設(shè)計(jì)構(gòu)建一個(gè)帶有ESP32觸摸控制的觸摸燈

時(shí)間：2025-04-07 23:16:58

關(guān)鍵字： ESP32 觸摸燈 WS2812B 傳感器

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[導(dǎo)讀]幾個(gè)星期前，當(dāng)我去一家餐館的時(shí)候，這種臺(tái)燈的變體真的弄傷了我的手指。這東西是要通過觸摸來控制的，但要用一種神秘的方式。有足夠的理由進(jìn)一步研究使用ESP32。當(dāng)然，使用Micropython是成功的。這是該系列下一集的結(jié)果

如果光輸出可以直接在設(shè)備上進(jìn)行交互控制，那就太好了。現(xiàn)在我們將構(gòu)建并編程一個(gè)設(shè)備。

幾個(gè)星期前，當(dāng)我去一家餐館的時(shí)候，這種臺(tái)燈的變體真的弄傷了我的手指。這東西是要通過觸摸來控制的，但要用一種神秘的方式。有足夠的理由進(jìn)一步研究使用ESP32。當(dāng)然，使用Micropython是成功的。這是該系列下一集的結(jié)果

帶有觸摸控制的臺(tái)燈

有了手機(jī)應(yīng)用程序，你自然有很多選擇來控制臺(tái)燈。但是問題已經(jīng)從決定開始了——無線局域網(wǎng)通過路由器還是通過控制器自己的接入點(diǎn)。這必須在課程中考慮到，或者在開始時(shí)就已經(jīng)有了。

如果光輸出可以直接在設(shè)備上進(jìn)行交互控制，那就太好了?，F(xiàn)在我們將構(gòu)建并編程一個(gè)設(shè)備。首選控制器是ESP32，因?yàn)樗杏|摸板輸入。進(jìn)一步考慮使用ESP8266或樹莓派Pico，然后產(chǎn)生了觸摸問題的進(jìn)一步解決方案。我們將在下一集中討論這些問題。今天我們繼續(xù)討論ESP32。我將展示如何將數(shù)據(jù)永久存儲(chǔ)在NVS區(qū)域中，以及如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)程并行執(zhí)行。至少第一個(gè)功能只提供ESP32。

對(duì)于使用的控制器板ESP32 Dev Kit C V4，需要兩個(gè)面包板來開發(fā)電路，它們通過電流軌放在一起。這是為跳線獲得足夠自由接觸點(diǎn)的唯一方法。

圖1:ESP32的設(shè)置

作為觸摸板，我使用了電路板和波峰的剩余部分。小鋁孩子將服務(wù)于生產(chǎn)系統(tǒng)。

我使用RGB LED來顯示運(yùn)行狀態(tài)。戒指上led的顏色可以單獨(dú)設(shè)置和下調(diào)。RGB LED顯示顏色?？偣灿形宸N情況：紅、綠、藍(lán)、白、中。

預(yù)電阻的尺寸是這樣的，一起發(fā)出白光。藍(lán)色的，尤其是綠色的LED比紅色的要亮得多。因此，電阻值的差異很大。如果你想要一個(gè)更輕的顯示，就取更小的歐姆值。

圖2中的電路圖顯示了所有部件是如何組合在一起的。

圖2：帶有ESP32和觸摸板的電路

作為能源供應(yīng)，我選擇了18650型的鋰離子電池，加上一個(gè)帶有加載部分和5V輸出的電池所有者。我在USB A插座的連接旋轉(zhuǎn)上焊接了我的電路的供應(yīng)線。這樣我就不用USB插頭了，仍然可以使用板上的機(jī)械開關(guān)。它將指向房屋朝向地面，以及在圖2中板子上端的加載插座。

因?yàn)闊衾锓琶姘宓目臻g太小了，我設(shè)計(jì)了一個(gè)電路板，上面可以容納幾個(gè)單獨(dú)的零件。您可以按照下載PDF文件的方式進(jìn)行布局。

