[水井村USR]WS2812B讓水井三寶會發光：ESP32燈光控制原理、接線與程式實作

WS2812B讓水井三寶會發光：ESP32燈光控制原理、接線與程式實作

水井三寶智慧互動展覽系統｜智慧互動層燈光控制專題

在水井三寶智慧互動展覽系統中，聲音負責說故事，燈光則讓觀眾「看見故事正在發生」。這篇把WS2812B燈光控制獨立整理，從工作原理、接線、LED分區，到白馬追光、烏龜呼吸與姻緣花綻放的程式邏輯，完整做成可直接上課與實作的教材。

一、WS2812B是什麼？

WS2812B是一種可定址RGB LED，每顆LED內部整合驅動控制電路。多顆串接時，只需要一條DATA線，就能逐顆指定顏色與亮度。Arduino端使用Adafruit_NeoPixel函式庫，水井三寶目前採 NEO_GRB + NEO_KHZ800，由ESP32 GPIO13控制62顆LED。

ESP32 DATA ↓ LED #0 → LED #1 → LED #2 → … → LED #61 每一顆取走自己的顏色資料，再把後續資料傳給下一顆

二、正式接線方式

展覽版電源原則：LED燈條使用獨立5V電源；ESP32與燈條必須共地。DATA進入第一顆LED前建議串接300～500Ω電阻，電源端可加500～1000µF電容。ESP32是3.3V邏輯，5V燈條的長期展覽版建議加入適當的邏輯電平轉換器。

三、62顆LED不是一整條，而是四個燈區

燈區	LED編號	數量	角色
底座	0–23	24	待機與環境柔光
白馬	24–33	10	暖金追光
烏龜	34–45	12	水藍呼吸
姻緣花	46–61	16	粉紅漸次綻放

四、燈光控制不是裝飾，而是故事的第二語言

故事	燈效	意義
001 白馬	暖金追光	向前、行動、奔跑感
002 烏龜	藍色呼吸	沉穩、守水、守護土地
003 姻緣花	粉紅逐顆點亮	花朵慢慢綻放
004 水井三寶總故事	三角色輪替	白馬→烏龜→姻緣花依序出場
005 創作者資訊	三區共同暖光	溫暖、穩定、不搶作品主體

五、為什麼白馬用追光？

白馬的主光點會沿著10顆LED移動，後方保留較暗的尾光，因此不是整區同時亮，而是形成「奔跑」的速度感。

六、為什麼烏龜用呼吸燈？

烏龜燈區使用藍色，亮度從低到高、再由高到低反覆變化，形成穩定呼吸感。這比快速閃爍更適合「守水、沉穩、長久陪伴土地」的角色設定。

七、姻緣花如何「開花」？

姻緣花不是整區一起閃，而是控制目前亮起的LED數量，由1顆慢慢增加到16顆，再逐步縮回。這種漸次點亮的動畫更接近「花開」而不是一般警示燈。

八、燈效如何跟故事狀態機連動？

IDLE ↓ 底座暖色微呼吸 READY ↓ 三角色低亮提示 選擇故事 ↓ JQ6500 PLAYING + 對應角色燈效 ↓ 故事播放完成 ↓ COOLDOWN → READY / IDLE

正式系統由 currentStory 決定燈效，因此聲音與燈光會同步對應故事。燈光也成為「狀態可視化」介面：即使觀眾沒有看手機，也能知道目前正在播放哪個角色。

九、程式設計重點：不要用長時間delay()

水井三寶還要同時處理ToF、按鈕、JQ6500、Edge Web與Wi-Fi，因此燈效大量使用 millis() 控制更新節奏，避免動畫阻塞其他任務。

教學重點：Arduino入門常用 delay() 做動畫；真正的IoT系統要進一步學會非阻塞式時間控制。燈光再漂亮，也不能讓感測器、Web或故事播放停住。

十、完整獨立測試程式

下面程式只保留WS2812B燈光模組，適合先測接線、燈區與動畫。正式系統再把這些函式整合回Layer 2～Layer 4。

#include <Arduino.h>
#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define LED_PIN 13
#define LED_COUNT 62
#define BASE_START 0
#define BASE_COUNT 24
#define HORSE_START 24
#define HORSE_COUNT 10
#define TURTLE_START 34
#define TURTLE_COUNT 12
#define FLOWER_START 46
#define FLOWER_COUNT 16

