Arduino Lektion 80: ESP-01S WS2812 LED Controller Shield

In diesem Tutorial möchte ich das ESP-01S WS2812 LED Controller Shield vorstellen.

ESP-01s Led Controller
ESP-01s Led Controller

Das Shield kann verwendet werden um ein NeoPixel Modul zu betreiben. Diese NeoPixel Module sind in verschiedene Ausführungen erhältlich.

zbsp. als Board oder als Ring. 

16bitNeoPixelBoard & 12bitNeoPixelRing
16bitNeoPixelBoard & 12bitNeoPixelRing

Bezug

Das Shield ist schon für knapp 1,5€ inkl. Versandkosten auf ebay.de erhältlich. Wer den Versand aus China nicht möchte kann auch auf Händler aus Deutschland zurück greifen, dieses hat den Vorteil dass, die Lieferzeit deutlich geringer ist, jedoch ist der Preis etwas höher. 

Technische Daten des ESP-01S WS2812 LED Controller Shield

  • Betriebsspannung 3.7V bis 5V
  • Anschlußkabel
    • 3 Pin PH2.0 Buchse / Stecker

Anschluss & Schaltung

Das Shield verfügt über eine Pinleiste auf welcher der ESP-01s gesteckt wird, die korrekte Ausrichtung ist auch hier mit einem kleinen, weißen Pfeil gekennzeichnet.

Led Controller mit ESP-01s
Led Controller mit ESP-01s

Des Weiteren verfügt das Shield über einen 2fach Pin für VCC und GND (Betriebsspannung).

Für das steuern eines NeoPixel Modules wird der GPIO Pin 2 verwendet. 

Dieser Pin korrespondiert mit dem Pin für die LED des ESP-01s.

Die Schaltung ist relativ simpel denn das Anschlußkabel wird auf dem NeoPixel Modul an die entsprechenden Pins angelötet. Hier hat der Hersteller mitgedacht und die Farbwahl sehr gut getroffen 🙂 .

ESP-01s Led Controller mit ESP-01s und 4x4 NeoPixel Board
ESP-01s Led Controller mit ESP-01s und 4×4 NeoPixel Board

Quellcode

Für den Betrieb des Shields benötigt man zusätzlich die NeoPixel Bibliothek von Adafruit. Diese Bibliothek kann über den Bibliotheksverwalter der Arduino IDE installiert werden.

Eintrag im Bibliotheksverwalter in der Arduino IDE
Eintrag im Bibliotheksverwalter in der Arduino IDE

Aufbau des NeoPixel Boards

Für die nachfolgenden Beispiele habe ich ein 4×4 NeoPixel Board verwendet.

WS2812B 16 - NeoPixel 4x4 Matrix
WS2812B 16 – NeoPixel 4×4 Matrix

Das Board kann bei ebay.de für ca. 5€ erworben werden.

Dieses Board hat den folgenden Aufbau:

[01] [02] [03] [04]

[08] [07] [06] [05]

[09] [10] [11] [12]

[16] [15] [14] [13]

YouTube Tutorial

Zu diesem Shield habe ich ein ausführliches YouTube Tutorial erstellt.

ESP-01s LED Controller - Anschluss & Programmieren eines 4x4 NeoPixel Modules

 

einfacher Sketch

Im nachfolgenden Sketch möchte ich die NeoPixels auf dem Board in die Farbe rot aufleuchten lassen, im nächsten Schritt wird dann der letzte NeoPixel in grün aufgeleuchtet und der vorletzte dann in weiß.

#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define NeoPixel 2
  
int numPixels = 16;

Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(numPixels, NeoPixel, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
 
 
void setup() {
  strip.begin();
  strip.setBrightness(50); //die Helligkeit setzen 0 dunkel -> 255 ganz hell
  strip.show();
}

void loop() {
  uint32_t red = strip.Color(255, 0, 0); //RGB Farbe Rot
  uint32_t green = strip.Color(0, 255, 0); //RGB Farbe Grün
  uint32_t yellow = strip.Color(255, 255, 204); //RGB Farbe Gelb
  uint32_t black = strip.Color(0, 0, 0); //RGB Farbe Schwarz
  
  
  for(uint16_t i=0; i<strip.numPixels(); i++) { //Für jeden NeoPixel
      if(i>1){
         strip.setPixelColor(i-2, yellow); // Farbe Gelb setzen
         strip.show(); //Anzeigen
      }
      strip.setPixelColor(i, red); // Farbe Rot setzen
      strip.show(); //Anzeigen
      delay(1000); //Warten von 1 sek.
      strip.setPixelColor(i, green); //Farbe Grün setzen 
      strip.show(); //Anzeigen
      //Wenn noch NeoPixel folgen dann den Wert "i" um 1 erhöhen und von vorne beginnen wenn nicht Schleife beenden.
  }
  
  strip.clear();
  strip.show();
}

Video

ESP-01s Led Controller Shield - einfacher Sketch

Steuern des NeoPixel Boards über eine Webseite

Da der ESP-01s über einen WiFi Chip verfügt, kann man diesen auch ganz bequem über eine Webseite steuern. Die Webseite ist in diesem Beispiel eine einfache HTML Datei welche auf dem Computer ausgeführt wird, d.h. diese wird nicht vom ESP Chip geladen. 

