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【SPRESENSE2023】WS2812B で流れるような光効果を～

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# はじめに こんにちわっ リナちゃん　X@chrmlinux03　です ``` このページは SPRESENSE2023コンテストで作った部品を紹介するものです 最初に 0.はじめに をお読みいただければ幸いです ``` # 用意するもの |部品名|販売先|価格|御提供品| | --------| -------- | -------- | -------- | |WS2812B(4LED)|どこでも|時価|ー| |LEDカバー|自作|プライスレス|ー| |アルミテープ|ダイソー|110円|ー| |両面テープ|ダイソー|110円|ー| |セロテープ|ダイソー|110円|ー| # 本基板上のLEDぢゃ寂しい SPRESENSE のデバックに欠かせないものはLED 本基板上に4個のLEDは搭載されているので 何かの flag が立った瞬間に確認する事は可能 でも 白だけなのとケースに被せると見えないんですよね💦 # ぢゃWS2812Bで 手っ取り早く WS2812B であれば VCC / GND / SIG の3本で光らせる事が出来ます しかもフルカラーで # え？沢山繋げないの？ WS2812B の文献を漁って行くと困った記述が 本基板の5V には繋がないでね💦 ``` 画像 本基板には繋がないでね ``` # ぢゃ4個くらいで 沢山繋ぐとそれは電力を食います でも 4個くらいなら問題ないかも なら 255(最高輝度)ではなく 32 とか 64 くらいならワンチャン💦 # 回路図 | 基板側 | WS2812B側 | | -------- | -------- | | D6 | SIG | | VCC | VCC | | GND | GND | D7 はすでにタッチパネルで使っているので 素直に D6 に設置 # うーんLEDが見えちゃうなぁ それでなくても LED間が長いのでLEDが丸見えです システムの基本は「どうなってるか分からないけど実際に動いている感」 3DPrinter でアダプタを設計しWS2812B に被せるとちょっと良い感じ だけどこれケース付けたら透けるよね って事で セロテープ+アルミテープ+セロテープ　でショートしないように絶縁処理を行い ミルフィーユ状の謎の積層を完了する | 積層名 | |-| |セロテープ| |アルミテープ| |セロテープ| |WS2812B| |両面テープ| また　**ある考えから** ５方向の光道を 1方からだけにする為に ミルフィーユの上だけを残しまたアルミテープで光遮作業を行う さらに　残った１方を乱反射させる為にヤスリで磨きまくる ``` 画像 ミルフィーユ ``` # 4個ぢゃ寂しいので仮想LEDを点灯しよう 出来上がったミルフィーユには4個のLEDが搭載されている LEDKIND_RIGHTSTAR　で光が流れる感じにすると 確かに LEDが流れる.... うーん　仮想的に LED増やすとかできないかな？ 唐突に smoothStarという謎の関数が出来上がった💦 ```c++:抜粋 void smoothStar(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue, uint32_t period, int virtualLEDs, int dir) { input red:赤の色味 0..255 green:緑の色味 0..255 blue:青の色味 0..255 period:点灯時間 msec virtualLEDs:仮想的に再現させるLED数 dir:方向 ``` ## 仮想的にLEDを増やす仕組み 原理は簡単である 輝度だけで4個のLEDを考えると ``` 0, 0,0,0 255, 0, 0, 0 0, 255, 0, 0 0, 0, 255, 0 0, 0, 0, 255 ``` これを仮想的に8個のLEDを考えると ``` 0, 0, 0, 0 128, 0, 0, 0 255,0,0,0 128,128,0,0 0, 255, 0, 0 0,128,128,0 0,0,255,0 0,0,128,128 0,0,0,255 ``` これを仮想的に16個のLEDを考えると : : ## エフェクトの種類 エフェクトは以下の5個 しかもclass内で輝度を調整しているので ピンクっぽい色が流れるやら やり放題である set(LEDKIND_BRESS, 0, 0, 128, 60); ``` enum { LEDKIND_BRESS = 0, // 息使いのような光 LEDKIND_LEFTSTAR, // 左に光が流れる LEDKIND_RIGHTSTAR, // 右に光が流れる LEDKIND_SMOOTHLEFT, // 仮想的なLEDが左に流れる LEDKIND_SMOOTHRIGHT, // 仮想的なLEDが右に流れる }; ``` # ライブラリ ```c++:spre.Neo.hpp //===================================================== // Class: SpreNeo // The SpreNeo class is designed to control and manage // LED lighting effects on a NeoPixel strip, offering a // variety of visual patterns. The class provides an // interface for initiating, stopping, and updating // different LED effects. It encapsulates functions for // two specific effects: the breathing effect // (breatheEffect) and the shooting star effect // (shootingStar). These effects are applied to // NeoPixels, producing dynamic and visually appealing // illumination. // The class uses a structure (RGB_T) to represent RGB // color values and another structure (LED_T) to store // parameters related to the LED effects, such as the // type of effect, time parameters, and color values. // The LED effect types are defined as constants // (LEDKIND_BRESS, LEDKIND_LEFTSTAR, and LEDKIND_RIGHTSTAR). //----------------------------------------------------- // date/author : 2024/01/19 @chrmlinux03 // update/author : 2024/01/19 @chrmlinux03 //===================================================== /* example #include <Spre.neo.hpp> SpreNeo neo; void setup(void) { neo.begin(); neo.set(LEDKIND_RIGHTSTAR, 0, 0, 128, 60); neo.start(); } void loop(void) { neo.update(); } */ #ifndef __SPRE_NEO_HPP__ #define __SPRE_NEO_HPP__ #include <Arduino.h> #include <SpresenseNeoPixel.h> //------------------------------------------------------------ // NeoPixel Configuration //------------------------------------------------------------ const uint16_t neoPin = 6; // Pin number to which NeoPixels are connected const uint16_t neoNum = 4; // Number of NeoPixels in the strip SpresenseNeoPixel<neoPin, neoNum> npx; // NeoPixel instance //------------------------------------------------------------ // LED Effect Types //------------------------------------------------------------ enum { LEDKIND_BRESS = 0, // Breathing effect LEDKIND_LEFTSTAR, // Shooting star effect from left LEDKIND_RIGHTSTAR, // Shooting star effect from right LEDKIND_SMOOTHLEFT, // Shooting star effect from left LEDKIND_SMOOTHRIGHT, // Shooting star effect from right }; //------------------------------------------------------------ // RGB Color Structure //------------------------------------------------------------ typedef struct { uint8_t r; // Red component uint8_t g; // Green component uint8_t b; // Blue component } RGB_T; //------------------------------------------------------------ // LED Effect Parameters Structure //------------------------------------------------------------ typedef struct { bool enable; // Flag to enable or disable the LED effect int8_t kind; // Type of LED effect (LEDKIND_BRESS, LEDKIND_LEFTSTAR, LEDKIND_RIGHTSTAR) int32_t tm; // Time parameter for the LED effect RGB_T rgb; // RGB color values for the LED effect } LED_T; //------------------------------------------------------------ // Volatile instance to store LED parameters //------------------------------------------------------------ volatile LED_T _ledt; class SpreNeo { public: //------------------------------------------------------------ // Constructor: SpreNeo // Input: None // Output: None // Description: Initializes a new instance of the SpreNeo class. //------------------------------------------------------------ SpreNeo() {} //------------------------------------------------------------ // Destructor: ~SpreNeo // Input: None // Output: None // Description: Destroys an instance of the SpreNeo class. //------------------------------------------------------------ ~SpreNeo() {} //----------------------------------------------------- // breatheEffect function // Input: red, green, blue, msec // Output: None // Description: Implements the breathe effect on NeoPixels. //----------------------------------------------------- void breatheEffect(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue, uint32_t msec) { static float phase = 0.0; static unsigned long preTm = 0; unsigned long tm = millis(); if (tm - preTm >= msec) { preTm = tm; float brt = 0.5 + 0.5 * sin(phase); uint8_t r = (uint8_t)(brt * red); uint8_t g = (uint8_t)(brt * green); uint8_t b = (uint8_t)(brt * blue); for (int i = 0; i < neoNum; i++) { npx.set(i, r, g, b); } npx.show(); phase += 0.1; } } //----------------------------------------------------- // shootingStar function // Input: red, green, blue, direc, waitTime // Output: None // Description: Implements the shooting star effect on NeoPixels. //----------------------------------------------------- void shootingStar(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue, int direc, uint32_t waitTime) { static uint16_t startPos = (direc == 1) ? 0 : neoNum - 1; static unsigned long previousMillis = 0; unsigned long currentMillis = millis(); if (currentMillis - previousMillis >= waitTime) { previousMillis = currentMillis; npx.clear(); for (int i = -2; i <= 3; i++) { int pos = startPos + i * direc; if (pos >= 0 && pos < neoNum) { float distance = abs(startPos - pos); float brt = max(1.0 - 0.9 * distance, 0.0); uint8_t r = red; uint8_t g = green; uint8_t b = blue; r = (uint8_t)(r * brt); g = (uint8_t)(g * brt); b = (uint8_t)(b * brt); npx.set(pos, r, g, b); } } npx.show(); startPos += direc; if (startPos >= neoNum || startPos < 0) { startPos = (direc == 1) ? 