圖3：傳感器燈-布局

我在實(shí)驗(yàn)設(shè)置中使用了RGB LED模塊。對(duì)于燈本身，我發(fā)現(xiàn)該系列的一個(gè)led更理想，因?yàn)樗菀捉M裝在蓋子上。LED只是用雙組分粘合劑粘在框架上。

圖4：帶有公共陰極的RGB LED

燈具部件

房屋框架和蓋子由木材制成?？蚣苡?5毫米的楓木板組成，45毫米× 150毫米。作為蓋子，我拿了一個(gè)5毫米厚的板，其中一個(gè)木制圓柱體粘在中間的黃銅管的中心。

圖5：燈具部件

圖6：粘接前的框架條

圖7：安裝在外殼框架和燈座在蓋子

圖8：傳感器按鍵和信號(hào)LED

燈頭坐落在一個(gè)230毫米長(zhǎng)的黃銅管與6mm ?。

圖9：燈頭內(nèi)的LED環(huán)

Micropython -語言-模塊和程序

要安裝托尼，你會(huì)在這里找到一個(gè)詳細(xì)的說明(英文版)。還有一個(gè)關(guān)于ESP芯片上的Micropython固件(截至2022年6月18日)如何被燒毀的描述。

Micropython是一種解釋器語言。Arduino IDE與Arduino IDE的主要區(qū)別在于，你只需要在ESP32上閃爍Micropython固件一次，以便控制器理解Micropython指令。您可以使用Thonny，μpycraft或ESPTOOL.PY。對(duì)于安東尼，我在這里描述了這個(gè)過程。

一旦固件閃過，你就可以很容易地在對(duì)話框中與控制器對(duì)話，測(cè)試單個(gè)命令并立即看到答案，而無需事先編譯和傳輸整個(gè)程序。這正是Arduino IDE困擾我的地方。如果您可以檢查語法和硬件的簡(jiǎn)單測(cè)試，以便在編寫程序之前通過命令行嘗試和改進(jìn)函數(shù)和整個(gè)程序部分，則可以節(jié)省大量時(shí)間。出于這個(gè)目的，我總是喜歡創(chuàng)建小型測(cè)試程序。作為一種宏，它們總結(jié)了重復(fù)出現(xiàn)的命令。然后從這些程序片段開發(fā)整個(gè)應(yīng)用程序。

自動(dòng)啟動(dòng)

如果程序要通過打開控制器自動(dòng)啟動(dòng)，請(qǐng)將程序文本復(fù)制到新創(chuàng)建的空白磁貼中。將該文件保存在WorkSpace中的Main.py中，并將其上傳到ESP芯片。該程序?qū)⒃谙麓螐?fù)位或開機(jī)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。

測(cè)試程序

tony - ide中當(dāng)前編輯器窗口中的程序通過F5按鈕手動(dòng)啟動(dòng)。這可以比鼠標(biāo)點(diǎn)擊開始按鈕或通過菜單運(yùn)行更快地完成。只有程序中使用的模塊必須在ESP32的flash中。

在兩者之間，Arduino id ?

如果您以后將控制器與Arduino IDE一起使用，只需以通常的方式刷新程序。然而，ESP32/ESP8266隨后忘記了它曾經(jīng)說過Micropython。相反，任何包含Arduino IDE或AT-Firmware或Lua或…可以很容易地提供micropython固件。這個(gè)過程總是像這里描述的那樣。

新像素環(huán)

類型WS2812新像素led包含三個(gè)單獨(dú)的led，釋放紅色，綠色或藍(lán)色光。它們由控制器尋址，控制器通過一種時(shí)鐘為800kHz的總線系統(tǒng)接收指令。

