Pertunjukan Cahaya Pohon Krismas Raspberry Pi: 15 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Kemas kini: Saya telah mengeluarkan evolusi terkini dari Pokok ini untuk tahun 2017 di

Projek ini melibatkan penggunaan Raspberry Pi untuk menggerakkan 8 cawangan AC yang disambungkan ke set lampu Christmas Tree. Lampu AC adalah helai lampu satu warna yang sederhana, tetapi untuk memberikan julat yang lebih dinamik untuk pertunjukan cahaya, terdapat juga 25 bintang LED RGB yang dapat diprogramkan. Salah satu kelebihan menggunakan Raspberry Pi dan bukannya pengawal Arduino ialah saya dapat mengeluarkan audio dari Raspberry Pi agar lampu sesuai dengan muzik (belum lagi faedahnya mempunyai sambungan WiFi untuk mengerjakan perisian dari jauh).

Langkah 1: Bahan

Perlu diingat bahawa bahan di bawah adalah yang saya gunakan untuk projek ini. Dalam banyak kes, alat ganti / penyelesaian boleh digunakan.

Berikut adalah bahan yang saya gunakan untuk projek ini:

Untuk pengawal:

1. Raspberry Pi (Model B adalah apa yang saya gunakan)

   • Kad SD
   • Penyesuai Wifi USB

2. Papan Modul SSR SainSmart 8 Channel 5V - Amazon

   Saya mengelakkan relay mekanikal kerana bunyi klik suis akan dapat didengar, dan kami menggunakan SSR. Papan ini dinilai hingga 2 AMP per SSR yang cukup untuk menghidupkan rangkaian lampu Krismas

3. Kabel pelompat - Boleh didapati dengan harga murah di Ebay
4. JST SM Plug + Receptacles - Adafruit
5. Gulungan dawai 32 kaki (atau empat kepingan dawai 8 kaki)
6. Kabel Sambungan x 8
7. Blok pengagihan kuasa x 2 - AdaFruit
8. Jalur Kuasa
9. Bekalan kuasa
   • 5 Volt, 3 Amps atau lebih tinggi untuk menggerakkan LED dan Pi
   • 5 Volt, 1 Amp atau lebih tinggi untuk memacu modul SSR
10. Pagar
11. Penceramah

Untuk bintang:

1. LED 12mm RGB (Strand of 25) - Cip AdafruitWS2801 dalam produk ini membolehkan Pi hanya perlu memusingkan helai sekali dan bukannya terus menerus berdenyut untuk memastikan LED tidak menyala.
2. Lembaran ABS plastik untuk menahan LED di tempatnya - Walmart
3. Lembaran Lexan untuk menyebar LED - Lowes
4. Cat Semburan Hitam
5. Cat Semburan Putih
6. Kayu

Untuk pokok:

1. Helai cahaya putih 100 x 4
2. Helai cahaya 50 putih
3. Helai cahaya 100 merah x 2
4. Helai cahaya hijau 100 x 2
5. Helai cahaya biru 100 x 2

Langkah 2: Sediakan Pi Raspberry

Sebelum menyelam ke dalam pendawaian, saya ingin memasang Pi dan menjalankannya terlebih dahulu untuk menguji komponen-komponennya semasa ia disambungkan. Penyediaan ini dilakukan sebelum penyediaan penutup, dan melibatkan Raspberry Pi yang disambungkan melalui kuasa USB ke monitor dan papan kekunci. Tujuannya adalah agar sistem dikonfigurasi agar pengembangan dapat diteruskan pada Pi di kandang.

Pemasangan Pi lalai tidak mempunyai perpustakaan yang diperlukan untuk memacu LED WS2801 dengan betul di bintang, jadi saya memasang sistem operasi AdaFruit's Occidentalis pada Pi.

Setelah Occidnetalis memasang sedikit persediaan tambahan terlibat:

1) Konfigurasikan Pi untuk boot ke Prompt Perintah (bukan antara muka GUI)

2) Siapkan antara muka rangkaian tanpa wayar pada Pi dengan menyunting / etc / network / antaramuka. Pastikan untuk memilih alamat IP statik sehingga anda boleh log masuk ke alamat yang diketahui untuk mengerjakan Pi

3) Pasang perkhidmatan Telnet dan FTP.

