PCB圖如下：

描述

矩陣電腦側(cè)面板

介紹

該項(xiàng)目使用帶有 NodeMCU ESP8266 的 PCB 板，編碼用于控制 216 個(gè) NeoPixels，它使用來(lái)自 Matrix 特許經(jīng)營(yíng)權(quán)的著名“下雨代碼”動(dòng)畫來(lái)動(dòng)畫計(jì)算機(jī)塔的側(cè)面。

NeoPixel 控制板是一種模塊化、可定制的 PCB 分線板，用于通過(guò)用戶輸入選項(xiàng)控制多條 NeoPixels，以通過(guò)電位計(jì)控制顯示器的速度和亮度，并通過(guò)按鈕控制動(dòng)畫模式。

該項(xiàng)目的 GitHub 存儲(chǔ)庫(kù)，包括 PCB Gerber 文件和代碼，可在此處獲得：https://github.com/WillDonaldson/NeoPixel_Control_Board

補(bǔ)給品

材料

1x PCB（見(jiàn)下一節(jié)的評(píng)論）

1x NodeMCU ESP8266

1x 74AHCT125 芯片

2x 10K 歐姆電阻

4x 470 歐姆電阻

2x 1N4001 二極管

1x 1000uF 電解電容

12x M3 20mm 螺栓

1 個(gè) DC 桶形插孔母頭和公頭連接器（推薦 5A 額定值而不是更常見(jiàn)的 2.5A 額定值）

1x ON/OFF 開(kāi)關(guān)（可選）

1x 瞬時(shí)按鈕（可選）

2x 10K Ohm 電位器（可選）

2 個(gè) 2 針 JST-VH 母頭和公頭連接器（可選）

4 個(gè) 3 針 JST-VH 母頭和公頭連接器（可選）

用于電纜管理的 Zipties（可選）

5m 條 WS2812B NeoPixels（60 個(gè) LED/米）

2x 40 厘米 x 40 厘米黑色亞克力 3 毫米（尺寸會(huì)因您的電腦而異）

1x 40 厘米 x 40 厘米白色漫射丙烯酸 3 毫米板（尺寸會(huì)因您的 PC 而異）

丙烯酸膠或強(qiáng)力膠

各種電器配件：電線、焊錫、熱縮管

帶有一個(gè) 5V 和 GND 引腳可用電源的計(jì)算機(jī)?；蛘呖梢岳@過(guò)內(nèi)置電源，通過(guò)傳統(tǒng)的 5V 5Amp 電源為電路供電

工具

激光切割機(jī)（可選但推薦）

烙鐵

M3 螺栓的內(nèi)六角扳手

其他工具：剝線鉗、剪刀

PCB制造

我在 Fusion 360 電氣中設(shè)計(jì)了這個(gè) PCB，在下一節(jié)中您可以看到電子原理圖。為了制造電路板，我將 Gerber 文件發(fā)送到 www.pcbway.com 上的 PCBWay（免責(zé)聲明：我發(fā)布的有關(guān)此構(gòu)建過(guò)程的 YouTube 視頻由 PCBWay 贊助）。

從 GitHub 存儲(chǔ)庫(kù)下載最新的 Gerber 文件 zip 版本。截至發(fā)布（2021 年 12 月 12 日），最新版本為 v1-2-0。這個(gè) zip 文件可以直接上傳到 PCB 制造網(wǎng)站，保留默認(rèn)選項(xiàng)。https://github.com/WillDonaldson/NeoPixel_Control_Board/tree/main/gerber-files

組裝 PCB 時(shí)，您會(huì)在上面的圖片中注意到，我在 PCB 上標(biāo)記了不同電阻器、二極管、芯片和其他組件所在位置的所有標(biāo)簽。

電路組裝

如上一節(jié)所述，本節(jié)第一張圖為電子原理圖。這可以在組裝電路時(shí)作為參考，盡管我已盡力將所有組件直接標(biāo)記在 PCB 上，以便您在組裝電路時(shí)可以直接按照板上的標(biāo)記進(jìn)行操作。

激光切割燈箱

要構(gòu)建燈箱，我們需要幾塊激光切割的亞克力。這些組件已根據(jù)我的 PC 機(jī)箱的尺寸進(jìn)行建模，因此您可能需要調(diào)整尺寸以適合您的尺寸。所有用于激光切割的 .svg 文件都可以在 GitHub 上找到：https://github.com/WillDonaldson/NeoPixel_Control_Board/tree/main/examples/matrix-computer-side-panel/laser-cut-files