在I2C總線或SPI總線上，來自控制器(例如ESP32)的信號(hào)以相同的方式到達(dá)總線上的所有從機(jī)，每個(gè)人都能看到一切。它與WS2812模塊不同。每個(gè)構(gòu)建塊都有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出。通過連接I2C總線或SPI總線，幾個(gè)構(gòu)建模塊可以級(jí)聯(lián)，來自控制器的信號(hào)，例如ESP32，以相同的方式到達(dá)總線上的所有從機(jī)，每個(gè)人都能看到一切。它與WS2812模塊不同。每個(gè)構(gòu)建塊都有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出。幾個(gè)構(gòu)建塊可以級(jí)聯(lián)在I2C總線或SPI總線上，來自控制器的信號(hào)，例如ESP32，以相同的方式到達(dá)總線上的所有從機(jī)，每個(gè)人都看到一切。它與WS2812模塊不同。每個(gè)構(gòu)建塊都有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出。幾個(gè)構(gòu)建塊可以為單個(gè)顏色級(jí)聯(lián)。我們以一個(gè)列表的形式給出顏色代碼，每個(gè)WS2812有三個(gè)字節(jié)。

讓我們從一個(gè)嘗試開始。我們使用圖2的結(jié)構(gòu)。首先導(dǎo)入Class Pin和Neopixel。我創(chuàng)建了一個(gè)GPIO引腳對(duì)象作為結(jié)果，從而實(shí)例化了一個(gè)具有八個(gè)組件的新像素對(duì)象。

neopixel實(shí)例neo包含一個(gè)Bytearar和write()方法，通過該方法Bytearar的內(nèi)容被傳輸?shù)絥eopixel環(huán)。

使用neoI處理數(shù)組的前三個(gè)元素，并傳遞紅色，綠色和藍(lán)色，0xe0, 0x07和0x3c的值。在內(nèi)部，這使得私有函數(shù)setitem()。這些值以改變后的順序輸入緩沖區(qū)。正如我們將看到的曲線，這是我在邏輯分析儀的幫助下記錄的。這些值是在緩沖區(qū)中發(fā)送的。一個(gè)0對(duì)應(yīng)于一個(gè)近似的窄脈沖。500NS寬度后面跟著a)。這些值以改變后的順序輸入緩沖區(qū)。正如我們將看到的曲線，這是我在邏輯分析儀的幫助下記錄的。這些值是在緩沖區(qū)中發(fā)送的。一個(gè)0對(duì)應(yīng)于一個(gè)近似的窄脈沖。500NS寬度后面跟著a)。這些值以改變后的順序輸入緩沖區(qū)。正如我們將看到的曲線，這是我在邏輯分析儀的幫助下記錄的。這些值是在緩沖區(qū)中發(fā)送的。一個(gè)0對(duì)應(yīng)于一個(gè)近似的窄脈沖。500NS的寬度按交換順序發(fā)送。這與數(shù)據(jù)表中的信息相對(duì)應(yīng)，也可以通過以下方式進(jìn)行驗(yàn)證。

圖10:RGB = 0xe0, 0x07, 0x3c, 0xF0, 0xF0, 0xF0的脈沖序列

在第一個(gè)WS2812B的輸出中，丟失了三個(gè)字節(jié)0xe0、0x07和0x3c，這已經(jīng)吞噬了這個(gè)構(gòu)建塊。相反，代碼0xF0, 0xF0, 0xF0出現(xiàn)時(shí)間延遲，即第二個(gè)組件的代碼。邏輯分析儀通道1的輸入連接到第一個(gè)LED入口的測(cè)量，通道2連接到它的輸出。

現(xiàn)在我們知道WS2812B上的袋鼠是如何運(yùn)行的，并且可以轉(zhuǎn)向燈的程序。

這個(gè)項(xiàng)目

我們想用三個(gè)傳感器板來控制新led。通過GPIO33的觸摸板進(jìn)行顏色選擇。有五個(gè)通道：開/關(guān)、紅、綠、藍(lán)和明/暗。強(qiáng)度增加到GPIO32，降低到GPIO27。這三個(gè)活動(dòng)的操作在后臺(tái)以三個(gè)函數(shù)并行運(yùn)行。這是通過asyncio模塊實(shí)現(xiàn)的。

