• 项目总结报告
• • 项目和创意方向介绍
  • • 创意来源于给女朋友拍照时经常被骂，说为什么拍的这么黑，一点都不专业，怒叱我去好好学习拍照技巧，但是巧妇难为无米之炊，差生怎么能缺了文具，补光灯这个不可或缺的设备自然是“应运而生”。
  • 项目设计思路及实现方法
  • • 该项目使用了乐鑫ESP32模组作为主控及周边电源电路和触摸电路，控制WS2812B灯珠的变化，可以应用于多种场景，例如：
    • • 1、便携式补光灯：可以在需要外景拍照补光时临时打光
      • 2、mini挂饰：可以挂在包上显示内容，可以自定义图案。
  • 项目方案框图和原理图介绍
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    主要原理：
    WS2812B的灯珠只要玩电子的人应该都不会陌生了，该项目同样使用了WS2812，因为便携性，缩小空间体积，只使用5*5的分辨率，通过ESP32的SPI口MOSI主发从收，将字符串传到第一个WS 2812， 读取第一位，其次每一个灯珠读取后一位数据。触摸按键预计使用223芯片，短按切换功能，长按开关机，关机的定义是进入深度休眠模式，关闭所有外设供电。MQTT协议预计用于桌面模式和挂饰模式，联网耗电太大，只能在USB接入时使用，局域网WEB 服务待协议写完后再更新软件。
    详细框图：
    
  • • 系统的方案如下：
  • 设计中用到的指定厂商元器件及介绍
  • 主控ESP32-C3-MINI-1-H4
    是ESP32-C3-MINI-1 是一款通用型 Wi-Fi 和低功耗蓝牙 (Bluetooth LE) 模组，体积小，具有丰富的外设接口，可用于智能家居、工业自动化、医疗保健、消费电子产品等领域。ESP32-C3 系列芯片，搭载 RISC-V 32 位单核处理器。ESP32-C3 系列芯片集成了丰富的外设，包括 UART、 I2C、I2S、红外遥控模块 (remote control peripheral)、LED PWM 控制器、通用 DMA 控制器、TWAI® 控制器、 USB 串口/JTAG 控制器、温度传感器和模/数转换器等，还具有单线、双线、四线 SPI 接口。
    WS2812B灯珠
    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。具有较小体积，其外型尺寸与 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。 高达 2KHz 的端口扫描频率，在高清摄像头的捕捉下都不会出现闪烁现象，非常适合高速移动产品的使用。 280μs以上的 RESET 时间，出现中断也不会引起误复位，可以支持更低频率,价格便宜的MCU。 LED具有低电压驱动、环保节能、亮度高、散射角度大、一致性好超、低功率及超长寿命等优点。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。
  • • 如下
  • PCB设计介绍及遇到的问题和解决方法
  • • 灯板的PCB很好画，之前也有画过8*8的，所以这方面不是问题。
    • 主控板的电路还是花了点时间的，电源线的宽度，信号线的宽度都有仔细计算，RXTX也有做等长处理。
  • 关键代码及说明
  • • 1. 库的引入

cppCopy Code#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#include <BluetoothSerial.h>

• • • Adafruit_NeoPixel：这个库用于控制 NeoPixel LED 灯条，它提供了一种简单的方法来控制每个 LED 的颜色和亮度。
    • BluetoothSerial：这个库用于通过蓝牙串口通信，使 Arduino 能够接收来自手机或其他蓝牙设备的命令。

2. 全局变量和常量

cppCopy Code#define PIN            6 // 定义 LED 灯条连接的引脚
#define NUM_LEDS       30 // 定义 LED 的数量
Adafruit_NeoPixel strip(NUM_LEDS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800); // 初始化 NeoPixel 对象

BluetoothSerial SerialBT; // 创建蓝牙串口对象

• • • PIN：指定 LED 灯条连接到 Arduino 的引脚。
    • NUM_LEDS：定义 LED 灯条中 LED 的数量。
    • Adafruit_NeoPixel strip：创建一个 strip 对象来控制 NeoPixel 灯条。这里指定了 LED 的数量、连接引脚和颜色格式。
    • BluetoothSerial SerialBT：创建一个蓝牙串口对象，用于接收数据。

3. 初始化

cppCopy Codevoid setup() {
    Serial.begin(115200); // 初始化串口监视器，设置波特率为115200
    SerialBT.begin("ESP32_LED"); // 初始化蓝牙，设置设备名称
    strip.begin(); // 初始化 LED 灯条
    strip.show(); // 更新 LED 状态
}

• • • Serial.begin：启动串口通信，允许在串口监视器中输出调试信息。
    • SerialBT.begin：初始化蓝牙模块并设置设备名称为 "ESP32_LED"，这个名称会在蓝牙搜索中显示。
    • strip.begin：初始化 LED 灯条，准备接收颜色设置。
    • strip.show：确保灯条在开始时是关闭的。

4. 主循环

cppCopy Codevoid loop() {
    if (SerialBT.available()) { // 检查是否有蓝牙数据可用
        String command = SerialBT.readStringUntil('\n'); // 读取一行数据
        // 解析命令并根据需要调用相应的函数
    }
    // 其他功能如震动传感器和时间显示
}

