LED追逐器電路圖 使用ESP32板的LED追逐器設(shè)計(jì)

一、LED追逐器的基本概念

LED追逐器是一種利用LED（發(fā)光二極管）作為光源，通過(guò)電子電路控制LED燈依次或按特定模式點(diǎn)亮和熄滅，從而產(chǎn)生追逐、閃爍或動(dòng)態(tài)變化的視覺(jué)效果的電子裝置。

LED追逐器通常由多個(gè)LED燈、控制電路、電源等部分組成?？刂齐娐吠ㄟ^(guò)編程或電路設(shè)計(jì)，控制LED燈按照一定的順序和頻率進(jìn)行點(diǎn)亮和熄滅，從而在視覺(jué)上形成追逐、閃爍或流動(dòng)的效果。這種效果在舞臺(tái)燈光、廣告牌、裝飾照明等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

二、LED追逐器的工作原理

LED追逐器的工作原理主要依賴(lài)于控制電路對(duì)LED燈的精確控制。控制電路通常包括一個(gè)或多個(gè)微控制器（如Arduino、STM32等）、定時(shí)器、驅(qū)動(dòng)電路等。通過(guò)編程或電路設(shè)計(jì)，微控制器能夠產(chǎn)生特定的時(shí)序信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路放大后，驅(qū)動(dòng)LED燈依次或按特定模式點(diǎn)亮和熄滅。

具體來(lái)說(shuō)，LED追逐器的工作原理可以分為以下幾個(gè)步驟：

1. 初始化 ：微控制器首先進(jìn)行初始化，包括設(shè)置定時(shí)器、初始化引腳等。
2. 產(chǎn)生時(shí)序信號(hào) ：微控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的程序或電路設(shè)計(jì)，產(chǎn)生控制LED燈點(diǎn)亮和熄滅的時(shí)序信號(hào)。這些信號(hào)通常是一系列的脈沖信號(hào)，其頻率和占空比決定了LED燈的閃爍速度和亮度。
3. 驅(qū)動(dòng)LED燈 ：時(shí)序信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路放大后，驅(qū)動(dòng)LED燈按照預(yù)定的順序和模式點(diǎn)亮和熄滅。
4. 循環(huán)執(zhí)行 ：上述過(guò)程不斷循環(huán)執(zhí)行，形成持續(xù)的追逐、閃爍或動(dòng)態(tài)變化效果。

三、LED追逐器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)LED追逐器時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)要點(diǎn)：

1. LED燈的選擇 ：根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和視覺(jué)效果的需求，選擇合適的LED燈。LED燈的顏色、亮度、角度等參數(shù)會(huì)影響最終的視覺(jué)效果。
2. 控制電路的設(shè)計(jì) ：控制電路的設(shè)計(jì)是LED追逐器的核心。需要根據(jù)LED燈的數(shù)量、排列方式以及所需的視覺(jué)效果，設(shè)計(jì)合適的控制電路。控制電路需要能夠產(chǎn)生精確的時(shí)序信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)LED燈按照預(yù)定的模式工作。
3. 電源的選擇 ：根據(jù)LED燈的總功率和控制電路的功耗，選擇合適的電源。電源需要穩(wěn)定可靠，能夠滿足LED燈和控制電路的工作需求。
4. 散熱設(shè)計(jì) ：LED燈在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，如果散熱不良，會(huì)影響LED燈的壽命和性能。因此，在設(shè)計(jì)LED追逐器時(shí)，需要考慮散熱問(wèn)題，采取合適的散熱措施。
5. 外殼設(shè)計(jì) ：外殼設(shè)計(jì)需要考慮美觀性、防護(hù)等級(jí)以及安裝方便性等因素。外殼需要能夠保護(hù)內(nèi)部電路和LED燈不受外界環(huán)境的影響，并方便用戶進(jìn)行安裝和維護(hù)。

四、LED追逐器的應(yīng)用場(chǎng)景

LED追逐器由于其獨(dú)特的視覺(jué)效果和廣泛的應(yīng)用性，在多個(gè)領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。以下是一些典型的應(yīng)用場(chǎng)景：