Quellcode HTML Seite

Für das erstellen / bearbeiten einer HTML Seite empfehle ich den Editor Notepad++ oder PSPad. Beide Tools sind Freeware und können ohne Einschränkungen verwendet werden (Stand 02.02.2019).

Webseite
<html>
<head>
<meta charset="utf-8"></meta>
<title>ESP-01s LED Controller by Stefan Draeger</title>

<link id="jquiCSS" rel="stylesheet" href="http://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jqueryui/1.12.1/themes/base/jquery-ui.css" type="text/css" media="all">
<link href="css/evol-colorpicker.min.css" rel="stylesheet" />

<script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.2.0/jquery.min.js" type="text/javascript"></script>
<script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jqueryui/1.12.1/jquery-ui.min.js" type="text/javascript"></script>
<script src="js/evol-colorpicker.min.js" type="text/javascript"></script>

<script src="js/functions.js"></script>
<link rel="stylesheet" href="css/styles.css"></link>


</head>
<body>
<div id="outerWrapper">
	<div>
		<img class="headerImg" src="images/logoDraegerITblog.png" />
		<h1 class="headerTitel">ESP-01s LED Controller</h1>
		<div class="clear" />
	</div>
	<br/><br/>
	<div id="neoPixelBoard16"></div>
	<br/><br/>
	<fieldset class="fset">
	<legend>Farbe setzen</legend>
	<input id="colorPicker" value="#d7e3bc" />
	</fieldset>
	<fieldset class="fset">
	<legend>IpAdresse des ESP-01s</legend>
	<input type="text" id="ipAddress" value="192.168.178.28" />
	</fieldset>
	<div class="clear" />
	<br/><br/>	
	<input type="button" id="resetBtn" value="Zurücksetzen" /><input type="button" id="sendBtn" value="Absenden" />
</div>
<br/><br/>	
<div>
<a href="https://draeger-it.blog" target="_blank">Stefan Draeger - https://draeger-it.blog</a>&nbsp;|&nbsp;<a href="mailto:info@draeger-it.blog" target="_blank">info@draeger-it.blog</a>
</div>
</body>
</html>
CSS Styles
#outerWrapper {
	width:450px; 
	margin:0px auto;
	padding:15px;
	text-align:center;
	border: 2px solid #E74A47;
	border-radius: 15px;
	box-shadow: 5px 5px 5px #666;
}

#neoPixelBoard16 {
	width:150px; 
	margin:0px auto;
	padding:15px;
	text-align:center;
}

.neoPixel {
	float:left;
	width: 25px;
	height: 25px;
	border: 1px solid gray;
	margin: 2px;
	font-size: 8pt;
	padding: 2px;
}

.fset{
	float:left;
}

.clear {
	clear:both;
}

#resetBtn{
	margin-right:25px;
}

a,a:hover, a:visited, a:active {
	font-weight:bold;
	color:#E74A47;
	text-decoration: none;
}

.headerImg, .headerTitel{
	float:left;
}

.headerTitel{
	color: #E74A47;
	margin-left:30px;
JavaScript Code
var selectedNeoPixelId;

$( document ).ready(function() {
	for(i=1;i<=4;i++){
		apppendPixelElement(i);
	}
	apppendBreakElement();	
	
    for(i=8;i>=5;i--){
		apppendPixelElement(i);
	}
	apppendBreakElement();	
	
	for(i=9;i<=12;i++){
		apppendPixelElement(i);
	}
	apppendBreakElement();	
	
	for(i=16;i>=13;i--){
		apppendPixelElement(i);
	}
	apppendBreakElement();	
	
	$(".neoPixel").on( "click", function(element) {
		selectedNeoPixelId = this.id;
		$(".neoPixel").css("border","1px solid gray");		
		$(this).css("border","1px solid blue");
	});
	
	$('#colorPicker').colorpicker().on('change.color', setColor);
	
	$("#sendBtn").on( "click", function() {
		send();
	});
	
	$("#resetBtn").on( "click", function() {
		for(i =1;i<=16;i++){
			var elementId ="pixel"+i;
			$("#"+elementId).css("background-color","white");
			$("#"+elementId).attr("rgbcolor","000000000");
		}
		send();
	});
	
	
});

function send(){
	var url = $("#ipAddress").val();
		url = "http://"+ url + "/neopixels?";
		
		for(i =1;i<=16;i++){
			var elementId ="pixel"+i;
			var pixelColor = $("#"+elementId).attr("rgbcolor");
			if(pixelColor != undefined){
				url = url + elementId + "=" + pixelColor + "&"
			}
		}
		
		url= url + "end=t";
		
		console.log(url);
				
