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[彩色丝印征集令]重力感应LED沙漏桌面摆件

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简介

利用MPU6050加速度传感器采集加速度数据,控制WS2812b灯珠阵列实现模拟沙漏、秒表、计时器功能,主控采用STM32F103C8T6。

简介:利用MPU6050加速度传感器采集加速度数据,控制WS2812b灯珠阵列实现模拟沙漏、秒表、计时器功能,主控采用STM32F103C8T6。
彩色丝印征集令

开源协议

GPL 3.0

创建时间:2024-11-01 10:50:15更新时间:2025-01-21 07:18:22

描述

一、作品展示(视频演示【I prefer exceptions-哔哩哔哩】https://www.bilibili.com/video/BV1px6xYpERs?vd_source=ea5bd5b6911af73d09093e4376c0b826)

  • 副板主面
    副板主面.png
  • 副板副面
    副板副面.png
  • 主板主面
    主板主面.png
  • 主板副面
    主板副面.png
    实物照片见附件

二、作品特点

  • 加速度传感器采用MPU6050,主控采用STM32F103C8T6
  • 灯珠采用WS2812B-3528反贴磨砂款,255级RGB全彩显示,搭配嘉立创彩色丝印工艺,色彩丰富绚丽、美观
  • 5V电池供电,可以使用Type-C 5V对电池充电,在一般亮度下工作电流不超过100mA,2000mAh电池满电情况下可以工作20h以上
  • 可以全局调整颜色,亮度
  • 拓展多个模式,可作为秒表、计时器

三、硬件设计

  • 设计思路:
    • 电源部分(主板)
     flowchart LR
        a(TypeC 5V供电)-->5V输入-->锂电池-->5V电源-->b(AMS1117-3.3V 线性稳压器)-->3.3V电源
    
    • 传感与控制部分 (主板)
     flowchart LR
       A(3.3V电源)-->mcu(主控STM32)
       A-->MPU6050-->mcu-->数据输出
    
    • LED部分 (副板)
     flowchart LR
       数据输出-->WS2812B
       5V电源-->WS2812B-->显示
    
  • MPU6050:
    MPU6050 是一款流行的 6 轴姿态传感器,它结合了三轴加速度计和三轴陀螺仪,使用I2C通信接口,具有可配置的输出精度与硬件滤波器,广泛应用于运动跟踪、平衡控制、导航系统、姿态控制等领域。
  • WS2812B:
    WS2812B 是一款广泛应用的智能 RGB LED,通常用于灯光装饰、显示屏和可编程灯带等应用。
    • 内置控制器,直接通过单线串行数据传输协议接收数据,不需要额外的外部控制电路或驱动电路。
    • 红绿蓝三通道均有255级全彩显示,具有 16,000,000 + 种颜色组合
    • 链式连接,每颗 LED 的数据输出端口(DO)连接到下一个 LED 的输入端口(DI)
    • 功耗低
    • 高达800Kbps的总线速度

四、软件设计

  • 灯珠驱动程序
    • WS2812B使用固定800KHz频率、占空比不定的PWM波搭载信息,可以使用STM32的定时器PWM + DMA驱动
  • 重力方向感知
    • MCU通过I2C通信获取MPU6050感知到X轴上的加速度 AccXAccX,与Y轴上的加速度 AccYAccY
    • 利用公式
      AccX=cosθAccX2+AccY2AccY=sinθAccX2+AccY2AccX = cos\theta\cdot\sqrt{AccX^2+AccY^2}\\ AccY = sin\theta\cdot\sqrt{AccX^2+AccY^2}
      解出重力的方向角θ\theta
    • 在主循环中,不断根据方向角逐渐调整灯珠内容,模拟沙粒流动的效果
    • 每隔一段时间,根据方向角将一颗处于交界处的沙粒从上方移动到下方,模拟沙粒坠落的效果
  • 另外,还通过外接的按键配合重力感知,可以全局调整颜色和亮度,还拓展了秒表和倒计时模式
  • 注:本项目的主要设计难度在软件上,实现基本功能的代码已经接近400行(STM32标准库),完整程序代码超过了1k行。除了实现基本功能外,如何处理颜色数据得到好看的效果也值得研究;在网上有许多类似的作品,但均使用现有的MAX7219 8*8 LED点阵模块,功能和效果都较为单一,在此灵感上,我进行了拓展设计。

五、物料清单

名称数量成本(¥)立创商城编号或淘宝链接
WS2812B 3528反贴磨砂款830.2*83http://e.tb.cn/h.T2J8q7YTQFNaxxW?tk=PT4F3umFKzT
STM32F103C8T616.29C8734
MPU605013.99http://e.tb.cn/h.TdmnV8rbW6wYXzd?tk=lIJH3umxmyq
AMS1117-3.310.87C6186
锂电池119http://e.tb.cn/h.TdmLpMHmyj0lUyu?tk=Cjt93umy9e1
8MHz晶振10.938C2682775
贴片轻触开关30.25*3C720477
滑动开关10.35C2906280
PMOS (贴片SOT-23)1不计C916399
0Ω0\Omega电阻 (贴片0805)1不计/
10kΩ10k\Omega电阻 (贴片0805)1不计/
5.1kΩ5.1k\Omega电阻 (贴片0805)4不计/
12pF12pF电容 (贴片0805)2不计/
1uF1uF电容 (贴片0805)2不计/
2.2uF2.2uF电容 (贴片0805)5不计/
100nF100nF电容 (贴片0805)9不计/
Type C - 6P1不计/
M3螺丝螺母垫片4套不计/
总计/50\approx50/

设计图

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