• • • SerialBT.available()：检查是否有来自蓝牙的可用数据。
    • SerialBT.readStringUntil('\n')：读取蓝牙串口中的一行字符串，直到遇到换行符为止。

5. 绘制 LED 图案

cppCopy Codevoid drawHeart() {
    for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
        if (/* 条件判断 */) {
            strip.setPixelColor(i, heartColor); // 设置为红色
        } else {
            strip.setPixelColor(i, strip.Color(0, 0, 0)); // 关闭其他 LED
        }
    }
    strip.show(); // 更新 LED 状态
}

• • • drawHeart：这是一个函数，用于绘制心形图案。它通过判断 LED 的索引 i 来决定哪些 LED 亮起，哪些关闭。
    • strip.setPixelColor(i, heartColor)：设置特定 LED 的颜色为心形颜色（如红色）。
    • strip.show()：更新灯条状态，使变化可见。

6. 蓝牙命令解析

在 loop 函数中，需要解析蓝牙接收到的命令并相应地调用图案绘制函数。例如：

cppCopy Codeif (command == "heart") {
    drawHeart(); // 调用绘制心形的函数
} else if (command == "smiley") {
    drawSmiley(); // 调用绘制微笑的函数
}

• • • 通过简单的条件语句判断接收到的命令，然后调用相应的函数以展示不同的 LED 图案。

7. 时间显示和震动感应

虽然代码片段没有完整显示这些部分，但可以添加额外的代码来实现震动感应和显示时间功能。

• • • 震动感应：可以使用一个震动传感器，检测到震动时执行某些动作。
    • 时间显示：可以使用 RTC 模块或蓝牙命令从手机获取当前时间，并通过 LED 显示每个数字。

8. 其他颜色和图案定义

cppCopy Codeuint32_t heartColor = strip.Color(255, 0, 0); // 红色
uint32_t smileyColor = strip.Color(255, 255, 0); // 黄色
uint32_t sadColor = strip.Color(0, 0, 255); // 蓝色
uint32_t starColor = strip.Color(255, 255, 255); // 白色

• • • 这里定义了几种颜色，使用 strip.Color() 函数指定 RGB 值。可以灵活地设置 LED 的颜色。
  • 功能展示图及说明
  • • APP控制切换
    • 
  • 对本大赛的心得体会及整个设计过程中遇到的难点和解决方法
  • • 在数字化和智能化日益普及的今天，基于 IoT（物联网）技术的项目越来越受到关注。本项目旨在探索如何利用 ESP32 控制 RGB LED 灯珠，通过蓝牙与移动设备进行交互，创造出动态的灯光效果。该项目不仅增加我对硬件和软件交互的理解，还能为女朋友拍照更美丽。

      2. 设计过程

      a. 硬件选择

      在硬件选择上，我决定使用 ESP32-C3-MINI，因为它具备强大的处理能力、蓝牙和 Wi-Fi 功能，非常适合物联网项目。同时，选择WS2812B，因为它易于控制并能产生丰富的颜色效果。这种选择使我能够快速实现项目目标。

      b. 软件开发

      软件方面，我使用了 Arduino IDE 开发环境，这对于初学者非常友好。通过 Adafruit NeoPixel 和 BluetoothSerial 库，我能够高效地实现 LED 控制和蓝牙通信。在设计过程中，我注重代码的可读性和模块化，使得后期的维护和扩展变得更加容易。

      c. 蓝牙通信

      蓝牙通信的实现是项目中的一个关键点。我设定了一些基本命令（如 "heart"、"smiley" 等）来控制不同的 LED 图案。在测试过程中，发现蓝牙连接不稳定的问题。经过一番调整和优化，确保了通信的可靠性。

      3. 遇到的挑战与解决方案

      a. 蓝牙连接问题

      在初始测试中，蓝牙连接时常中断。为了解决这个问题，我对蓝牙模块的初始化和命令解析部分进行了优化，确保在每次接收数据前都进行状态检查，增加了系统的稳定性。

      b. LED 图案设计

      设计不同的 LED 图案也是一个挑战。为了实现丰富的视觉效果，我不断尝试不同的灯光排列和颜色组合，通过多次实验来优化效果。这一过程增强了我对视觉设计和编程逻辑的理解。

      4. 学到的经验

      a. 模块化编程的重要性

      项目中，我通过模块化的方式设计函数，分别处理 LED 控制和蓝牙通信。这样的做法使得代码结构更加清晰，功能易于维护和扩展。今后在进行更复杂的项目时，模块化编程将是我必备的技能。

      b. 故障排除的能力

      在调试过程中，我逐渐提高了故障排除的能力。遇到问题时，我学会了逐步缩小问题范围，采用不同的方法进行测试，最终找到解决方案。这种技能在今后的项目开发中将极为重要。

      总结

      因为有电子森林发布的Fastbond活动让我通过这个项目，不仅提高了对硬件和编程的理解，更加深入地掌握了蓝牙通信和 LED 控制的技术。这次经历让我对未来的物联网项目充满期待，同时也激励我继续探索更多的创意和技术挑战。