起初，我試圖做模塊為_thread使用。這在兩個(gè)過程中工作得很好，但拒絕為第三方服務(wù)。我找不出原因是什么。所以我們使用asyncio。

我們先從進(jìn)口業(yè)務(wù)說起。該模塊支持我們使用觸摸板的方法。我們需要LED輸出的引腳。在Neopixel上我們管理LED環(huán)的WS2812B。別名NP允許我們使用更短的拼寫。這些方法用于模塊時(shí)間的小小睡sleep和Sleep_ms。在C-Python中，我們也錯(cuò)過了這個(gè)模塊的別名。類NVS只對(duì)ESP32可用，ESP32可以從我們導(dǎo)入類的地方看到。NVS是非易失性存儲(chǔ)的縮寫。這允許我們?cè)谙到y(tǒng)中永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。我們用它來取下我們最喜歡的顏色組合，然后在冷啟動(dòng)時(shí)再次自動(dòng)加載。(下載：timeout.py touch.py touchlamp .py)

NVS區(qū)域被劃分為名稱空間(name spaces)，其中有符號(hào)32位數(shù)字和所謂的二進(jìn)制blob，所以字節(jié)對(duì)象所以字節(jié)字符串。我們的分區(qū)名為config。

這里我們?cè)O(shè)置觸摸板對(duì)象。第一個(gè)參數(shù)是GPIO引腳號(hào)。因此GPIO33代表Touch8， GPIO32代表Touch9， GPIO27代表Touch7。第二個(gè)參數(shù)是觸摸板被歸類為觸摸的限制。當(dāng)觸摸時(shí)，讀取值和方法掉落，觸摸()傳遞1，否則傳遞0。

為了設(shè)置限制值，我們直接要求TP對(duì)象的相應(yīng)收據(jù)，而不需要觸摸。

然后是觸摸。

我們將LED環(huán)的信號(hào)線連接到GPIO13上。戒指有8個(gè)led，同樣你也可以使用一個(gè)有12個(gè)led的戒指。當(dāng)然，它也會(huì)更快地耗盡電池。使用8系列環(huán)，電流消耗在40mA到250ma之間。當(dāng)使用2200毫安時(shí)，根據(jù)亮度設(shè)置的不同，負(fù)載足夠使用大約8小時(shí)。

我已經(jīng)列出了上面5個(gè)通道的含義。顏色的顏色作為代碼列表“All LEDs out”=[0.0.0]。

接下來是NVS區(qū)域中保存和讀取顏色代碼的例程定義。顏色名稱用作鍵，值來自列表元素。重要：只有使用commit()命令才能傳輸?shù)絻?nèi)存。

閱讀更容易。我們以列表的形式返回顏色值。如果省略方括號(hào)，將得到一個(gè)返回對(duì)象Tupel。我們不需要這樣做，因?yàn)槲覀兿胍淖兂绦蛑械脑刂?，而這在tupel中是不可能的。

在開始時(shí)，名稱空間config仍然為空。因此，讀訪問拋出一個(gè)Try Except攔截的異常。我們不讀取顏色代碼，而是在內(nèi)存中編寫上面定義的代碼。在下一個(gè)開始，鍵紅，綠和藍(lán)存在。

我們繼續(xù)定義其他變量和對(duì)象。如果我們?cè)诓僮鬟^程中切換led變暗，則實(shí)現(xiàn)是當(dāng)前顏色代碼的短暫中間存儲(chǔ)器。那我們就帶走真的。

然后我們定義RGB LED的輸出。我們把物體放在tupel led中。因?yàn)閷?duì)象引用沒有改變，所以可以安全地使用tupel。對(duì)于形狀，也可以采用tupel。這些元件依次是燃料，并決定如何將電纜切換到信號(hào)LED。channel中是四個(gè)通道的名稱，這是我們?cè)赗eplica中輸出所需要的。

