Ночник с управлением жестами, на базе адресных светодиодов

Общие сведения:

В этом уроке мы создадим ночник с управлением адресными светодиодами через датчик жестов.

Выполнив один из жестов, которые распознаёт датчик, вы сможете управлять режимом работы ночника, его яркостью, цветом и скоростью анимации.

Видео:

Нам понадобится:

• 1х Arduino / Piranha UNO;
• 1х Battery Shield;
• 1х Trema Shield;
• 8х Trema-модуль Адресный светодиод NeoPixel;
• 1х Trema-модуль Датчик жестов, приближения, освещённости, цвета;
• 6х ПВХ-конструктор;

Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки:

• SparkFun_APDS9960 — для работы с датчиком движений;
• iarduino_NeoPixel — для работы с адресными светодиодами NeoPixel;
• Wire — библиотека входит в базовый набор Arduino IDE и не требует установки;

О том, как устанавливать библиотеки, Вы можете ознакомиться на странице Wiki - Установка библиотек в Arduino IDE.

Описание работы ночника:

После подачи питания ночник готов к работе.

Для включения ночника проведите рукой над датчиком вправо или влево, после чего ночник включит один из режимов работы:

• Перелив всеми цветами радуги;
• Случайное включение случайным цветом;
• Смена одного цвета на другой;
• Имитация пламени свечи;
• Один цвет на выбор по порядку(красный, зелёный, синий, жёлтый, фиолетовый, голубой, белый);

Для того, чтобы увеличить или уменьшить скорость анимации, достаточно провести рукой вверх (ускорить) или вниз (замедлить) над датчиком.

Для того, чтобы изменить уровень яркости ночника достаточно приблизить руку к датчику и плавно её отдалить - ночник перейдёт в режим настройки:

• При входе в режим настройки яркости ночник однократно моргнёт светодиодами белого цвета, после чего в течении времени, заданном в переменной waiting_time, будет принимать команды настройки яркости;
• Приближая или отдаляя руку к/от датчика яркость будет плавно меняться от меньшего (приближая) к большему (отдаляя);
• По истечении времени ночник вновь однократно моргнёт светодиодами белого цвета и выйдет из режима настройки яркости;

Для того, чтобы выключить ночник, достаточно поднести руку над датчиком на расстоянии 10-15 см и плавно её приблизить. После этого ночник выключится.

Схема сборки:

Arduino / Piranha UNO:

Batery Shield:

Установите Battery Shield на Arduino / Piranha UNO:
Во время установки Battery Shield должен быть в выключенном состоянии.

Trema Shield:

На Battery Shield установите Trema Shield:

Датчик жестов:

Подключите Trema-модуль Датчик жестов к Trema Shield:

Адресные светодиоды:

Подключите адресные светодиоды NeoPixel к Trema Shield:

Все используемые в уроке Trema-модули NeoPixel соединены друг c другом, а первый модуль можно подключить к любому выводу Arduino. Номер вывода указывается в скетче (в примере используется вывод D10). Чем больше модулей в цепи, тем больше тока она потребляет, по этому в схеме используется стабилизированный источник питания Battery Shield на 5В постоянного тока.

Код программы (скетч):

// Подключаем библиотеки:
#include                                                          //  Для работы с шиной I2C
#include                                             //  Для работы с датчиком APDS-9960
#include                                             //  Подключаем библиотеку iarduino_NeoPixel для работы со светодиодами NeoPixel
uint8_t       neo_pin      = 10;                                          //  Вывод, к которому подключены модули NeoPixel
uint16_t      modul_number = 8;                                           //  Количество модулей
iarduino_NeoPixel led(neo_pin, modul_number*4 );                          //  Объявляем объект LED указывая (№ вывода Arduino к которому подключён модуль NeoPixel, количество используемых светодиодов)
SparkFun_APDS9960 apds = SparkFun_APDS9960();                             //  Определяем объект apds, экземпляр класса SparkFun_APDS9960
// Объявляем переменные:
uint8_t       j;                                                          //  Объявляем переменную для хранения значения сдвига спектра цветов для всех светодиодов (от 0 до 255)
uint8_t       k;                                                          //  Объявляем переменную для хранения положения сдвига спектра цвета для каждого светодиода на спектре j (зависит от количества светодиодов)
uint8_t       r, g, b;                                                    //  Объявляем переменную для хранения цветов RGB для каждого светодиода
uint8_t       z             = 1;                                          //  Определяем константу указывающую задержку в мс (чем выше значение, тем медленнее перелив цветов)
uint8_t       flg, setting  = 0;                                          //  Флаг включения/выключения света
uint8_t       mode          = 0;                                          //  Флаг режима работы светодиодов
uint8_t       proximityData = 0;                                          //  Переменная, хранящая значение расстояния до модуля APDS9960
uint8_t       brightness    = 255;                                        //  Переменная значения яркости
uint32_t      waiting_time  = 7000;                                       //  Время ожидания при настройке яркости
uint32_t      work_time;                                                  //  Счётчик времени при настройке яркости
byte          on_off        = 0;                                          //  Триггер включения/выключения света

