面立体错觉便会出现。反射光在镜中看起来正向远处射去，因为在两个平面间光线真的走了它看起来在镜面中走的那么远。

举例来说，在一组间距两厘米的无限反射镜的正中间——也就是距两面镜的距离都是一厘米——有一个光线冲向且垂直于里侧镜面的光源。光线从光源射出，最初走过一厘米，抵达里侧镜面。随后第一次反射，光线经过两厘米从里侧镜面抵达外侧镜面，此时光线走过的总路程为三厘米，而它在镜子里成的像看起来也走了三厘米。第二次反射光线抵达里侧镜面时，光线又走过两厘米，总路程为五厘米，所以在镜中看起来光线也走了五厘米。以此类推。每次成功的反射都会增加光线走过的总路程，而两镜间的位置变化一直在两厘米间变换，但在镜像中却看起来越来越远。下图为计算机模拟的无限镜效果。

视觉艺术家，尤其是当代艺术家雕刻家 ，已使用无穷大反射镜。 草间弥生, 乔西亚·麦克埃里尼（Josiah McElheny）, 伊万·纳瓦罗（Ivan Navarro）, 泰勒·戴维斯（Taylor Davis） ， 和 安东尼·詹姆斯所有作品都使用无限反射镜扩大了作品中无限空间的感觉。

一些游乐园黑暗的游乐设施 ，例如迪士尼的“太空山 云霄飞车，使用无限反射镜营造出在太空中飞行的印象。

当代古典作曲家 阿尔沃·派特（ArvoPärt） 写了他1978年的作品 Spiegel im Spiegel （“镜子中的镜子”）作为对无限镜子效果的音乐反射。

星球大战：最后的绝地武士 包括一个具有无限镜面效果的短洞穴场景片段。

又找到一种规格小些的相框

声音模块，使用性价比更高的MAX4466声音传感器。

MAX4466模块特点
电源电压：+2.4V至+5.5V（可直接接STM/ARDUNIO/树莓派等开发板）
电源抑制比：112dB
共模抑制比：126dB
AVOL：125dB（RL = 100kΩ) 轨到轨输出
静态电源电流：24μA
增益带宽：600kHz
尺寸：20.8mm x 13.8mm x 7.5mm/0.8 x 0.5 x 0.3inch

MAX4466
是微功率运算放大器，经过优化，可用作麦克风前置放大器。它们提供了优化的增益带宽产品与电源电流的理想组合，以及超小型封装中实现低电压工件环境。 MAX4466具有增益稳定特性，仅需24μA的电源电流即可提供200kHz的增益带宽。经过解压缩，可实现+5V/V的最小稳定增益，并提供600KHZ增益带宽。此外这些放大器具有轨到轨输出，高 AVOL ，以及出色的电源抑制和共模抑制比，适合在嘈杂环境中工作。广泛应用于蜂窝电话、数字复读装置、耳机、助听器、麦克风前置放大器、便携计算机和语音识别系统中。

该模块在 Vcc 和接地引线上都包含铁氧体，以最大限度地减少电源噪声。如果与 MCU 一起使用，最好使用 2.4V – 5.5V 范围内可用的最安静的电源。在 Arduino 上，这通常是 3.3V 电源。

输出是直流耦合的。当输出信号处于静止状态时，它将位于 Vcc/2。如果 Vcc 为 5V，则输出将为 2.5V。如果输出需要交流耦合，可以在输出引脚和它驱动的电路的输入之间增加一个100uF的电容。

背面的小型单圈电位器可让您将增益从 25x 调整到 125x。逆时针旋转电位器会增加增益，而逆时针旋转会降低增益。

采用每米60灯黑底裸板

WS2812B
是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个5050LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和12V高压可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。数据协议采用单线归零码的通讯方式，像素点在上电复位以后，DIN端接受从控制器传输过来的数据，首先送过来的24bit数据被第一个像素点提取后，送到像素点内部的数据锁存器，剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的像素点，每经过一个像素点的传输，信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术，使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制，仅仅受限信号传输速度要求。

主要特点
1、智能反接保护，电源反接不会损坏IC。
2、IC控制电路与LED点光源公用一个电源。
3、控制电路与RGB芯片集成在一个5050封装的元器件中，构成一个完整的外控像素点。
4、内置信号整形电路，任何一个像素点收到信号后经过波形整形再输出，保证线路波形畸变不会累加。
5、内置上电复位和掉电复位电路。
6、每个像素点的三基色颜色可实现256级亮度显示，完成16777216种颜色的全真色彩显示，扫描频率不低于400Hz/s。
7、串行级联接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码。
8、任意两点传传输距离在不超过5米时无需增加任何电路。
9、当刷新速率30帧/秒时，级联数不小于1024点。
10、数据发送速度可达800Kbps。
11、光的颜色高度一致，性价比高。

应用领域
具有低电压驱动，环保节能，亮度高，散射角度大，一致性好，超低功率，超长寿命等优点。将控制电路集成于LED上面，电路变得更加简单，体积小，安装更加简便。主要应用领域，LED全彩发光字灯串，LED全彩模组， LED全彩软灯条硬灯条，LED护栏管。LED点光源，LED像素屏，LED异形屏，各种电子产品，电器设备跑马灯等。

WS2812B灯带电原理图

WS2812B是集控制电路和发光电路于一体的LED光源元件，其控制IC为WS2812B，发光元件是5050RGBLED，电压为5V，每个单位的峰值电流为60ma，灯带为三线制，VCC GND DIN分别为电源+、电源-、信号，当使用外部电源时，外部电源-需要与单片机的GND相连。

铝材相框

安装了WS2812B灯带

使用玻璃贴膜

贴膜技术有点逊，有待于后续能有提高.......