ESP8266 E1.31多路復(fù)用像素控制器

描述

我正在尋找一種相對便宜的方式來驅(qū)動來自Vixen / Falcon Pi Player的大量 WS2811/WS2812 LED 像素，用于我的圣誕燈顯示。我發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)預(yù)建控制器都很昂貴，而且大多數(shù) diy 版本是每個控制器的單通道/宇宙。所以，我開始編寫/構(gòu)建自己的代碼。

硬件：

在硬件方面，ESP8266 非常適合這個價位，盡管我最初并不熱衷于無線解決方案，但我還是開始看看我可以讓它成功驅(qū)動多少像素。我選擇了 Wemos D1 Mini Pro 來完成這項工作。它們可以從 Banggood、AliExpress 或 Ebay 以低于 5 美元的價格購買。

只有一個可用的 TX 端口（另一個用于編程和調(diào)試），需要以適當(dāng)?shù)臅r序?qū)懭?WS2811/WS2812 可尋址像素，我需要一個能夠以非常高的速度切換的廉價組件，以支持多路復(fù)用跨輸出通道的數(shù)據(jù)輸出。SN74HCT125N 4 通道緩沖器/驅(qū)動器芯片提供了完美的功能，可以在 Ebay 上以 0.50 美元左右的價格找到。

最后但同樣重要的是，不要忘記 10K 歐姆電阻器。雖然它可能在沒有這些的情況下工作，但當(dāng)驅(qū)動程序禁用輸出時，像素可能不會完全鎖存。發(fā)生這種情況時，“Y”輸出端口電壓可以浮動，對地電阻將保持像素 LED 鎖存。

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ESP8266轉(zhuǎn)SN74HCT125原理圖

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軟件：

在軟件方面，我需要 3 個主要組件，1 個通過網(wǎng)絡(luò)從協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)，1 個將數(shù)據(jù)寫入像素鏈，1 個將 2 個粘合在一起。

接收數(shù)據(jù)組件：

E1.31 DMX 協(xié)議是開放的，受到Vixen和Falcon Pi Player的支持，因此通過簡短的搜索找到了Arduino 的forkineye/E131庫。因為我將從 Arduino GUI 對我的 ESP8266 進(jìn)行編程，所以這個庫將是完美的，并且只需要進(jìn)行一些小改動即可簡化和易用。DMX 協(xié)議確實將每個宇宙的通道數(shù)限制為 512 個，并且每個像素占用 3 個通道，我們限制為每個宇宙 170 個像素。

像素驅(qū)動組件：

有許多庫可以通過位撞擊來驅(qū)動像素，這不是一個選項，我想使用 UART，所以我不必?fù)?dān)心時間問題。問題是，ESP 只有 2 個 UART TX 端口，其中一個被 USB/調(diào)試端口用完。是時候來點數(shù)學(xué)了……

如果我的照明顯示器使用保守的 50 毫秒刷新率...

使用快速的 800kbps 像素，更新每個像素需要 30us，每個宇宙最多 170 個像素。

寫入一個像素宇宙的時間：30us/1000 * 170 = 5.1ms

在 8 個像素輸出通道上多路復(fù)用此值會導(dǎo)致總刷新時間為 40.8 毫秒。如果我們對所有通道使用所有像素，則這屬于來自節(jié)目播放器的 50 毫秒刷新。

*在實際測試中，超過 1000 像素可能有點粗略，當(dāng)處理器不堪重負(fù)時，可能會出現(xiàn)死機(jī)和重啟。

我找到了Makuna/NeoPixelBus庫，這是一個很棒的庫，但我只需要兩個文件 NeoEsp8266UartMethod.h和NeoEsp8266UartMethod.cpp 。我更新了它們以處理跨多個像素通道多路復(fù)用單個 UART。雖然它只寫入端口 D4 上的 TXD1，但它現(xiàn)在啟用和禁用與正在向其發(fā)送數(shù)據(jù)的像素通道相對應(yīng)的 GPIO 引腳（D0、D1、D2、D3、D5、D6、D7、D8） . 我針對多路復(fù)用的文件進(jìn)行了優(yōu)化，并刪除了任何不必要的代碼。

膠水：

我編寫了自己的緩沖，因為我需要的不僅僅是來自 NeoPixelBus 的雙緩沖。在頂部添加了一個狀態(tài)機(jī)來控制過程，最后添加了 Arduino OTA 對無線更新的支持。