1. 舞臺(tái)燈光 ：在演唱會(huì)、舞蹈表演等舞臺(tái)演出中，LED追逐器可以產(chǎn)生炫酷的燈光效果，增強(qiáng)舞臺(tái)氛圍和觀眾的沉浸感。
2. 廣告牌 ：在商業(yè)廣告牌中，LED追逐器可以制作出吸引人的動(dòng)態(tài)廣告效果，提高廣告的吸引力和傳播效果。
3. 裝飾照明 ：在家庭、商場(chǎng)、酒店等場(chǎng)所的裝飾照明中，LED追逐器可以創(chuàng)造出獨(dú)特的視覺(jué)效果，增加空間的層次感和趣味性。
4. 交通信號(hào)燈 ：雖然傳統(tǒng)的交通信號(hào)燈并不直接采用LED追逐器技術(shù)，但LED燈在交通信號(hào)燈中的廣泛應(yīng)用也體現(xiàn)了LED燈在指示和信號(hào)傳遞方面的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展，LED追逐器技術(shù)也有可能在交通信號(hào)燈領(lǐng)域得到應(yīng)用。

五、構(gòu)建LED追逐器的方法

構(gòu)建LED追逐器的方法多種多樣，以下是一種基于Arduino控制器的構(gòu)建方法：

1. 準(zhǔn)備材料 ：包括Arduino控制器、LED燈條或LED燈陣列、電阻、面包板（可選）、導(dǎo)線等。
2. 設(shè)計(jì)電路 ：根據(jù)LED燈的數(shù)量和排列方式，設(shè)計(jì)合適的電路?？梢允褂肁rduino的數(shù)字輸出口直接驅(qū)動(dòng)LED燈（如果LED燈數(shù)量較少），或者使用驅(qū)動(dòng)芯片（如ULN2003）來(lái)驅(qū)動(dòng)更多的LED燈。
3. 編寫(xiě)程序 ：使用Arduino IDE編寫(xiě)控制程序。程序需要能夠產(chǎn)生控制LED燈點(diǎn)亮和熄滅的時(shí)序信號(hào)，并根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整信號(hào)的頻率和占空比。
4. 連接電路 ：將Arduino控制器、LED燈、電阻等元件按照設(shè)計(jì)的電路圖連接起來(lái)。注意連接時(shí)要確保電源的正負(fù)極正確連接，避免短路或損壞元件。
5. 調(diào)試程序 ：將編寫(xiě)好的程序上傳到Arduino控制器中，并觀察LED燈的點(diǎn)亮和熄滅情況是否符合預(yù)期。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要返回檢查電路連接或修改程序。

六、優(yōu)化LED追逐器效果

在構(gòu)建了基本的LED追逐器之后，為了進(jìn)一步提升其視覺(jué)效果和用戶體驗(yàn)，可以通過(guò)以下幾種方式進(jìn)行優(yōu)化：