Adafruit_NeoPixel strip(LED_COUNT, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

enum Story {
  STORY_NONE=0, STORY_HORSE=1, STORY_TURTLE=2,
  STORY_FLOWER=3, STORY_ALL=4, STORY_CREATOR=5
};
Story currentStory = STORY_NONE;

void setZone(int start, int count, uint32_t color){
  for(int i=0;i<count;i++) strip.setPixelColor(start+i,color);
}

void ledIdle(){
  static unsigned long last=0;
  static int b=4, dir=1;
  if(millis()-last<80) return;
  last=millis();
  b+=dir;
  if(b>=14) dir=-1;
  if(b<=4) dir=1;
  strip.clear();
  setZone(BASE_START,BASE_COUNT,strip.Color(b,b/2,0));
  strip.show();
}

void ledReady(){
  strip.clear();
  setZone(HORSE_START,HORSE_COUNT,strip.Color(20,8,0));
  setZone(TURTLE_START,TURTLE_COUNT,strip.Color(0,8,18));
  setZone(FLOWER_START,FLOWER_COUNT,strip.Color(18,0,7));
  strip.show();
}

void ledHorse(){
  static unsigned long last=0;
  static int pos=0;
  if(millis()-last<80) return;
  last=millis();
  strip.clear();

  for(int i=0;i<HORSE_COUNT;i++){
    int dist=(i-pos+HORSE_COUNT)%HORSE_COUNT;

    if(dist==0)
      strip.setPixelColor(HORSE_START+i,strip.Color(100,45,0));
    else if(dist<=2)
      strip.setPixelColor(HORSE_START+i,strip.Color(30,10,0));
  }

  pos++;
  if(pos>=HORSE_COUNT) pos=0;
  strip.show();
}

void ledTurtle(){
  static unsigned long last=0;
  static int b=10, dir=1;
  if(millis()-last<70) return;
  last=millis();
  b+=dir;
  if(b>=80) dir=-1;
  if(b<=10) dir=1;
  strip.clear();
  setZone(TURTLE_START,TURTLE_COUNT,strip.Color(0,b/2,b));
  strip.show();
}

void ledFlower(){
  static unsigned long last=0;
  static int count=1;
  static bool growing=true;

  if(millis()-last<120) return;
  last=millis();
  strip.clear();

  for(int i=0;i<count;i++)
    strip.setPixelColor(FLOWER_START+i,strip.Color(80,5,25));

  strip.show();

  if(growing){
    count++;
    if(count>=FLOWER_COUNT){count=FLOWER_COUNT;growing=false;}
  }else{
    count--;
    if(count<=2){count=2;growing=true;}
  }
}

void ledAllStory(){
  static unsigned long last=0;
  static int phase=0;
  if(millis()-last<900) return;
  last=millis();
  phase++;
  if(phase>2) phase=0;

  strip.clear();

  if(phase==0)
    setZone(HORSE_START,HORSE_COUNT,strip.Color(70,30,0));
  else if(phase==1)
    setZone(TURTLE_START,TURTLE_COUNT,strip.Color(0,25,70));
  else
    setZone(FLOWER_START,FLOWER_COUNT,strip.Color(70,5,25));

  strip.show();
}

void ledCreator(){
  strip.clear();
  uint32_t warm=strip.Color(45,28,10);
  setZone(HORSE_START,HORSE_COUNT,warm);
  setZone(TURTLE_START,TURTLE_COUNT,warm);
  setZone(FLOWER_START,FLOWER_COUNT,warm);
  strip.show();
}

void updateStoryLED(){
  switch(currentStory){
    case STORY_HORSE: ledHorse(); break;
    case STORY_TURTLE: ledTurtle(); break;
    case STORY_FLOWER: ledFlower(); break;
    case STORY_ALL: ledAllStory(); break;
    case STORY_CREATOR: ledCreator(); break;
    default: ledReady(); break;
  }
}

void setup(){
  Serial.begin(115200);
  strip.begin();
  strip.setBrightness(100);
  strip.clear();
  strip.show();
}

void loop(){
  unsigned long section=(millis()/10000UL)%6;

  switch(section){
    case 0: ledIdle(); break;
    case 1: currentStory=STORY_HORSE; updateStoryLED(); break;
    case 2: currentStory=STORY_TURTLE; updateStoryLED(); break;
    case 3: currentStory=STORY_FLOWER; updateStoryLED(); break;
    case 4: currentStory=STORY_ALL; updateStoryLED(); break;
    case 5: currentStory=STORY_CREATOR; updateStoryLED(); break;
  }
}

十一、從RGB燈條到文化互動語言

WS2812B真正有價值的不是「顏色很多」，而是每顆LED都可以被程式個別控制。當白馬用追光、烏龜用呼吸、姻緣花用綻放來呈現各自故事時，LED就不再只是裝飾，而成為文化敘事的一部分。

設計理念：聲音說故事，燈光表達故事情緒，作品本體仍然是主角。科技不取代文化，而是讓觀眾多一種理解文化的方式。