用 3 毫米黑色亞克力剪下 1 份“character-panel.svg”

用 3 毫米黑色亞克力剪下 1 份“solid-panel.svg”

從 3 毫米白色漫射亞克力材料中剪下 1 份“solid-panel.svg”

用 3 毫米黑色亞克力剪出 11 份“spacer-grid-1.svg”

從 3 毫米黑色亞克力中剪下 2 份“spacer-grid-2.svg”

對(duì) NeoPixels 的評(píng)論

在我們開(kāi)始組裝側(cè)面板之前，我想分享一些使用 NeoPixels 的技巧?？梢栽诖颂幷业酵暾膮⒖贾改希@是我強(qiáng)烈建議您查看的資源：https://learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberguide?view=all

NeoPixels 的縮寫總結(jié)是它們是一條 RGB LED，每個(gè) LED 都有自己唯一的地址。擁有唯一地址意味著所有 LED 都可以連接在同一條數(shù)據(jù)線上，因?yàn)槊總€(gè) LED 只會(huì)監(jiān)聽(tīng)直接發(fā)送給它的消息。

在切割 NeoPixel 燈條時(shí)，我建議不要在銅墊中間切割，而是在銅墊上方切割并犧牲鏈中的下一個(gè) LED，因?yàn)檩^大的墊將使焊接更容易（見(jiàn)上圖）。

此外，請(qǐng)確保觀察數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍ㄈ缑總€(gè) LED 旁邊的箭頭所示）。反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)傳輸方向?qū)⒆柚挂韵?LED 亮起（如上圖第二張所示）。

制作燈箱

激光切割后，組裝構(gòu)成間隔網(wǎng)格的 13 塊，如上圖所示。組件壓合在一起，然后可以用丙烯酸膠或強(qiáng)力膠固定到位。請(qǐng)注意，“spacer-grid-1.svg”的一端有一個(gè)孔，而另一端沒(méi)有。這些孔用于將電線穿過(guò)，在組裝網(wǎng)格時(shí)應(yīng)以交替方式安裝。間隔網(wǎng)格有兩個(gè)目的：首先，確保光在白色層中很好地?cái)U(kuò)散（如果 LED 太靠近，則會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)的白點(diǎn)），其次，確保光不會(huì)從一列溢出到相鄰的列（從而破壞下雨代碼效果）。

網(wǎng)格組裝好后，可以粘在從 3 毫米黑色丙烯酸切割而成的“solid-panel.svg”的中心。該組件構(gòu)成燈箱的后面板。NeoPixel 條應(yīng)切割成 18 個(gè) LED 的 12 個(gè)部分，以連接它們，剝離粘合劑層并將條插入激光切割網(wǎng)格之間。請(qǐng)注意，LED燈帶按上圖所示的S形圖案組裝，藍(lán)色和紅色箭頭指示數(shù)據(jù)傳輸方向。

安裝側(cè)面板

此步驟特定于我的特定計(jì)算機(jī)，因此請(qǐng)根據(jù)需要修改步驟。我取下側(cè)面板并擰下現(xiàn)有的透明面板，然后插入 3 層亞克力：首先是切割字符的面板，然后是白色漫射層，然后是帶有 LED 和亞克力墊片的燈箱層。我使用 M3 螺栓將亞克力面板固定到 PC 框架上現(xiàn)有的安裝點(diǎn)。

我還在側(cè)板上鉆了 3 個(gè)孔來(lái)添加兩個(gè)電位器和瞬時(shí)按鈕。

為了給電路供電，我使用了一個(gè)插入 850W 電源的 6 針 MOLEX 連接器。對(duì)于下雨代碼動(dòng)畫，一次只打開(kāi)幾個(gè) LED，因此電流消耗最小。但是，如果您將所有 LED 一次打開(kāi)到不同的 RGB 值，則總電流消耗約為 4.32 安培（= 216 個(gè) LED * 20mA 平均電流/LED）。如果您有較小的電源和/或想要點(diǎn)亮所有 LED，我建議使用直接連接到墻壁的單獨(dú)電源為 LED 供電，因?yàn)閷?duì)小型計(jì)算機(jī)電源施加太大壓力可能會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生負(fù)面影響您的計(jì)算機(jī)。