1. 調(diào)整時(shí)序和模式 ：
   • 動(dòng)態(tài)調(diào)整頻率 ：根據(jù)場(chǎng)景需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整LED燈閃爍或追逐的頻率，可以營(yíng)造出更加豐富的視覺(jué)效果。例如，在快節(jié)奏的音樂(lè)表演中，增加LED燈閃爍的頻率可以增強(qiáng)舞臺(tái)的活力；而在柔和的氛圍中，則可以降低頻率以營(yíng)造溫馨的氛圍。
   • 變化模式多樣性 ：除了簡(jiǎn)單的順序點(diǎn)亮和熄滅外，還可以設(shè)計(jì)更復(fù)雜的追逐模式，如隨機(jī)追逐、跳躍追逐、反向追逐等。通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)多種模式的切換，使LED追逐器更加靈活多變。
2. 顏色混合與漸變 ：
   • 如果使用RGB LED燈，可以通過(guò)調(diào)整紅、綠、藍(lán)三種顏色的亮度，實(shí)現(xiàn)色彩的混合與漸變。這種效果在舞臺(tái)燈光和裝飾照明中尤為受歡迎，能夠創(chuàng)造出絢麗多彩的視覺(jué)效果。
   • 通過(guò)編程控制每個(gè)RGB LED燈的顏色值，可以實(shí)現(xiàn)平滑的顏色過(guò)渡和復(fù)雜的顏色變化效果，如彩虹追逐、顏色漸變等。
3. 音效同步 ：
   • 將LED追逐器與音頻設(shè)備（如麥克風(fēng)、音樂(lè)播放器等）相連，通過(guò)檢測(cè)音頻信號(hào)的頻率、振幅等參數(shù)，使LED燈的閃爍和追逐效果與音頻內(nèi)容同步。這種音效同步的LED追逐器在演唱會(huì)、迪斯科舞廳等場(chǎng)合中能夠極大地增強(qiáng)觀眾的沉浸感和參與感。
4. 增加互動(dòng)性 ：
   • 設(shè)計(jì)具有互動(dòng)功能的LED追逐器，如通過(guò)人體感應(yīng)、觸摸感應(yīng)等方式控制LED燈的點(diǎn)亮和熄滅。這種互動(dòng)性不僅增加了使用的趣味性，還可以用于藝術(shù)創(chuàng)作、互動(dòng)裝置等領(lǐng)域。
5. 優(yōu)化電源和散熱 ：
   • 對(duì)于大功率或高密度的LED追逐器，需要特別注意電源的穩(wěn)定性和散熱性能。采用高效能的電源模塊和合理的散熱設(shè)計(jì)，可以確保LED追逐器在長(zhǎng)時(shí)間工作下仍能保持穩(wěn)定的性能和較長(zhǎng)的壽命。
6. 外殼設(shè)計(jì)與美化 ：
   • 外殼的設(shè)計(jì)不僅關(guān)乎到LED追逐器的保護(hù)性和耐用性，還直接影響到其整體的美觀度和觀賞性。通過(guò)精心設(shè)計(jì)的外殼，可以隱藏內(nèi)部的電路和連接線，使LED追逐器看起來(lái)更加整潔和美觀。同時(shí)，外殼的材質(zhì)、顏色和形狀也可以與應(yīng)用場(chǎng)景相協(xié)調(diào)，提升整體的視覺(jué)效果。

七、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技的不斷進(jìn)步和人們對(duì)視覺(jué)效果需求的不斷提高，LED追逐器在未來(lái)將呈現(xiàn)出以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：

1. 智能化與自動(dòng)化 ：通過(guò)集成先進(jìn)的傳感器、AI算法和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，LED追逐器將能夠?qū)崿F(xiàn)更加智能化的控制和自動(dòng)化的調(diào)節(jié)。例如，根據(jù)環(huán)境光線、人員流動(dòng)等參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度和色彩；根據(jù)音樂(lè)節(jié)奏和旋律自動(dòng)調(diào)整閃爍頻率和模式等。
2. 節(jié)能環(huán)保 ：隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和能源危機(jī)的加劇，LED追逐器將更加注重節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)。采用低功耗的LED燈、高效的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)和合理的散熱設(shè)計(jì)，可以顯著降低能耗和減少碳排放。
3. 模塊化與可擴(kuò)展性 ：為了方便用戶的使用和升級(jí)，未來(lái)的LED追逐器可能會(huì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方式。用戶可以根據(jù)需要自由組合和擴(kuò)展不同的模塊，如LED燈模塊、控制模塊、電源模塊等，以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景和視覺(jué)效果需求。
4. 創(chuàng)意與個(gè)性化 ：隨著消費(fèi)者對(duì)個(gè)性化和差異化需求的增加，LED追逐器將更加注重創(chuàng)意和個(gè)性化的設(shè)計(jì)。通過(guò)提供豐富的模板、素材和工具，用戶可以根據(jù)自己的喜好和需求自由創(chuàng)作和定制獨(dú)特的LED追逐器效果，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的視覺(jué)效果展示。

LED追逐器作為一種集創(chuàng)意、技術(shù)、藝術(shù)于一體的電子裝置，在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。通過(guò)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)、提升性能和拓展應(yīng)用場(chǎng)景，LED追逐器將為人們帶來(lái)更加豐富多彩的視覺(jué)體驗(yàn)和創(chuàng)意享受。

八、使用 ESP32 板的 LED 追逐器設(shè)計(jì)

