昉·星光系列课程14：昉·星光开发板炫彩灯环控制
本次课程为昉·星光开发板IoT开发系列课程的第十四讲，将带领同学们在昉·星光开发板上，控制WS2812B炫彩灯环。
本次课程，在昉·星光开发板V1和V2上，操作步骤相同。
一、学习目标
- 学习昉·星光开发板通过SPI输出，实现对WS2812B炫彩灯环的控制。
二、准备工作
在开始本次课程的实际操作之前，同学们需要做好一些准备工作，课程中涉及到的硬件如下：
- 开发板：昉·星光开发板
- 炫彩灯环：24灯珠WS2812B灯环
- 杜邦线：若干
三、炫彩灯环使用原理
本次课程中，使用的炫彩灯环模块具体如下：
在灯环的接口上，除了VCC(+)和GND(-)，还有DIN用于输出控制信号，DOUT用于传递信号给后续的灯珠。
所有基于WS2812B的灯环、点阵等，其使用原理都一样，连接上也都是一颗一颗串起来的：
WS2812B控制一颗灯珠，需要24bits的数据，代表着GRB三种颜色值：
而要控制多颗灯珠，则连续发送多组上述24bits的数据：
当然，发送上述的数据，需要按照一定的规格进行打包发送。具体的打包规则，可以查看 WS2812B版星际之门 了解。
在这片课程中，我们使用SPI接口，来发送WS2812B所需要的控制数据，从而实现24颗灯珠的炫彩灯环控制。
四、实物连线
首先，参考下图，将炫彩灯板连接到昉·星光开发板：
实物连接如下：
注意：
应根据实际使用的传感器，确定供电电压。本次课程中使用的模块使用5V供电电压。
五、代码编写
然后，我们编写如下的程序：
# -*- coding: utf-8 -*-
# file: ~/projects/spi/ws2812b_test.py
import time
from lib import neopixel_spidev as np
from lib.pixelbuf import wheel
with np.NeoPixelSpiDev(1, 0, n=24, pixel_order=np.GRB) as pixels:
try:
while True:
print("整圈颜色变化效果：")
pixels.fill((0,0,0))
time.sleep(1)
for i in range(0,255,2):
print(" %d" % i, end="",flush=True)
pixels.fill(wheel(i))
time.sleep(0.01)
print("")
time.sleep(1)
pixels.fill((0,0,0))
time.sleep(1)
print("依次点亮效果：")
for i in range(pixels.n):
print(" %d" % i, end="", flush=True)
if i>0:
pixels[i-1] = (0,0,0)
pixels[i] = wheel(128)
time.sleep(0.1)
print("")
time.sleep(1)
pixels.fill((0,0,0))
time.sleep(1)
print("数量变化效果：")
colors = (
(0,0,0),
(128,0,0),
(0,128,0),
(0,0,128),
(128,128,0),
(128,0,128),
(0,128,128),
(128,128,128)
)
for n in (1,2,3,1,1,2,3,1,3,4,5,3,4,5,5,6,5,4,3,1,5,6,5,4,3,1,1,5,1,1,5,1):
print("n=%d" % n, end="", flush=True)
pixels.fill((0,0,0))
time.sleep(0.1)
for i in range(n*2):
print(" %d" % i, end="", flush=True)
pixels[i] = colors[n]
time.sleep(0.4)
print("")
time.sleep(1)
pixels.fill((0,0,0))
time.sleep(1)
time.sleep(5);
except KeyboardInterrupt:
pass
发送WS2812B的控制信号，需要特定结构的数据，我们可以在了解其原理后自己进行组装。在上述代码中，使用了 py-neopixel-spidev 这个扩展库，其通过开发板的SPI接口来输出控制信号给WS2812B。
代码中，一共进行了三种效果的演示：
- 整个炫彩灯环颜色的变化，从(0,0,0) → (255,255,255)
- 单个灯珠一次点亮
- 根据两只老虎的简谱，每次点亮一定数量的灯珠，并根据简谱序号，从colors中选取对应的颜色
六、运行效果
要运行以上的程序，还需要安装相应的支持库，具体如下：
# 安装扩展库
git clone https://github.com/fschrempf/py-neopixel-spidev.git
cd py-neopixel-spidev
python setup.py build
sudo python setup.py install
编写完成后，运行 ws2812b_test.py，即可看到炫彩灯环的效果展示。
sudo python3 ws2812b_test.py
运行后，输出如下：
实际效果如下：
-
整个灯环颜色变化：
-
单个灯珠一次点亮：
-
一次点亮指定数量的灯珠：
七、总结
在本次课程中，我们学习了控制WS2812B炫彩灯环。
WS2812B的应用场合非常多，广泛应用于城市夜景、灯光秀、广告柜、珠宝展示柜、玩具等。
在214或者520的时候，你也可以制作一个效果绚丽的心，送给心爱之人！
八、课后作业
- 了解WS2812B使用原理
- 学会控制WS2812B的颜色和灯珠
- 了解相关音乐的知识，实现WS2812B配合音乐的效果呈现