项目主题关键词：春节，新年，喜庆，氛围感

 

 

 

项目描述

 

一、烟花的由来

 

烟花的由来可以追溯到中国古代‌，其起源与huo yao(敏感词用拼音替代)密切相关，具体由来有多种说法：

驱邪说

相传在古代，有一种叫“年”的怪兽，每到除夕就会出来伤人。人们发现燃烧竹子发出的爆裂声能吓跑“年”，于是便有了在除夕夜燃烧竹子的习俗，这就是最早的“爆竹”，也是烟花的雏形‌。另外，爆竹的原始目的是驱逐鬼怪或迎神，后来以其强烈的喜庆色彩发展为辞旧迎新的象征符号‌。

炼丹意外说

中国古代炼丹术士在炼制长生不老药的过程中，意外地将硫磺、木炭和硝石等混合在一起，发生了爆炸并产生耀眼的火花，这一偶然发现逐渐演变成了烟花的制作‌。据历史记载，大约在公元9世纪，中国的炼丹术士在寻找长生不老药时，意外发现了huo yao，而huo yao的出现为烟花这一独特的娱乐形式提供了可能‌。

爆祭说

民俗学认为，烟花起源于先秦时期已存在的“爆祭”活动，当时的“爆祭”是通过燃烧竹子发出响声来祭祀神灵‌。从发展历程来看，烟花经历了从爆竹到彩色烟花的演变。唐朝时，huo yao正式诞生，术士将硫磺、木炭和硝酸钾混合在一起制成了huo yao。当时的李畋以纸代竹，研制出兼具声光效果的爆竹，后来人们又在爆竹的基础上进行改进，将huo yao和金属屑混合物筑在竹筒里，制成了最初的“烟花”。到了宋朝，烟火制作成为一门独立的专业，烟火师备受尊敬，平民百姓也可以从市场上购买简易的烟花，鞭炮也成为广受欢迎的娱乐形式‌。如今，烟花已经发展成为一种艺术表演，在重大节日和庆典中绽放，为人们带来视觉上的享受。同时，随着科技的发展，新型的环保烟花、数字烟花和电子烟花等也逐渐出现，以适应现代社会的环保和安全需求。

（以上文字由百度AI生成）

 

二、多姿多彩电子烟花

 

烟花燃放主要分为‌两个阶段‌：

1.第一个阶段是礼花弹的升空。在这一阶段，发射药被点燃后产生爆炸声，爆炸瞬间的压力将礼花弹送至高空。

2.第二个阶段是礼花弹的爆裂。在这一阶段，升空后的礼花弹在空中炸开，展现出五颜六色的烟花效果。这是烟花燃放过程中最为壮观和吸引人的部分‌。

而我的电子烟花“燃放”主要分为‌三个阶段‌：

1.第一个阶段跟真实烟花燃放相同，模仿礼花弹的升空。利用霍尔开关传感器来获取当前灯条所处的角度，在规定角度内依次从下到上逐个点亮灯珠，模仿礼花弹的上升过程。

2.第二个阶段也是跟真实烟花燃放相同，模仿升空到最高点的礼花弹炸开，展现出五颜六色的烟花效果，这里我采用三种颜色数据来逐步刷新，即烟花“燃放”中会有三种颜色效果呈现。

3.第三个阶段是呈现“繁星点点”的效果。在真实烟花绽放后会有碎渣从空中掉下来，于是我想或许能够模仿这一现象用随机灯光来实现这一效果，以达到完成整个烟花“燃放”的目的。这也是我想出来的关于电子烟花“燃放”的创新点。

 

可参考下面视频

【“那就送你一场烟火吧”】 https://www.bilibili.com/video/BV1S34y1D7oD/?share_source=copy_web&vd_source=ff46ded16d867d4671ba48cc01160b4f

 

硬件设计

一、灯条

WS2812B主要特性说明：
1.电源输入电压:3.5-7.5V（电压范围宽，可直接用锂电池供电）
2.R/G/B恒流值:12mA
3.SMD内部集成高质量外控单线串行级联恒流IC
4.控制电与芯片集成在SMD5050元器件中,构成一个完整的外控像素点,色温效果均匀且一致性路高
7.灰度调节电路(256级灰度可调)
8.数据整形:接收完本单元数据自动将后续数据整形输出
9.内置高精度和高稳定性振荡器
10.单线数据传输,可无限级联
11.数据协议兼容性高
12.数据发送速率:800Kbps

二、主控板

电源

电源电路采用一颗带有保护板的18650锂电池给整个电路进行供电。经过一颗RT9013 LDO线性稳压芯片输出3.3伏给芯片以及其他电路供电。开关用来切换成充电状态或者是电源供电状态。通过电阻分压采集电池电压。

 

RT9013 LDO线性稳压芯片具有如下特性：

宽工作电压范围：2.2V至5.5V
低压差：500mA时为250mV
线路/负载瞬态超快速响应
限流保护
热关断保护
高电源抑制比
 TTL逻辑控制关机输入

 