0 : neoNum - 1; } } } //----------------------------------------------------- // smoothStart function with virtual LEDs // Input: red, green, blue, period, virtualLEDs, dir // Output: None // Description: Implements a smooth start effect on virtual LEDs using a sine wave. //----------------------------------------------------- void smoothStar(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue, uint32_t period, int virtualLEDs, int dir) { static float phase = 0.0; static uint32_t previousMillis = 0; for (int i = 0; i < virtualLEDs; i++) { // Calculate brightness based on the sine wave with the specified period float brightness = 0.5 * sin(phase - dir * i * 2 * PI / virtualLEDs) + 0.5; uint8_t r, g, b; r = (uint8_t)(red * brightness); g = (uint8_t)(green * brightness); b = (uint8_t)(blue * brightness); // Map virtual LED to physical LED int physicalLED = map(i, 0, virtualLEDs - 1, 0, neoNum); npx.set(physicalLED, r, g, b); } if (millis() - previousMillis >= period) { // Change the phase of the sine wave every period phase += 0.05; // Adjust to an appropriate value npx.show(); previousMillis = millis(); } } //----------------------------------------------------- // begin function // Input: None // Output: None // Description: Initializes the SpreNeo instance by stopping any ongoing effects and setting a default effect. //----------------------------------------------------- void begin() { npx.framerate(60); stop(); set(LEDKIND_BRESS, 0, 0, 128, 60); } //----------------------------------------------------- // start function // Input: None // Output: None // Description: Starts the LED effect. //----------------------------------------------------- void start() { _ledt.enable = true; } //----------------------------------------------------- // stop function // Input: None // Output: None // Description: Stops the LED effect. //----------------------------------------------------- void stop() { _ledt.enable = false; } //----------------------------------------------------- // set function // Input: kind, r, g, b, tm // Output: None // Description: Sets the LED effect parameters. //----------------------------------------------------- void set(uint8_t kind, uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b, uint8_t tm) { _ledt.kind = kind; _ledt.rgb.r = r; _ledt.rgb.g = g; _ledt.rgb.b = b; _ledt.tm = tm; } //----------------------------------------------------- // update function // Input: None // Output: None // Description: Updates the LED effect based on the set parameters. //----------------------------------------------------- void update(void) { if (_ledt.enable) { switch (_ledt.kind) { case LEDKIND_BRESS: breatheEffect(_ledt.rgb.r, _ledt.rgb.g, _ledt.rgb.b, _ledt.tm); break; case LEDKIND_LEFTSTAR: shootingStar(_ledt.rgb.r, _ledt.rgb.g, _ledt.rgb.b, 1, _ledt.tm); break; case LEDKIND_RIGHTSTAR: shootingStar(_ledt.rgb.r, _ledt.rgb.g, _ledt.rgb.b, -1, _ledt.tm); break; case LEDKIND_SMOOTHLEFT: smoothStar(_ledt.rgb.r, _ledt.rgb.g, _ledt.rgb.b, _ledt.tm, 24, 1); break; case LEDKIND_SMOOTHRIGHT: smoothStar(_ledt.rgb.r, _ledt.rgb.g, _ledt.rgb.b, _ledt.tm, 24, -1); break; default: break; } } } private: }; #endif // __SPRE_NEO_HPP__ ``` # 応用例 このモジュール群は以下の2点で使ってます是非ご参照くださいませ٩(ˊᗜˋ*)و ## SoundSerenity [[SoundSerenity]](https://elchika.com/) ## LoRaPager [[LoRaPager]](https://elchika.com/) # 残務と今後の考察 面白いものが出来たのは出来たのですが やってる事が地味過ぎて... これらは後でライブラリ登録しようかと考えております # さいごに ご清聴ありがとうございました [[0.はじめに]](https://elchika.com/) に戻る