		$.post( url, function( data ) {
			$( ".result" ).html( data );
		})
}

function apppendPixelElement(index){
	$("#neoPixelBoard16").append("<div class='neoPixel' id='pixel"+index+"'>"+index+"</div>");	
}

function apppendBreakElement(){
	$("#neoPixelBoard16").append("<div class='clear'/>");	
}

function setColor(evt, color){
	$("#"+selectedNeoPixelId).css("background-color",color);
	var bgColor = $("#"+selectedNeoPixelId).css("background-color");
	bgColor = bgColor.substring(bgColor.indexOf("(")+1,bgColor.lastIndexOf(")"));
	var colors = bgColor.split(",");
	
	var red = colors[0].trim();
	red = red < 10? "00"+red:red < 100? "0"+red:red;
	
	var green = colors[1].trim();
	green = green < 10? "00"+green:green < 100? "0"+green:green;
	
	var blue = colors[2].trim();
	blue = blue < 10? "00"+blue:blue < 100? "0"+blue:blue;
	
	$("#"+selectedNeoPixelId).attr("rgbcolor",red+green+blue);
}

 

Quellcode ESP Sketch

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define NeoPixel 2
  
int numPixels = 16;

Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(numPixels, NeoPixel, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

const char* ssid = ""; //SSID aus dem Router
const char* password = ""; //Passwort für den Zugang zum WLAN
 
ESP8266WebServer server(80); //Port auf welchem der Server laufen soll. 
 
void setup() {
  delay(10); //10ms. Warten damit die Seriele Kommunikation aufgebaut wurde.
 
  WiFi.begin(ssid, password); //Initialisieren der Wifi Verbindung.
 
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { //Warten bis die Verbindung aufgebaut wurde.
    delay(500);
  }

  server.on("/neopixels", callHandleNeoPixel);
  
  server.begin(); // Starten des Servers.

  strip.begin();
  strip.setBrightness(50); //die Helligkeit setzen 0 dunkel -> 255 ganz hell
  strip.show();
}

void loop() {
  server.handleClient();
}

/*
 * Funktion zum auswerten eines Request auf dem ESP-01s
 * 
 * Das verwendete NeoPixel Modul besitzt, 16 NeoPixel
 * welche im Raster von 4x4 angeordnet sind.
 * 
 * [01][02][03][04]
 * [08][07][06][05]
 * [09][10][11][12]
 * [16][15][14][13]
 */

void callHandleNeoPixel(){ 
 //Farbwerte initialisieren
 String pixel1Color = "000000000";
 String pixel2Color = "000000000";
 String pixel3Color = "000000000";
 String pixel4Color = "000000000";
 String pixel5Color = "000000000";
 String pixel6Color = "000000000";
 String pixel7Color = "000000000";
 String pixel8Color = "000000000";
 String pixel9Color = "000000000";
 String pixel10Color = "000000000";
 String pixel11Color = "000000000";
 String pixel12Color = "000000000";
 String pixel13Color = "000000000";
 String pixel14Color = "000000000";
 String pixel15Color = "000000000";
 String pixel16Color = "000000000";

 strip.clear();
 strip.show();
 
 for (int i = 0; i < server.args(); i++) {
      //Zuweisen der Schlüssel/Wertepaare
      String parameterName = server.argName(i);
      String parameterValue = server.arg(i);
      //Wenn der Parametername gleich "text" ist dann...
      if(parameterName == "pixel1"){
        pixel1Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel2"){
        pixel2Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel3"){
        pixel3Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel4"){
        pixel4Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel5"){
        pixel5Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel6"){
        pixel6Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel7"){
        pixel7Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel8"){
        pixel8Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel9"){
        pixel9Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel10"){
        pixel10Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel11"){
        pixel11Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel12"){
        pixel12Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel13"){
        pixel13Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel14"){
        pixel14Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel15"){
        pixel15Color = parameterValue;
      } else if(parameterName == "pixel16"){
        pixel16Color = parameterValue;
      }
  }

  String colors[] = {
                    pixel1Color, pixel2Color, pixel3Color, pixel4Color,
                    pixel5Color, pixel6Color, pixel7Color, pixel8Color,
                    pixel9Color, pixel10Color, pixel11Color, pixel12Color,
                    pixel13Color, pixel14Color, pixel15Color, pixel16Color
                    };
  
  setNeoPixels(colors);
  
  sendResult();
}

void setNeoPixels(String colors[]){
  for(int i=0;i<16;i++){
    strip.setPixelColor(i, getColor(colors[i]));
    strip.show();
  }
}

uint32_t getColor(String rgbColor){
  int red = rgbColor.substring(0,3).toInt();
  int green = rgbColor.substring(4,6).toInt();
  int blue = rgbColor.substring(6,9).toInt();
  return strip.Color(red, green, blue);
}
 
//Diese Funktion sendet eine Antwort an den Client.
void sendResult(){
  //200 ist die Antwort das alles OK ist,
  //text/html ist der MimeType
  //content ist unser Text
  server.send(200, "text/html", "OK");  
}

Video

ESP-01s Led Controller - Webseite zum steuern einer 4x4 NeoPixel Matrix

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