4) Pasang Pygame. Perpustakaan digunakan dalam skrip python untuk memainkan fail MP3 / WAV

Arahan terperinci untuk pemasangan / penyediaan boleh didapati dengan mudah melalui carian Internet. Terdapat banyak sumber di Pi dalam talian.

Selepas ini saya boleh memutuskan sambungan video dan papan kekunci kerana Pi boleh jadi anda boleh log masuk dari jauh.

Langkah 3: Mula Menyiapkan Kandang

Saya tidak akan membincangkan lebih terperinci mengenai cara membina kandang kerana ia hanya kotak yang diperbuat daripada kayu. Saya menggerudi pegangan berdiameter 1.5 di hujung penutup. Di sebelah kanan adalah lubang di mana semua kabel sambungan dan kord bintang habis dan sebelah kiri adalah lubang di mana jalur kuasa dan audio keluar.

Komponen pertama yang dipasang ialah jalur kuasa dan Raspberry Pi. Untuk menghidupkan Pi, saya menggunakan transformer 5V yang sama untuk memberi kuasa bintang dan Pi (ditunjukkan dengan warna hijau). Oleh kerana itu, saya mempunyai kekuatan untuk menuju ke blok terminal (diserlahkan putih) di mana garpu 5V menuju ke pendawaian bintang dan ke Pi

Pin 2 = 5V

Pin 6 = Tanah

Setelah disambungkan hidupkan kuasa dan Pi harus boot dan dapat diakses melalui Telnet sebagai persediaan pada langkah sebelumnya.

Langkah 4: Menyambungkan Raspberry Pi ke Relay Module

Dengan semua Power Off (Power Supply dan Pi), sambungkan 5 Volt ke dua penyambung sumber kuasa luaran bawah. Saya memandu ini dengan bekalan 5 Volt khusus yang dipasang pada jalur kuasa. Ini supaya Pi tidak mempunyai keseluruhan beban menggerakkan relay (yang menjadi perhatian adalah 8 relai serentak yang terlibat) dan sebaliknya hanya dapat menggerakkan transistor untuk menggunakan kuasa luaran ke relay.

Sekarang tentukan lokasi GPIO0 hingga GPIO7 pada Raspberry Pi. Pada Model B saya iaitu:

GPIO0 = Pin 11

GPIO1 = Pin 12

GPIO2 = Pin 13

GPIO3 = Pin 15

GPIO4 = Pin 16

GPIO5 = Pin 18

GPIO6 = Pin 22

GPIO7 = Pin 7

Ground / 0V = Pin 6, Pin 9, Pin 14, Pin 20, Pin 25

Oleh kerana sambungan pada Modul SSR adalah skru dalam tiang, saya memangkas setiap pelompat ke ukuran yang tepat berdasarkan bagaimana saya menjarakkan komponen. Sambungkan semua 8 saluran input serta tanah dari Pi ke papan. Tang hidung jarum membantu meletakkan jumper ke header Pi dengan betul.

Setiap saluran mempunyai LED pada Modul SSR yang akan menyala ketika GPIO naik tinggi pada Pi. Jalankan program ujian sederhana untuk memeriksa semua sambungan, dilampirkan sebagai test.py, di mana setiap GPIO0-7 ditetapkan tinggi selama dua saat.

Langkah 5: Potong dan Siapkan Kabel Sambungan

Pada setiap kabel sambungan, potong hujung palam meninggalkan panjang maksimum yang tersedia ke hujung kord yang disambungkan kerana mungkin perlu ke bahagian atas pokok. Pada tali pusat, belahkan hujung wayar dengan memotong kepingan plastik nipis yang menahan kedua-dua wayar itu. Sekarang lepaskan hujungnya sehingga kira-kira 1/4 wayar terdedah untuk skru pada penyambung.

Gunakan penanda Sharpie pada setiap hujung kabel yang disoket untuk menulis nombor 1 hingga 8 sehingga anda dapat dengan mudah mengenal pasti soket mana yang menuju ke saluran mana pada modul SSR.

Kami juga memerlukan satu palam dan juga beberapa wayar tambahan untuk langkah seterusnya, jadi baik kanibalisasi kabel sambungan ke-9 atau tinggalkan ruang tambahan pada 8 kord sambungan semasa memotong hujung palam.

