Эффекты WS2812 на Arduino: радуга и бегущий огонь

Кадр, а не пиксель: как устроен любой эффект

Ключ к эффектам — одна механика: setPixelColor(i, цвет) лишь заполняет буфер в памяти, show() одним пакетом отправляет его в ленту, и только после show() картинка меняется. Забыли show() — лента стоит, скетч «работает» впустую: первая граблина всех новичков. Второй закон: эффект — это цикл по пикселям + время. Каждые 100-150 миллисекунд пересчитываем массив и показываем кадр; скорость анимации — это интервал между кадрами, плавность — шаг изменения цвета.

Колесо цвета: радуга без готовых функций

В Adafruit_NeoPixel нет готовой радуги — её пишут через колесо цвета (Wheel): параметр 0-255 бежит по кругу красный-зелёный-синий-красный. Классическая реализация — три сегмента по 85 позиций с линейной интерполяцией; она же даст и радугу по индексу пикселя (сдвиг фазы от номера), и переливание бегущей точки. Позиция в колесе — это, по сути, hue, сжатый из 360 градусов в один байт.

#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#define LED_PIN 6
#define LED_COUNT 16
Adafruit_NeoPixel strip(LED_COUNT, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
unsigned long kadrov = 0;
unsigned long poslednij = 0;
 
int Wheel(int pos) {                    // колесо цвета: 0-255 по кругу
  pos = pos % 256;
  if (pos < 85) return strip.Color(pos * 3, 255 - pos * 3, 0);
  if (pos < 170) { pos -= 85; return strip.Color(255 - pos * 3, 0, pos * 3); }
  pos -= 170;
  return strip.Color(0, pos * 3, 255 - pos * 3);
}
 
void setup() {
  strip.begin();
  strip.setBrightness(120);             // 0-255, экономит и глаза, и БП
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop() {
  if (millis() - poslednij < 120) return;  // кадр каждые 120 мс
  poslednij = millis();
  kadrov++;
  strip.clear();
  if (kadrov % 40 < 20) {               // полпериода — комета
    for (int i = 0; i < 6; i++)         // голова яркая, хвост гаснет
      strip.setPixelColor(7 - i, Wheel(120 + i * 20));
  } else {                              // полпериода — радуга
    for (int i = 0; i < strip.numPixels(); i++)
      strip.setPixelColor(i, Wheel(((i * 256 / strip.numPixels()) + kadrov * 4) % 256));
  }
  strip.show();                         // без show() лента не меняется!
}

Прогон в симуляторе: комета бежит по 16 пикселям карточки, затем лента переливается радугой — на стенде видно ровно то, что нарисовал скетч, включая яркость setBrightness(120). Своя функция Wheel компилируется и исполняется, numPixels() возвращает 16. Гамма-коррекцию gamma32() рантайм пропускает (возвращает цвет без изменений) — на глаз на 16 пикселях разницы нет; числовые палитры и шум Перлина из FastLED — это уже другой стек, у нас про него отдельный раздел уроков.

Честная граница: что исполняет симулятор

Грабли: питание, порядок цветов и провод данных

• Питание: белый кадр на полной яркости — 60 мА на пиксель, 16 штук просят почти ампер. От 5V платы Uno светят максимум на пониженной яркости, для полной ленты — отдельный БП и общий GND.
• Порядок цветов: зелёный с красным местами (задали красный — светит зелёный) — это тип ленты NEO_GRB против NEO_RGB, укажите третий аргумент конструктора правильно.
• Резистор 330 Ом в линию данных и конденсатор 1000 мкФ поперёк питания защищают первый пиксель от выброса при подаче питания.
• Каждый кадр без clear() оставляет старые цвета: комета превращается в сплошную полосу — гасите хвост явно.

Частые вопросы