void setup() {
  //  Инициализируем адресные светодиоды:
  led.begin();
  //  Инициализируем модуль жестов:
  apds.init();                                                            //  Если инициализация модуля жестов прошла успешно, то ...
  //  Устанавливаем коэффициент усиления приёмника:                       //  Доступные значения: 1х, 2х, 4х, 8х (GGAIN_1X, GGAIN_2X, GGAIN_4X, GGAIN_8X). Чем выше коэффициент тем выше чувствительность
  apds.setGestureGain(GGAIN_4X);                                          //  Если установлен коэффициент усиления приёмника в режиме обнаружения жестов, то ...
  //  Устанавливаем силу тока драйвера ИК-светодиода:                     //  Доступные значения: 100мА, 50мА, 25мА, 12.5мА (LED_DRIVE_100MA, LED_DRIVE_50MA, LED_DRIVE_25MA, LED_DRIVE_12_5MA). Чем выше сила тока, тем выше чувствительность.
  apds.setGestureLEDDrive(LED_DRIVE_100MA);                               //  Если устанавлена сила тока драйвера (яркость) ИК-светодиода для обнаружения жестов, то ...
  //  Разрешаем режим обнаружение жестов:
  apds.enableGestureSensor(false);                                        //  Если инициализация режима обнаружения жестов прошла успешно, то
  led.setColor(NeoPixelAll,0, 0, 0);                                      //  Выключаем светодиоды
  led.write();                                                            //  
  //  Ждём завершение инициализации и калибровки:
  delay(500);                                                             //  Задержка 0,5с
}

void loop() {
  // Проверяем наличие движения
  if (apds.isGestureAvailable()) {                                        //  Если зафиксировано движение, то ...
    switch (apds.readGesture()) {                                         //  Сверяем значение соответствующее жесту ...
      // Проверяем жест:
//==========================================================//
      // "СЕВЕР" - УВЕЛИЧЕНИЕ СКОРОСТИ АНИМАЦИИ
      case DIR_UP:
      if(z>=1 && z <=11)    {z += 5;} else                                //  Если параметр скорости задан от 1мс до 11мс, то шаг равен 5мс
      if(z > 11 && z <=101) {z += 20;}else                                //  Если параметр скорости задан от 11мс до 101мс, то шаг равен 20мс
      if(z > 101 && z <=500){z += 50;}else                                //  Если параметр скорости задан от 101мс до 500мс, то шаг равен 50мс
      if(z > 500)           {z = 1;}                                      //  При превышении значения шаг сбрасывается
      break;
//==========================================================//      
      // "ЮГ" - УМЕНЬШЕНИЕ СКОРОСТИ АНИМАЦИИ
      case DIR_DOWN:
      if(z<1)               {z = 500;}else                                //  При выходе из заданного промежутка значений шаг сбрасывается
      if(z >=1 && z <=11)   {z -= 5;} else                                //  Если параметр скорости задан от 1мс до 11мс, то шаг равен 5мс
      if(z > 11 && z <= 101){z -= 20;}else                                //  Если параметр скорости задан от 1мс до 11мс, то шаг равен 5мс
      if(z > 101 && z <=500){z -= 50;}                                    //  Если параметр скорости задан от 1мс до 11мс, то шаг равен 5мс
      break;
//==========================================================//
      // "ЗАПАД" - ЛИСТАЕМ РЕЖИМЫ ВНИЗ
      case DIR_LEFT:
      mode--;                                                             //  Уменьшаем номер режима на единицу
      if(mode < 1){mode = 11;}                                            //  Если значение меньше допустимого, то переходим к максимально большому значению
      break;
//==========================================================//      
      // "ВОСТОК" - ЛИСТАЕМ РЕЖИМЫ ВВЕРХ
      case DIR_RIGHT:
      mode++;                                                             //  Увеличиваем номер режима на единицу
      if(mode > 11){mode = 1;}                                            //  Если значение больше допустимого, то переходим к минимальному значению
      break;
//==========================================================//      
      // "ОТДАЛЕНИЕ" - ПЕРЕХОД В РЕЖИМ ЯРКОСТИ
      case DIR_FAR:
      setting   = 1;                                                      //  Ставим флаг перехода в режим настройки яркости
      flg       = 1;                                                      //  Ставим флаг смены работы режима датчика жестов - с чтения жестов на чтение приближения
      work_time = millis();                                               //  Обновляем счётчик
      break;
//==========================================================//      
      // "ПРИБЛИЖЕНИЕ" - ПЕРЕХОД В РЕЖИМ ВЫКЛЮЧЕНИЯ СВЕТА
      case DIR_NEAR:
      mode = 12;                                                          //  Устанавливаем режим выключения света
      break;
    }
  }
  // РЕЖИМЫ РАБОТЫ СВЕТОДИОДОВ:
  switch (mode) {                                                         //  Сверяем значение соответствующее режиму работы
//==========================================================//    
    //  ПЕРЕЛИВ ВСЕХ ЦВЕТОВ РАДУГИ
    case 1:
    j++;                                                                  //  Смещаем спектр цветов для всех светодиодов
    for(uint16_t i=0; i millis()){                                //  с момента входа в режим настройки не прошло ли время waiting_time, и если не прошло то...
      if(flg){                                                            //  проверяем, стоит ли флаг смены режима работы датчика жестов. Если стоит, то
        flg = 0;                                                          //  сбрасываем флаг,
        apds.disableGestureSensor();                          delay(500); //  выключаем режим чтения жестов, ждём 0,5с,
        apds.enableProximitySensor(false);                                //  включаем режим чтения приближения,
        led.setColor(NeoPixelAll,0 ,0 ,0 );     led.write();  delay(500); //  выключаем светодиоды, ждём 0,5с,
        led.setColor(NeoPixelAll,25 ,25 ,25 );  led.write();  delay(500); //  включаем светодиоды, ждём 0,5с,
        led.setColor(NeoPixelAll,0 ,0 ,0 );     led.write();              //  выключаем светодиоды.
      }
      if(apds.readProximity(proximityData)){                              //  Если датчик считывает приближение, то...
        brightness = map(proximityData,0, 255,255,10);                    //  регулируем яркость, "перевернув" диапазон значений, приходящий с датчика
      }
    } else {                                                              //  Если время waiting_time прошло, то
      setting = 0;                                                        //  сбрасываем флаг режима настройка яркости,
      apds.disableProximitySensor();                          delay(500); //  выключаем режим чтения приближения, ждём 0,5с,
      apds.enableGestureSensor(false);                                    //  включаем режим чтения жестов,
      led.setColor(NeoPixelAll,0 ,0 ,0 );       led.write();  delay(500); //  выключаем светодиоды, ждём 0,5с,
      led.setColor(NeoPixelAll,25 ,25 ,25 );    led.write();  delay(500); //  включаем светодиоды, ждём 0,5с,
      led.setColor(NeoPixelAll,0 ,0 ,0 );       led.write();              //  выключаем светодиоды.
    }
  }
  delay(100);                                                             //  Задержка, чтобы не перегружать шину I2C постоянными запросами
}