函數(shù)lum()用顏色代碼填充新像素緩沖區(qū)，并通過GPIO13輸出將緩沖區(qū)內(nèi)容發(fā)送到環(huán)。

現(xiàn)在開始使用asyncio模塊。因此，我們定義了三個(gè)用于觸摸控制的函數(shù)。使用TP1時(shí)，如果我們切換通道，將當(dāng)前顏色保存為Nvs。config并將戒指調(diào)暗。我們用觸摸觸控板的周期來解碼每種情況下應(yīng)該發(fā)生的情況。

在異步系統(tǒng)中表示進(jìn)程的函數(shù)必須以asyncdef方式啟動(dòng)。該過程在函數(shù)離開后立即結(jié)束。我們不希望那樣，所以這個(gè)過程就像一個(gè)無限循環(huán)一樣運(yùn)行。對(duì)象的channel和color經(jīng)歷我們必須在其他地方使用的潛在變化，所以我們?cè)趩?dòng)函數(shù)時(shí)將它們聲明為全局。

我們用asyncio-Variant的asyncio.sleep_ms()代替正常的超時(shí)的Sleep_ms()。用線條

我們向系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，告知該進(jìn)程可以在此時(shí)中斷，以便操作其他進(jìn)程。

只要pad TP1沒有被觸碰，那么這個(gè)循環(huán)就會(huì)空著運(yùn)行。如果確定了觸摸，則傳遞觸摸()1，并使用getduration()確定持續(xù)時(shí)間(以毫秒為單位)。

一個(gè)短的水龍頭帶來的周期遠(yuǎn)低于100。

如果保持時(shí)間小于500ms，我們計(jì)數(shù)通道并將信號(hào)RGB切換到相應(yīng)的顏色。通過模5除數(shù)的形成，我們將其取值范圍限制在0…4，從而接收到一個(gè)環(huán)形計(jì)數(shù)器。

如果保持時(shí)間在半秒到兩秒之間，我們觸發(fā)當(dāng)前顏色的存儲(chǔ)。

LED環(huán)變暗超過兩秒。

函數(shù)showchannel()操作信號(hào)LED的輸出。通道號(hào)被移交并測(cè)試是否符合有效區(qū)域。如果不是這種情況，則拋出異常。led (i)一個(gè)接一個(gè)地表示紅色，綠色和藍(lán)色的三個(gè)輸出。在num上訪問相應(yīng)的模式，并在模式的元組中尋址值。

showchannel(3)調(diào)用通道3(藍(lán)色)的模式(0.0.1)，并設(shè)置Ledr = 0, LedG = 0和LEDB = 1。

具有Async Def的函數(shù)被啟動(dòng)時(shí)，行為是協(xié)作的，它們?cè)试S多個(gè)進(jìn)程彼此并行執(zhí)行，因此被稱為協(xié)程。使用協(xié)同程序increate()，我們計(jì)算所設(shè)置通道的顏色值。顏色、實(shí)現(xiàn)和注釋的變化必須在流程之外可見，即全局可見。該進(jìn)程被永久地保存在while循環(huán)中，并且可以被中斷。

通道1到3，一個(gè)離散的顏色被控制。如果我們控制顏色值增加時(shí)的附加值。在第10次運(yùn)行時(shí)，為了避免不必要的副作用，第5次運(yùn)行時(shí)，我們將顏色值限制為最大255。列表中對(duì)應(yīng)的元素顏色為。1中的通道數(shù)減少1個(gè)PTR。

在通道4中，所有分量的顏色增加相同的值3。在[255,255,255]處結(jié)束。當(dāng)向后移動(dòng)時(shí)，只有白光的強(qiáng)度降低。原來設(shè)定的顏色不再達(dá)到。目前這不是很好，但應(yīng)該在sensorlampy2.0的另一集中進(jìn)行優(yōu)化。