LED流水灯、RGB灯环见得多了，但把90颗LED塞进一块直径仅24mm的PCB，做成一副能戴在耳朵上的电子耳环，还真不多见。这个国外开源项目叫 HALO-90。
整个耳环本身就是一块圆形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，喜欢折腾的朋友完全可以自己复刻一套。
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。
下面这个函数可以根据LED编号获取列和行：
void setLed(uint8_t led);
void ledHigh(uint8_t led);
void ledLow(uint8_t led);
uint8_t col = led / 9;
uint8_t topElements = 9 - col;
uint8_t row = 9 - (led % 9);
if (topElements <= (9 - row)) {
row--;
}
要关闭LED，需要将列和行都设置为高阻抗；要打开LED，则需要将列设置为高阻抗，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。灯珠成本比WS2812便宜不少，缺点也很直接——只能单色。不过，驱动程序和PCB布线可就没那么简单了。
灯珠选用普通0402红色灯珠。
主控与传感
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。作者后来还把它移植到了国产MCU上。
为了让灯光跟随音乐变化，板上集成了一颗MEMS麦克风，通过ADC采集声音信号，再由程序控制LED显示。麦克风型号是 Knowles SPW2430HR5H-B，可以配合 Adafruit 的扩展板快速测试。
按钮采用超薄微型触觉开关 KXT311LHS，触发力很低，只有100g，用指甲边缘就能轻松按下。
惯性测量单元同样来自ST，是一颗6自由度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，背面安装一颗CR2032纽扣电池。装上电池后，整个耳环重量约为5.2g。
三种灯光模式
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变化，让LED跟着音乐节奏起舞。
- HALO光环模式：通过高速扫描，形成完整连续发光的圆环效果。
- Sparkle闪烁模式：随机点亮少量LED，看起来像星星一样闪烁。
几种模式可以通过板上的微型按键循环切换，长按500ms还能关闭LED，让单片机进入深度休眠。
一颗纽扣电池，续航能撑多久？
90颗LED挤在这么小的板子上，功耗自然绕不开。
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光环模式约为10.88mA，而Sparkle闪烁模式只有2.01mA。
按照220mAh的电池容量估算，Sparkle模式的理论续航约为109.5小时，也就是4天多。
不过这只是平均电流层面的推算。CR2032的实际可用容量与放电电流、内阻等因素都有关系，真实续航还得看具体使用强度。
硬件固件全部开源，复刻门槛并不高
资料仓库：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好了，连用于烧录和测试的弹簧针编程夹具也做了说明。
这个项目的硬件结构不算复杂，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，参考价值相当高。
尤其是Charlieplexing这种驱动思路，平时做一些小型LED显示产品，或者GPIO资源比较紧张的项目，完全可以借鉴。
当然，真打算自己动手复刻的话，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。
最后说一句：耳环钩必须得是纯金的，不然会被女朋友打死！
发表于 3 天前
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