在 Arduino IDE 中對(duì) ESP8266 進(jìn)行編程

假設(shè)您安裝了 Arduino IDE 軟件，我們可以對(duì) NodeMCU ESP8266 微控制器進(jìn)行編程。

不幸的是，Arduino IDE 無(wú)法與 ESP8266 一起運(yùn)行，我們需要先執(zhí)行幾個(gè)配置步驟：

添加 ESP8266 擴(kuò)展。單擊以下內(nèi)容：文件>首選項(xiàng)>其他董事會(huì)經(jīng)理>并添加以下消息：https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

下載 ESP8266。單擊以下內(nèi)容：工具 > 板 > 板管理器 > 查找并下載 ESP8266

選擇板。單擊以下內(nèi)容：工具 > 開(kāi)發(fā)板 > NodeMCU1.0 (ESP-12E)

選擇端口。單擊以下選項(xiàng)：工具 > 端口 > COM_

通過(guò)運(yùn)行閃爍草圖驗(yàn)證成功。點(diǎn)擊以下。文件 > 示例 > 基礎(chǔ) > 閃爍 > 上傳

最后，我們要添加 NeoPixel 庫(kù)來(lái)導(dǎo)入一些有用的工具和功能。

單擊以下內(nèi)容：草圖 > 包含庫(kù) > 管理庫(kù) > 搜索并安裝：Adafruit_NeoPixel

演示代碼

GitHub repo 上提供了使用自定義 PCB 的示例代碼：https://github.com/WillDonaldson/NeoPixel_Control_Board/tree/main/examples/neopixel-demo

要分解代碼，有 3 個(gè)示例。

1) debounce_switch_demo.ino

此代碼顯示了帶有中斷服務(wù)程序 (ISR) 和信號(hào)去抖濾波器的瞬時(shí)按鈕的操作。瞬時(shí)開(kāi)關(guān)連接到外部上拉電阻，因此它通常會(huì)讀取 HIGH 信號(hào)。每次狀態(tài)下降到LOW時(shí)都會(huì)調(diào)用buttonISR()函數(shù)，表示用戶已經(jīng)按下了按鈕。但是，如果信號(hào)有噪聲，則單個(gè)按鈕按下可能會(huì)被測(cè)量為多次，從用戶體驗(yàn)的角度來(lái)看，這是不可取的，因此包含 0.2 秒的 debounce_delay 閾值以忽略這些錯(cuò)誤的、有噪聲的讀數(shù)。

2) two_potentiometers_esp8266_demo.ino

與基于 Arduino 的板不同，NodeMCU ESP8266 只有一個(gè)模擬輸入引腳。為了能夠使用 2 個(gè)電位器，我們需要一種方法來(lái)打開(kāi)電位器“ON”，同時(shí)忽略另一個(gè)電位器，反之亦然。這個(gè)示例程序演示了如何使用一對(duì)充當(dāng)單向門的二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，并在我們想要忽略或傾聽(tīng)它們時(shí)分別將電位計(jì)上的引腳拉低或拉高。

3）neopixel_demo.ino

該程序?qū)⒅暗膬蓚€(gè)程序合二為一，提供了多種用戶輸入選項(xiàng)，并且還基于 Adafruit NeoPixel 庫(kù)創(chuàng)建了幾種不同的 LED 動(dòng)畫。用戶可以使用瞬時(shí)按鈕切換不同的動(dòng)畫，并使用兩個(gè)電位器調(diào)整速度/亮度。

矩陣動(dòng)畫代碼

?

我們現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好將所有內(nèi)容整合到最后一個(gè)軟件中：matrix-raining-code.ino

此代碼使用我編寫的movingPixel() 函數(shù)創(chuàng)建下雨代碼動(dòng)畫。不幸的是，由于 LED 的 S 形接線（如步驟 5 中詳述），創(chuàng)建下雨動(dòng)畫有點(diǎn)棘手，因?yàn)槊總€(gè)偶數(shù)列的數(shù)據(jù)傳輸方向“向上”，而每個(gè)奇數(shù)列“向下”。為了解決這個(gè)問(wèn)題，movingPixel() 函數(shù)使用以下條件檢查列是偶數(shù)還是奇數(shù)：

if((col % 2) == 0){} // 是偶數(shù)列

else{} // 是奇數(shù)列

然后相應(yīng)地調(diào)整“雨”的方向。

我鼓勵(lì)你玩轉(zhuǎn)變量，調(diào)整速度、顏色，甚至圖案！讓我知道你創(chuàng)造了什么！

代碼

https://github.com/WillDonaldson/NeoPixel_Control_Board

?