LED帽子的制作教程

我一直想做一个Arduino项目，但在我的家人被邀请参加之前从未有任何好的想法。花哨的帽子派对。有两个星期的交付时间，我很好奇我是否可以计划和执行动作敏感的LED动画帽。结果我可以！我可能有点过火，但总项目花费大约80美元。通过实验和一些编码，你可以少花钱。

戴着帽子的目标如下：

让一组灯从中心前移动帽子到后面，每侧有一盏灯

改变前后帽子倾斜所决定的灯光行程的速度

帽子乐队允许灯光反转向下倾斜（即模拟重力对灯光的影响）

根据帽子从左向右的倾斜度改变颜色

感觉震动，并显示特殊效果

感觉佩戴者旋转，并显示特殊效果

将其完全包含在帽子中

步骤1：需要的部件

我使用了以下主要组件（包括非联属亚马逊链接）：

Teensy LC微控制器 - 由于体积小，我在常规Arduino上选择了它，它有一个特殊的连接来控制我的LED，以及st荣获图书馆和社区支持。

基于Bosch BNO055的位置传感器 - 老实说是我发现的第一个文档之一。有更便宜的选择，但是一旦你弄清楚博世它会为你做很多事情你将不得不做的代码

WS2812可寻址LED灯条 - 我选择1米长的144个LED每米。具有这种密度有助于灯光看起来更像是在移动，而不是按顺序点亮单个元素。

以及以下次要组件：

帽子 - 任何带帽带的帽子都可以。这是来自当地商店的6美元帽子。如果背面有接缝，则更容易接线。注意帽带是否粘在一起，因为这也会造成一些额外的困难。这个是沿着顶部缝制的，但是底部很容易拉起来。

4.7K欧姆电阻器

3x AAA电池盒 - 使用3节AAA电池输出电压，完全符合电子设备所需的范围，简化了操作。 AAA比AA更容易融入帽子，并且仍然具有很好的运行时间。

小规格电线 - 我使用了之前LED项目中的一些实心电线。

烙铁和焊料

一些与帽子内部颜色相匹配的氨纶和线程

建议，但可选：

电池线的快速连接器

帮助工具，这些东西非常小且难以焊接

步骤2：修改帽子

你需要戴帽子的地方安装电子设备和电池的地方。我的妻子专业从事服装工作，所以我向她寻求建议和帮助。我们最终创造了两个氨纶口袋。朝向前部的第一个较小的口袋像帽子本身一样指向，这样当安装电子设备时，位置传感器可以很好地固定到位，但如果需要可以很容易地移除。朝向后面的第二个口袋是将电池组固定到位。

口袋中播放的线条与帽子的颜色相匹配，所有的长度都是冠线。根据帽子和材料的风格，它是由YMMV用这种技术制成的。

我们还发现帽子带在一侧折叠成自己，并且在那个位置完全缝到帽子上。我们不得不移除原始接缝，以便在带下运行LED。在制作期间，它用销钉固定，然后在完成时用匹配的线缝合。

最后，我们打开帽子背面的接缝，如果它被带子覆盖。我们将LED附带的线束穿过该接缝，并将条带中的第一个LED排列在接缝上。然后我们将LED包裹在帽子周围并将条带向下切割，使最后一个LED紧挨着第一个LED。只需使用帽带即可将LED灯条固定到位，但根据您的带和材料，您可能需要通过缝合或粘合来固定LED。

步骤3：连线

Teensy电路板和LED可以在3.3V至5V的任何地方工作。这就是我选择使用3节AAA电池的原因，4.5v的输出电压很好地适用于该范围，并且它们具有足够的运行时间，因为我将LED编程为工作方式。你应该能够超过8小时的运行时间。

接线电源

我将电池盒和LED的正极和负极引线连接在一起，然后焊接到适当位置的Teensy上。电池的正极需要连接到图中Teensy的右上方引脚（在电路板上标记为Vin），负极可以连接到任何标有GND的引脚。方便地，有一个直接位于电路板的另一侧，或紧邻Vin引脚。电路板的完整引脚图可以在本页底部找到。在某些情况下，当您订购电路板时，会包含纸质副本。

如果您计划运行一次只打开几个LED的代码，您可以从Teensy为LED供电本身，通过使用3.3v输出和GND，但是如果你试图拉太多电力，你可能会损坏电路板。因此，为了给自己提供最多选择，最好将LED直接连接到电池电源。

连接LED

我选择了Teensy LC这个项目因为它有一个引脚，可以更容易地连接可寻址的LED。在电路板的底部，左边第二个引脚镜像引脚＃17，但也有3.3v。这被称为上拉电阻，而在其他电路板上，您必须连接一个电阻器来提供该电压。对于Teensy LC，您可以直接从该引脚连接到LED数据线。

