LED状态指示灯

概述

本节介绍了为RFID签到/签退操作提供视觉反馈的LED指示灯系统。学习本节将使您能够：

设计和实现用于用户反馈的LED状态指示灯
处理不同的LED状态（签到、签退、错误、就绪）
实现MQTT控制的LED模式
排查常见的LED电路问题

前置条件

开始本节之前，请确保您已完成：

按照05-02连接LED电路
ESP32与Node-RED之间的MQTT通信正常工作
已实现签到/签退流程（05-08）
掌握ESP32 GPIO控制基础知识

关键概念

LED颜色含义

系统使用两个LED来传达当前状态：

LED颜色	状态	含义
绿灯亮	签到成功	标签已注册，时间记录开始
红灯亮	签退成功	时间已记录到TimeTagger
绿灯闪烁	系统就绪	ESP32已连接并等待中
红灯闪烁	错误	连接问题或API失败
两者均灭	深度睡眠或空闲	无活动或省电模式

用户体验流程

用户使用时间线：
1. 用户靠近读取器    → 两个LED均灭（空闲）
2. 用户轻触RFID标签  → 短暂停顿
3. ✓ 签到确认        → 绿灯亮3秒
4. 用户离开          → LED熄灭
5. 用户返回，再次轻触 → 短暂停顿
6. ✓ 签退确认        → 红灯亮3秒
7. 记录已保存        → 快速闪烁，然后熄灭

实现步骤

步骤1：LED引脚配置

// LED引脚定义
#define LED_GREEN   22
#define LED_RED     21

// LED定时常量
const unsigned long LED_INDICATE_TIME = 3000;  // 3秒
const unsigned long BLINK_INTERVAL = 250;       // 250ms闪烁间隔

步骤2：LED控制函数

// LED状态管理
enum LEDState {
  LED_OFF,
  LED_GREEN_ON,
  LED_RED_ON,
  LED_GREEN_BLINK,
  LED_RED_BLINK,
  LED_BOTH_BLINK
};

LEDState currentLEDState = LED_OFF;
unsigned long ledStateStartTime = 0;

void setLED(LEDState state) {
  currentLEDState = state;
  ledStateStartTime = millis();

  switch (state) {
    case LED_OFF:
      digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
      digitalWrite(LED_RED, LOW);
      break;

    case LED_GREEN_ON:
      digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);
      digitalWrite(LED_RED, LOW);
      break;

    case LED_RED_ON:
      digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
      digitalWrite(LED_RED, HIGH);
      break;

    case LED_GREEN_BLINK:
    case LED_RED_BLINK:
    case LED_BOTH_BLINK:
      // 闪烁在主循环中处理
      break;
  }
}

void updateLED() {
  unsigned long now = millis();

  switch (currentLEDState) {
    case LED_GREEN_ON:
    case LED_RED_ON:
      // 指示时间后自动关闭
      if (now - ledStateStartTime >= LED_INDICATE_TIME) {
        setLED(LED_OFF);
      }
      break;

    case LED_GREEN_BLINK:
      // 绿灯闪烁（系统就绪指示）
      if ((now / BLINK_INTERVAL) % 2 == 0) {
        digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);
      } else {
        digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
      }
      break;

    case LED_RED_BLINK:
      // 红灯闪烁（错误指示）
      if ((now / BLINK_INTERVAL) % 2 == 0) {
        digitalWrite(LED_RED, HIGH);
      } else {
        digitalWrite(LED_RED, LOW);
      }
      break;

    case LED_BOTH_BLINK:
      // 交替闪烁（系统启动）
      if ((now / BLINK_INTERVAL) % 2 == 0) {
        digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);
        digitalWrite(LED_RED, LOW);
      } else {
        digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
        digitalWrite(LED_RED, HIGH);
      }
      break;

    case LED_OFF:
    default:
      // 不执行任何操作 — LED保持熄灭
      break;
  }
}

步骤3：MQTT消息的LED反馈

ESP32监听来自Node-RED的MQTT反馈并相应更新LED：

void setup() {
  pinMode(LED_GREEN, OUTPUT);
  pinMode(LED_RED, OUTPUT);

  // 启动指示
  setLED(LED_BOTH_BLINK);

  // ... 其余设置代码

  // 就绪指示
  setLED(LED_GREEN_BLINK);  // 绿灯闪烁 = 系统就绪
}

// MQTT反馈回调
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  // 解析消息
  String message;
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    message += (char)payload[i];
  }

  Serial.print("收到反馈：");
  Serial.println(message);

  // 解析JSON
  DynamicJsonDocument doc(256);
  DeserializationError error = deserializeJson(doc, message);

  if (error) {
    Serial.println("JSON解析错误");
    setLED(LED_RED_BLINK);
    return;
  }

  String action = doc["action"] | "";
  bool success = doc["success"] | true;

  if (success) {
    if (action == "CHECK_IN") {
      // 绿灯 = 已签到
      setLED(LED_GREEN_ON);
      Serial.println("✓ 签到成功");
    }
    else if (action == "CHECK_OUT") {
      // 红灯 = 已签退
      setLED(LED_RED_ON);
      Serial.println("✓ 签退成功");
    }
  } else {
    // 错误状态
    setLED(LED_RED_BLINK);
    Serial.print("✗ 操作失败：");
    Serial.println(doc["error"].as<String>());
  }
}

步骤4：连接状态指示

通过LED模式指示WiFi和MQTT连接状态：

void setup() {
  // 启动序列
  setLED(LED_BOTH_BLINK);