盡管 ESP32 Board 能夠完成復(fù)雜的工作，但它也可以用于簡(jiǎn)單的項(xiàng)目和任務(wù)，以獲得高效和更高級(jí)的選項(xiàng)。在這里，我們將使用這個(gè)嵌入式板和幾個(gè) LED 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。使用 ESP32 板的LED追逐器制作項(xiàng)目既簡(jiǎn)單又有趣。

這里我們使用 10 個(gè) 5mm 紅色 LED，并通過(guò) 220Ω 電阻將其連接到 ESP32 板。通過(guò)使用GPIO引腳和代碼我們可以制作不同圖案的LED追逐效果。

連接圖

示意圖

電路原理

按以下順序?qū)?LED 陽(yáng)極連接到 ESP32 板的 GPIO 引腳 {15, 2, 4, 16, 17, 5, 18, 19, 21, 3}，將 LED1 視為 LED10 引腳。

我們這樣連接是因?yàn)橛布苣_和GPIO管腳結(jié)構(gòu)，取決于板子和版本，硬件中的這些GPIO管腳可能會(huì)改變，所以參考ESP32開(kāi)發(fā)板的數(shù)據(jù)手冊(cè)然后連接LED，記住在代碼中正確提及。

硬件連接完成后上傳以下代碼，觀察LED追逐效果。

ESP32 的簡(jiǎn)單 LED 運(yùn)行代碼

// Define the number of LEDs
#define NUM_LEDS 10

// Array of LED pins
int ledPins[NUM_LEDS] = {15, 2, 4, 16, 17, 5, 18, 19, 21, 3};

// Time delay between each LED change (in milliseconds)
int delayTime = 100;

void setup() {
  // Initialize each pin as an output
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
    digitalWrite(ledPins[i], LOW); // Ensure all LEDs are off initially
  }
}

void loop() {
  // Turn on each LED in sequence
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], HIGH); // Turn on the LED
    delay(delayTime);               // Wait
    digitalWrite(ledPins[i], LOW);  // Turn off the LED
  }

  // Turn on each LED in reverse sequence
  for (int i = NUM_LEDS - 1; i >= 0; i--) {
    digitalWrite(ledPins[i], HIGH); // Turn on the LED
    delay(delayTime);               // Wait
    digitalWrite(ledPins[i], LOW);  // Turn off the LED
  }
}

ESP32 的不同模式 LED 運(yùn)行代碼

// Define the number of LEDs
#define NUM_LEDS 10

// Array of LED pins
int ledPins[NUM_LEDS] = {15, 2, 4, 16, 17, 5, 18, 19, 21, 3};

// Time delay between each LED change (in milliseconds)
int delayTime = 80;

// Number of iterations before switching patterns
int iterationsPerPattern = 5;

void setup() {
  // Initialize each pin as an output
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
    digitalWrite(ledPins[i], LOW); // Ensure all LEDs are off initially
  }
}

void loop() {
  // Single LED chase
  for (int iter = 0; iter < iterationsPerPattern; iter++) {
    for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
      digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
      delay(delayTime);
      digitalWrite(ledPins[i], LOW);
    }
  }

  // Two LEDs chase
  for (int iter = 0; iter < iterationsPerPattern; iter++) {
    for (int i = 0; i < NUM_LEDS - 1; i++) {
      digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
      digitalWrite(ledPins[i + 1], HIGH);
      delay(delayTime);
      digitalWrite(ledPins[i], LOW);
      digitalWrite(ledPins[i + 1], LOW);
    }
  }

  // Center outwards chase
  for (int iter = 0; iter < iterationsPerPattern; iter++) {
    for (int i = 0; i < NUM_LEDS / 2; i++) {
      digitalWrite(ledPins[NUM_LEDS / 2 - 1 - i], HIGH);
      digitalWrite(ledPins[NUM_LEDS / 2 + i], HIGH);
      delay(delayTime);
      digitalWrite(ledPins[NUM_LEDS / 2 - 1 - i], LOW);
      digitalWrite(ledPins[NUM_LEDS / 2 + i], LOW);
    }
  }