接线位置传感器

有些BNO055电路板的电压要严格得多，只需3.3v。因此，我在Teensy上的专用3.3v输出端连接了BNO055板上的Vin，这是右侧的第3个引脚。然后，您可以将BNO055上的GND连接到Teensy上的任何GND。

BNO055位置传感器使用I2c与Teensy通信。 I2c需要上拉，所以我将两个4.7K欧姆电阻从Teensy上的3.3v输出连接到引脚18和19.然后将引脚19连接到BNO055板上的SCL引脚，并将18连接到SDA引脚。/p》

接线提示/技巧

为了做这个项目，我使用的是实线而不是搁浅。实心焊丝的一个优点是焊接到这样的原型板上。您可以剥去一些电线，将其弯曲90度，然后将其插入其中一个端子的底部，这样电线的切割端就会粘在电路板上方。然后，您只需要少量焊料将其固定在端子上，您就可以轻松切除多余的焊料。

实心线可能更难以使用，因为它倾向于保持弯曲的方式。然而，对于这个项目来说这是一个优势。我切割和塑造我的电线，使得位置传感器的方向一致，因为我从帽子中插入并移除了电子元件以进行调整和编程。

步骤4：编程

现在所有东西都已组装好，你需要一个Arduino兼容的编程工具。我使用了实际的Arduino IDE（适用于Linux，Mac和PC）。您还需要Teensyduino软件与Teensy板接口。该项目大量使用FastLED库来进行LED的颜色和位置编程。

校准

您要做的第一件事就是去Kris Winer为BNO055提供优秀的GitHub存储库并下载他的BNO_055_Nano_Basic_AHRS_t3.ino草图。在串行监视器运行时安装该代码，它将告诉您BNO055板是否正常联机并通过其自检。它还将引导您校准BNO055，这将在以后为您提供更一致的结果。

花式LED草图入门

专门附加了Fancy LED hat的代码，也附加在我的GitHub存储库中。我计划对代码进行更多调整，这些调整将发布在GitHub repo上。此文件反映了此Instructable发布时的代码。下载并打开草图后，您需要更改一些内容。要更改的大多数重要值都在#define语句的最顶层：

第24行：#define NUM_LEDS 89 - 将其更改为LED条上的实际LED数量

第28行：#define SERIAL_DEBUG false - 您可能希望将此设置为true，以便在串行监视器上看到输出

位置检测代码

位置检测和大部分调整都从742行开始，经过802.我们从位置传感器获取俯仰，滚转和偏航数据并将其用于设定值。根据电子设备的安装方式，您可能需要更改这些设备。如果您将位置传感器的芯片朝向帽子的顶部安装，并且电路板上印有的X旁边的箭头指向帽子的前部，您应该看到以下内容：

Pitch正在点头。

滚动正在倾斜你的头，例如触摸你的耳朵

偏航是哪个方向。你面对的是（北方，西方等）。

如果您的电路板安装在不同的方向，您需要交换俯仰/转动/偏航以使它们按照您的意愿行事。

要调整滚动设置，您可以更改以下#define值：

ROLLOFFSET：在你的帽子稳定并且尽可能居中的情况下，如果Roll不为0，请根据差异进行更改。即如果您在帽子居中时看到在-20处滚动，请将其设为20。

ROLLMAX：用于滚动测量的最大值。戴帽子，右耳向右肩移动，最容易找到。使用串行监视器时，您需要使用长USB电缆。

ROLLMIN：用于滚动测量的最低值，用于向左倾斜时

同样，对于Pitch：

MAXPITCH - 查找时的最大值

MINPITCH - 向下看时的最小值

PITCHCENTER - 直视前的音高值

如果在文件顶部将SERIALDEBUG设置为true，则应该看到Roll/Pitch/Yaw输出的当前值串行监视器，以帮助调整这些值。

您可能想要更改的其他参数

MAX_LED_DELAY 35 - LED粒子可以最慢的移动。这是以毫秒为单位。这是从灯串中的一个LED移动到下一个LED的延迟。

MIN_LED_DELAY 10 - LED颗粒可以移动的禁食。如上所述它是以毫秒为单位。

结论

如果你走得这么远，你应该有一个功能齐全，充满乐趣的， LED帽子！如果你想用它做更多的事情，下一页有一些关于改变设置和做自己的事情的高级信息。以及我的其余代码正在做什么的一些解释。

步骤5：高级和可选：代码内部

影响和自旋检测

影响/自旋检测是使用BNO055的高G传感器功能完成。您可以使用initBNO055（）中的以下行来调整它的灵敏度：

第316行：BNO055_ACC_HG_DURATION - 事件必须持续多长时间

第317行： BNO055_ACC_HG_THRESH - 需要有多大的影响

第319行：BNO055_GYR_HR_Z_SET - 转速阈值

第320行：BNO055_GYR_DUR_Z - 转动甚至持续多长时间

两个值均为8位二进制，目前影响设置为B11000000，即255中的192.

