10个IO口竟然能驱动90颗LED做成的耳环，还有各种灯光效果，怎么做到的？（项目开源）

见过LED流水灯，也见过各种RGB灯环，但把90颗LED塞进一块直径只有24mm的PCB里，做成一副可以戴在耳朵上的电子耳环，还是挺有意思的。

最近看到一个国外的开源项目，叫做HALO-90。

整个耳环就是一块圆形PCB，正面排满了红色LED，背面则是单片机、麦克风和纽扣电池。不仅能显示各种灯光效果，还能跟着周围的音乐节奏闪烁。

项目的硬件、固件、PCB和外壳设计资料都已经开源，喜欢折腾的朋友可以自己复刻一套。

90颗LED，10个IO口就能搞定。

HALO-90的正面排列了90颗0402封装的红色LED，每颗间隔4°，刚好组成一个完整的圆环。

这里采用的是Charlieplexing（查理复用）驱动方式，利用GPIO高电平、低电平和高阻态之间的切换，让10根IO线实现90颗LED的独立控制。

当然，这些LED并不是同时持续点亮的，而是通过高速扫描，利用人眼的视觉暂留形成完整的发光效果。

下面所示的函数可以根据 LED 编号获取列和行：

要关闭 LED 灯，需要将列和行都设置为高阻抗。要打开 LED 灯，需要将列设置为高阻抗，将行设置为低阻抗。

相比给每颗LED单独分配一个GPIO，这种方案省下了大量引脚，也不需要额外增加LED驱动芯片。

灯珠成本对比WS2812便宜很多，不过这个就只能单色了。

不过，驱动程序和PCB布线就没那么简单了。

灯珠用普通0402红色灯珠。

主控选用意法半导体的STM8L151G4，一颗主频16MHz的8位低功耗单片机，后面给它移植到国产MCU上。

为了让灯光能跟着音乐变化，板上还集成了一颗MEMS麦克风，通过ADC采集声音信号，再由程序控制LED显示。麦克风选择了Knowles SPW2430HR5H-B，可以使用Adafruit的扩展板轻松进行测试。

按钮采用超薄微型触觉开关，KXT311LHS，触发力很低，100g，用指甲边缘可以轻松按下。

惯性测量单元也是ST的6 自由度惯性测量单元 (IMU)，集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪。

板子采用4层PCB设计，厚度只有1mm，背面安装了一颗CR2032纽扣电池，装上电池后，整个耳环重量约5.2g。

目前固件提供了三种灯光模式：

• 音乐律动模式： 根据麦克风采集到的声音幅度，让LED跟着音乐变化。
• HALO光环模式： 通过高速扫描，形成连续发光的圆环效果。
• Sparkle闪烁模式： 随机点亮少量LED，看起来就像星星一样闪烁。

几种模式可以通过板上的微型按键切换，长按500ms还可以关闭LED，让单片机进入深度休眠。

一颗纽扣电池，续航能有多久？

90颗LED挤在这么小的PCB上，功耗自然是个需要考虑的问题。

根据作者公布的测试数据，音乐律动模式的平均电流约为11.71mA，HALO光环模式约10.88mA，而Sparkle闪烁模式只有2.01mA。

HALO光环模式

Sparkle闪烁模式

按照220mAh的电池容量计算，Sparkle模式理论续航约109.5小时，也就是4天多。

不过，这只是按照平均电流估算的结果。CR2032的实际可用容量与放电电流、内阻等因素有关，实际续航还得看具体使用情况。

硬件、固件全部开源https://boardrepo.com/openkolibri/halo-90

作者把原理图、PCB、BOM、固件源码以及3D打印外壳等资料都整理出来了，连用于烧录和测试的弹簧针编程夹具也有介绍。

这个项目的硬件并不复杂，但在这么小的空间里完成90颗LED的布线、复用驱动和电池供电，还是有不少值得参考的地方。

尤其是Charlieplexing驱动方式，平时做一些小型LED显示产品，或者GPIO资源比较紧张的项目，也可以考虑借鉴。

当然，如果真打算自己复刻，90颗0402 LED的焊接恐怕是最费眼睛的环节，建议直接安排嘉立创SMT贴片。

最后，耳环钩必须得由纯金的，不然会被女朋友打死！

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