  // 连接WiFi
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    // 连接尝试期间快速闪烁
    digitalWrite(LED_GREEN, !digitalRead(LED_GREEN));
  }

  // WiFi已连接 → 绿灯闪烁
  setLED(LED_GREEN_BLINK);

  // 连接MQTT
  client.setServer(mqtt_server, 1883);
  while (!client.connected()) {
    if (client.connect("ESP32_RFID")) {
      // MQTT已连接 → 短暂绿灯常亮
      setLED(LED_GREEN_ON);
      delay(500);
    } else {
      delay(2000);
    }
  }

  // 系统就绪
  setLED(LED_GREEN_BLINK);  // 慢闪 = 等待标签
}

步骤5：完整的LED管理类

为更清晰的代码组织：

class LEDManager {
private:
  int greenPin;
  int redPin;
  LEDState currentState;
  unsigned long stateStartTime;
  unsigned long indicationDuration;

public:
  LEDManager(int gp, int rp) : greenPin(gp), redPin(rp) {
    pinMode(greenPin, OUTPUT);
    pinMode(redPin, OUTPUT);
    currentState = LED_OFF;
    stateStartTime = 0;
    indicationDuration = 3000;
  }

  void indicateCheckIn() {
    setState(LED_GREEN_ON);
  }

  void indicateCheckOut() {
    setState(LED_RED_ON);
  }

  void indicateError() {
    setState(LED_RED_BLINK);
  }

  void indicateReady() {
    setState(LED_GREEN_BLINK);
  }

  void indicateStartup() {
    setState(LED_BOTH_BLINK);
  }

  void turnOff() {
    setState(LED_OFF);
  }

  void update() {
    unsigned long now = millis();

    switch (currentState) {
      case LED_GREEN_ON:
      case LED_RED_ON:
        if (now - stateStartTime >= indicationDuration) {
          turnOff();
        }
        break;

      case LED_GREEN_BLINK:
        if ((now / 250) % 2 == 0) {
          digitalWrite(greenPin, HIGH);
          digitalWrite(redPin, LOW);
        } else {
          digitalWrite(greenPin, LOW);
        }
        break;

      case LED_RED_BLINK:
        if ((now / 250) % 2 == 0) {
          digitalWrite(redPin, HIGH);
          digitalWrite(greenPin, LOW);
        } else {
          digitalWrite(redPin, LOW);
        }
        break;

      case LED_BOTH_BLINK:
        if ((now / 150) % 2 == 0) {
          digitalWrite(greenPin, HIGH);
          digitalWrite(redPin, LOW);
        } else {
          digitalWrite(greenPin, LOW);
          digitalWrite(redPin, HIGH);
        }
        break;

      case LED_OFF:
      default:
        digitalWrite(greenPin, LOW);
        digitalWrite(redPin, LOW);
        break;
    }
  }

private:
  void setState(LEDState state) {
    currentState = state;
    stateStartTime = millis();
  }
};

// 全局实例
LEDManager leds(LED_GREEN, LED_RED);

步骤6：Node-RED端反馈生成

Node-RED流程发送MQTT反馈消息以控制LED：

// Function节点："生成LED反馈"
// 根据操作结果创建适当的反馈消息

const uid = msg.payload?.uid || "UNKNOWN";
const operation = msg.action || "UNKNOWN";
const success = msg.success !== false;

if (success) {
    if (operation === "CHECK_IN") {
        msg.payload = {
            action: "CHECK_IN",
            success: true,
            name: msg.record?.ds || uid,
            message: "时间记录已开始"
        };
    } else if (operation === "CHECK_OUT") {
        msg.payload = {
            action: "CHECK_OUT",
            success: true,
            name: msg.record?.ds || uid,
            duration: (msg.record?.t2 - msg.record?.t1) || 0,
            message: "时间记录成功"
        };
    }
} else {
    msg.payload = {
        action: "ERROR",
        success: false,
        uid: uid,
        error: msg.error || "未知错误",
        message: "操作失败"
    };
}

msg.topic = "asset/tracking/feedback";
msg.retain = false;

return msg;

验证

测试LED系统：

// 1. 给ESP32上电
// 预期：启动时两个LED交替闪烁
// 然后：绿灯慢闪（系统就绪）

// 2. 扫描已注册的RFID标签（第一次）
// 预期：绿灯亮3秒（签到）

// 3. 再次扫描同一标签
// 预期：红灯亮3秒（签退）

// 4. 暂时断开WiFi
// 预期：红灯闪烁（连接错误）

// 5. 重新连接WiFi
// 预期：绿灯闪烁（系统就绪）

验证检查表：

故障排除

问题1：LED太暗

症状：即使在室内光线下LED也几乎不可见

原因：电阻值过大

解决方案：

// 尝试较低的电阻值：
// 对于10mA电流：
// R = (3.3V - 2.0V) / 0.01A = 130Ω → 使用150Ω

// 对于15mA（推荐最大值）：
// R = (3.3V - 2.0V) / 0.015A = 87Ω → 使用100Ω

问题2：LED太亮

症状：LED亮度过高，刺眼

解决方案：增大电阻值或使用PWM进行软件亮度控制：

// 使用PWM进行软件亮度控制
void setLEDBrightness(int pin, int brightness) {
  // brightness: 0-255
  analogWrite(pin, brightness);
}

// 在setup中使用：
// ledcSetup(0, 5000, 8);  // 通道0，5kHz，8位
// ledcAttachPin(LED_GREEN, 0);
// ledcWrite(0, 128);  // 50%亮度

问题3：错误的LED亮起

症状：签退时绿灯亮起而不是红灯

原因：LED接线反向（阴极/阳极互换）或代码逻辑错误