  // Outwards to center chase
  for (int iter = 0; iter < iterationsPerPattern; iter++) {
    for (int i = 0; i < NUM_LEDS / 2; i++) {
      digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
      digitalWrite(ledPins[NUM_LEDS - 1 - i], HIGH);
      delay(delayTime);
      digitalWrite(ledPins[i], LOW);
      digitalWrite(ledPins[NUM_LEDS - 1 - i], LOW);
    }
  }

  // Blink all LEDs
  for (int iter = 0; iter < iterationsPerPattern; iter++) {
    for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
      digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
    }
    delay(delayTime);
    for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
      digitalWrite(ledPins[i], LOW);
    }
    delay(delayTime);
  }
}

九、LED追蹤器電路圖

1、使用 IC4017 + IC555 的LED追蹤器電路圖

如果您想構(gòu)建 10 個(gè) LED 追逐器電路，我們首先推薦此電路。

這是使用4017和555的LED追逐器電路

工作原理

參見(jiàn)上面的電路。 IC555 -IC1 是常用的定時(shí)器 IC ，用作非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器或自由運(yùn)行脈沖發(fā)生器。

其中IC1第3腳輸出脈沖頻率由R1、R2-1.5K、VR1-100K和電容C1-1uF決定。

十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 CD4017 -IC2 充當(dāng) 10 個(gè)輸出的 LED 驅(qū)動(dòng)器，LED 將在快速序列中僅發(fā)光一個(gè)。然后，IC2 將脈沖發(fā)送到輸入引腳 14。

接下來(lái)，10 個(gè)輸出 Q0 至 Q9 在IC555 波形的上升沿上一次激活一個(gè)，以驅(qū)動(dòng) LED。復(fù)位引腳為15 計(jì)數(shù)。

當(dāng)一個(gè) LED 關(guān)閉時(shí)，第二個(gè) LED 將亮起。此循環(huán) LED 會(huì)像循環(huán)運(yùn)行燈一樣重復(fù)。

我們可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)100K-VR1微調(diào)器的旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)LED追逐器的速度或脈沖頻率。

2、使用 IC 74C164 的簡(jiǎn)單 LED 追逐器電路圖

參考下面的第三個(gè)追逐器電路圖，我們可以看到一個(gè)低頻、非穩(wěn)態(tài)振蕩器電路，由 IC 4011 四路兩輸入與非門(mén)的兩個(gè)門(mén) IC1a 和 IC1b 組成。

該非穩(wěn)態(tài)器件的工作頻率由 C1 和 R11 的值決定。該電路配置可以很好地用作時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，為 IC1 的 74C164 移位寄存器供電。 IC2 引腳4 時(shí)鐘的正輸出脈沖被提供給IC1 引腳8 移位寄存器的時(shí)鐘輸入。

移位寄存器的每個(gè)輸出都連接到 LED。每個(gè)LED串聯(lián)一個(gè)1K的限流電阻。

門(mén)IC2c的輸入通過(guò)由R10和C3組成的延時(shí)RC配置連接到移位寄存器的第八個(gè)輸出（位于引腳13）。

門(mén)的輸出通過(guò)電容器連接至移位寄存器的引腳9處的清零輸入。 LED8 由第八個(gè)時(shí)鐘脈沖打開(kāi)，一旦 IC1 的引腳 13 變?yōu)檎龢O，C3 就會(huì)充電。

經(jīng)過(guò)一點(diǎn)延遲后，IC2c 的輸出變低，清除移位寄存器的輸出。

LED 按以下順序點(diǎn)亮：LED1 在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)打開(kāi)，LED2 在第二個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)打開(kāi)，依此類(lèi)推，直到所有 8 個(gè) LED 都點(diǎn)亮。

一旦第八個(gè) LED 亮起，來(lái)自 IC2c 的清除脈沖就會(huì)關(guān)閉每個(gè) LED，然后重復(fù)該過(guò)程。

可以更改 R10 和 C3 的值，以使 LED8 保持與其余 LED 相同的時(shí)間。

為了獲得更快的序列，RC延時(shí)電路必須更小；對(duì)于較慢的系列，它必須更大。增大R10或C3的值將縮短延遲時(shí)間，減小該值將延長(zhǎng)延遲時(shí)間。