Алгоритм работы скетча:

До кода void setup() определяются переменные, подключаются необходимые библиотеки.

В коде void setup() инициализируется датчик жестов, адресные светодиоды NeoPixel, выключаются светодиоды, если до этого они горели.

Код void loop() делится на несколько частей:

• Проверяется, определил ли датчик жестов какой-то жест;
  • Если жест определён, тогда выполняется одно из действий, назначенное на этот жест: изменение режима работы светодиодов, изменение скорости анимации, изменение яркости, выключение;
• После того, как жест определён, в зависимости от того, какой был жест, скетч переходит к выбору режима работы (переменная mode):
  • Работать в режиме плавного перелива RGB-цветами;
  • Работать в режиме случайного выбора цветов;
  • Работать в режиме случайного включения светодиодов случайным цветом;
  • Работать в режиме переключения цветов;
  • Работать в режиме имитации горения пламени свечи;
  • Работать в режиме одного цвета (красный, зелёный, синий, жёлтый, фиолетовый, голубой, белый);
  • Работать в режиме настройки яркости;
  • Выключить свет;
• Если выбран режим настройки яркости, тогда:
  • Перед входом в режим однократное включение светодиодов белым оповестит вас о том, что вы вошли в режим;
  • Датчик будет переведён из режима чтения жестов в режим чтения расстояния до руки;
  • В течении фиксированного времени waiting_time вы можете настраивать яркость работы светодиодов (поднесите руку к датчику и движением вверх-вниз регулируйте яркость);
  • По окончании режима настройки светодиоды снова однократно моргнут белым и ночник вернётся в рабочий режим;
• Если необходимо изменить скорость работы анимации, тогда:
  • По умолчанию скорость анимации указана в переменной z, а в скетче есть алгоритм изменения скорости:
    • Если z принимает значение от 1 до 10, то каждое движение вверх или вниз будет увеличивать или уменьшать его значение на 5;
    • Если z принимает значение от 10 до 100, то каждое движение вверх или вниз будет увеличивать или уменьшать его значение на 20;
    • Если z принимает значение от 100 до 500, то каждое движение вверх или вниз будет увеличивать или уменьшать его значение на 50;
• Если выбран режим выключения света, тогда все светодиоды потухнут, а для того, чтобы их снова зажечь, достаточно будет просто выполнить жест смены режима работы;

Ссылки:

• Библиотека iarduino_NeoPixel;
• Wiki - Установка библиотек в Arduino IDE;
• Wiki - Piranha UNO;
• Wiki - Battery Shield;
• Wiki - Trema Shield;
• Wiki - Trema-модуль Адресные светодиоды NeoPixel;
• Wiki - Trema-модуль Датчик жестов, приближения, освещённости, цвета;