当检测到撞击或旋转时，BNO055设置一个值，该值为代码在循环的开头寻找：

// Detect any interrupts triggered， i.e. due to high G

byte intStatus = readByte（BNO055_ADDRESS， BNO055_INT_STATUS）;

if（intStatus 》 8） {

impact（）;

} else if（intStatus 》 0） {

spin（）;

}

在代码中查找上面的void impact（）行以更改影响时的行为，或者使用void spin（）来更改旋转行为。

助手

我创建了一个简单的辅助函数（void setAllLeds（）），用于快速将所有LED设置为单一颜色。一个用它来关闭它们：

setAllLeds（CRGB：：Black）;

或者你可以选择FastLED库识别的任何颜色：

setAllLeds（CRGB：：Red）;

还有一个fadeAllLeds （）函数将所有LED调暗25％。

粒子类

为了大大简化布线，我想使用单个LED串，但让它们表现得像多个字符串。由于这是我的第一次尝试，我希望尽可能简单，所以我将一个字符串视为两个，中间的LED将在那里进行拆分。由于我们可以有偶数或奇数，我们需要考虑到这一点。我从一些全局变量开始：

/*

* Variable and containers for LEDs

*/

CRGB leds［NUM_LEDS］;

static unsigned int curLedDelay = MAX_LED_DELAY;

static int centerLed = NUM_LEDS / 2;

static int maxLedPos = NUM_LEDS / 2;

static bool oddLeds = 0;

static bool particleDir = 1;

static bool speedDir = 1;

unsigned long dirCount;

unsigned long hueCount;

以及setup（）中的一些代码：

if（NUM_LEDS % 2 == 1） {

oddLeds = 1;

maxLedPos = NUM_LEDS/2;

} else {

oddLeds = 0;

maxLedPos = NUM_LEDS/2 - 1;

}

如果我们有奇数，我们想要使用1/2点作为中间，否则我们想要1/2点-1。这很容易看到10或11个LED：

11个LED：带整数的11/2应该评估因为0到4是一半，6-10是另一半，5是在它们之间。我们在这种情况下将＃5视为两者的一部分，即两个虚拟LED串都是＃1

10个LED：10/2是5.但是由于计算机从0开始计算，我们需要删除一个。那么我们一半有0 - 4，另一半有5 - 9。第一个虚拟字符串的＃1将是4，第二个虚拟字符串的＃1将是＃5。

然后在我们的粒子代码中，我们必须从我们的整体位置进行一些计数到LED灯串的实际位置：

if（oddLeds） {

Pos1 = centerLed + currPos;

Pos2 = centerLed - currPos;

} else {

Pos1 = centerLed + currPos;

Pos2 = （centerLed -1） - currPos;

}

代码还具有粒子可以改变方向的条件，因此我们还必须考虑到这一点：

if（particleDir） {

if（（currPos == NUM_LEDS/2） && oddLeds）{

currPos = 0;

} else if（（currPos == NUM_LEDS/2 - 1） && （！oddLeds））{

currPos = 0;

} else {

currPos++;

}

} else {

if（（currPos == 0） && oddLeds）{

currPos = centerLed;

} else if（（currPos == 0） && （！oddLeds））{

currPos = centerLed - 1;

} else {

currPos--;

}

}

所以我们使用预期的方向（particleDir ），计算下一个应该点亮的LED，但是我们还必须考虑我们是否已经到达LED灯串的实际端点，或者我们的中心点，它们也作为每个虚拟串的结束。

一旦我们发现了这一切，我们会根据需要点亮下一个灯光：

if（particleDir） {

if（oddLeds） {

Pos1 = centerLed + currPos;

Pos2 = centerLed - currPos;

} else {

Pos1 = centerLed + currPos;

Pos2 = （centerLed -1） - currPos;

}

} else {

if（oddLeds） {

Pos1 = centerLed - currPos;

Pos2 = centerLed + currPos;

} else {

Pos1 = centerLed - currPos;

Pos2 = （centerLed -1） + currPos;

}

}

leds［Pos1］ = CHSV（currHue， 255，255）;

leds［Pos2］ = CHSV（currHue， 255，255）;

FastLED.show（）;

}

为什么要把它作为一个类？实际上，这非常简单，并不需要在课堂上。但是我有未来计划更新代码以允许一次发生多个粒子，并且有些工作正在逆向而其他粒子正在进行中。我认为使用多个粒子进行自旋检测有很多可能性。