需要注意，想要稳定输出3.3V，输入与输出要保持0.5V以上的电压差，即输入电压在3.8V及以上，因此采用电池供电符合这一要求。

 

主控芯片

STM32F103xx中等容量高性能系列，集成了工作频率为72 MHz的高性能Arm Cortex-M3 32位RISC内核、高速嵌入式存储器（高达128 KB的Flash存储器和20 KB的SRAM存储器），以及大量连接至2条APB总线的增强型I/O与外设。所有器件均提供2个12位ADC、3个16位通用定时器、2个PWM定时器以及标准和高级通信接口：多达2个I2C和SPI、3个USART、1个USB和1个CAN。工作电压为2.0 V至3.6 V。工作温度范围为-40 ℃到+85 ℃，可扩展至-40 ℃到+105 ℃。

本项目选用STM32F103CBT6作为主控芯片，Flash存储器比STM32F103C8T6多了一倍的存储空间，能存储更多的程序代码。

 

芯片外围电路

 

时钟电路是单片机内部时钟信号的来源，STM32F103CBT6的时钟电路包括一个8MHZ的外部晶振和两个与它匹配的起振电容，这些元件共同构成了一个稳定的振荡电路，为单片机提供精确的时钟信号‌。

程序下载电路用来给主控程序下载编写好的程序代码。

为了保持连接在主控芯片电源引脚上电压的稳定，需要在主控芯片电源引脚旁就近放置滤波电容，大电容滤低频，小电容滤高频。

 

霍尔开关传感器

JSM464是南极和北极敏感型低功耗全极性霍尔效应开关，器件内部集成了电压调节器，霍尔电压发生器，小信号放大器，斩波稳压器，施密特触发器和CMOS输出驱动器。该传感器温度稳定性好、抗应力强、灵敏度高等特点，工作电压2.5-5.5V。

在远离磁铁时，霍尔开关输出为高电平，当它靠近磁铁附近时，输出马上由高电平变为低电平，产生一个下降沿，可以配合外部中断做相应处理。

 

红外遥控（暂时未调试成功）

主要特性：
电源电压：2.5V至5.5V

TTL和CMOS兼容性

PCM频率的内部滤波器

一个封装中的光电探测器和前置放大器

适用于32.7kHz至40kHz的载波频率

增强了对各种干扰光和电源噪声的免疫力

 

灯条接口

设计两路灯条的数据接口，一路用来传输WS2812B的数据，一路作为备用接口。

 

电机驱动

库存有一个维修好的电机驱动板，拿来就用，不必另外画PCB，在网上也买得到，价格实惠。

DC005电源母座12V电源供电。

 

 

 

程序实现

 

WS2812B那部分驱动代码是参考了江协科技作者的程序。

 

关键代码实现

定义数组用来存储颜色数据。

 

定义含有返回值的light_rise函数。

 

 

fireworks_full函数就是调用两次上面的fireworks_light_out函数实现刷新3种颜色数据的效果。

 

通过调用rand函数产生随机数分别对16和8进行模运算，得到0--15和0-7范围内的数。

 

所有操作都是在外部中断函数处理的。

1.首先，当霍尔开关靠近磁铁时会产生下降沿（前文有所提及），之后程序进入中断函数。

2.先清除标志位，然后调用light_rise函数，同时判断light_rise函数返回的结果是不是等于0，也就是灯珠有没有从底下上升到最高点，如果到了最高点就关闭中断，防止频繁的进入中断函数。

3.然后调用rand函数对这些数值进行模运算，再分别赋值给相应的变量。需对这些变量进行限幅操作。

4.判断烟花标志位，调用fireworks_full函数实现烟花绽放的效果。

5.调用random_light函数之后适当延时，再开中断，这就完成了一次完整的烟花绽放。

 

 

说明：以上不同颜色效果等的实现都是基于rand函数所产生的随机数，这种不是人为规定的可以随机产生的效果给不同颜色的随机呈现提供了更多可能性。

 

机械组装步骤

 

1.先把电机连轴圆盘插入电机轴中。

2.用4颗螺丝和螺母将主控板和连轴圆盘固定好。

3.把电机装入电机固定座。

4.电机支撑架顶住电机，同时拧入2颗M2螺丝（背面还有2颗）固定至电机固定座。

 

5.把18650电池放置在中间，4颗M2螺丝刚好顶住电池。

6.用4个尼龙螺丝柱套在最外面那4个M2螺丝上，用来固定高度。

7.然后将两个焊好的灯条分别放置在两侧，接着用M2螺母固定住这两个灯条。

 

8.将电机支撑架与底座用热熔胶粘起来，然后把DC电源座也是用热熔胶粘起来固定住。

 

9.将电机调速板用热熔胶粘在电机支撑架上，大功告成。

 

视频演示

如视频所见，每一次呈现的颜色效果都是随机的，也有可能连续两次的颜色都是相同的，实测这是正常现象。

但有点可惜，手机录像跟不上实际旋转中的画面，导致视频演示效果看起来不太理想。