Langkah 6: Menyambungkan Kabel Sambungan AC

Langkah seterusnya menghubungkan hujung output modul SSR dengan 8 kord sambungan. Oleh kerana jumlah wayar di sini boleh terkumpul dengan sangat mudah, saya menggunakan bok pengedaran kuasa dan pistol ruji untuk mencuba dan memastikan semuanya berada di tempatnya.

Dengan mematikan, lepaskan hujung palam pemotong dari langkah sebelumnya dan pasangkannya ke jalur kuasa. Tanggalkan dua hujung yang lain dan sambungkan masing-masing ke blok pengagihan kuasa atas dan bawah dan pasangkan kedua sambungan ini ke bawah.

Sekarang sambungkan salah satu kabel sambungan yang dipotong dari langkah sebelumnya. Dalam kes saya, saya mempunyai penutup dengan lubang diameter 1.5 agar semua tali mengalir keluar, jadi yang disorot dengan warna hijau adalah salah satu kabel dengan satu hujungnya dihubungkan ke blok pengedaran dan yang lain ke hujung keluaran modul SSR. Untuk melengkapkan litar, kami memerlukan wayar yang jauh lebih pendek (ditunjukkan dengan warna biru) yang menghubungkan blok pengedaran yang lain ke modul SSR. Potong dan ruji agar semuanya tetap kemas. Bukan sahaja ruji memastikan semuanya kemas tetapi juga berfungsi pelonggaran regangan sehingga sebarang tarikan dan tarikan semasa menyambungkan lampu ke pokok tidak akan menarik sambungan dari komponen. Tidak perlu dikatakan, apabila stapel tidak mempunyai ruji menembusi wayar atau penebat.

Langkah 7: Uji Cangkuk AC

Daripada memasang tali lampu Natal penuh, saya menyambungkan lampu malam $ 1 yang murah ke setiap tali sambungan untuk menguji dan mengembangkan animasi sebelum pokok itu habis. Saya melukis lampu yang disambungkan ke tali yang akan mengawal tali cahaya Merah, Hijau, Biru.

Jalankan program ujian yang sama yang digunakan untuk menguji modul SSR dan pastikan setiap sambungan menyala dengan betul.

Kotak lampu menunjukkan bahawa setiap tali akan menarik 0,34 Amps, dan untuk lampu berwarna saya akan merangkai dua set bersama-sama yang akan menghasilkan undian total 0,68 Amps. Ini jauh di bawah penilaian SSR yang 75 - 200 VAC pada 2 Amps, namun saya ingin memeriksa semula kerana fius pada modul SSR disolder ke papan sehingga sukar diganti.

Langkah 8: Menciptakan Bintang

Langkah pertama dalam mencipta bintang adalah membuat templat yang dapat dicetak untuk membantu membentuk kerangka kayu dan plastik. Setelah menimbang dan mencetak templat pada ukuran yang sesuai, saya mengambil sekeping kayu berukuran 4.25 "x 0.125" dari kedai kraf dan mengukur jarak yang diperlukan untuk setiap sisi bintang. Saya betul-betul tidak membengkokkan mana-mana sendi ketika saya memotongnya sehingga membentuk bintang memerlukan sokongan untuk memastikan kepingan tetap di tempat semasa merekatkan.

Dengan meletakkan templat di permukaan kerja, saya menggunakan penyokong untuk menahan dua kepingan kayu di tempat seperti yang ditunjukkan dalam warna coklat dalam gambar. Dengan kedua tepi kayu menyentuh, gam digunakan pada kedua-dua bahagian sendi. Kemudian mengambil sepotong balsa nipis, saya memotong segitiga untuk memperbaiki kedua-dua kepingan itu dan menempelkannya ke bintang. Alasan untuk menggunakan balsa adalah kerana apabila bintang itu bersatu dengan kuat, saya dapat dengan mudah memoles segitiga ke bawah agar sesuai dengan kontur bintang, yang ditunjukkan dengan bulatan pada gambar bintang.

Kerana kaedah pembinaan, saya terpaksa menunggu beberapa jam pada setiap sendi agar gam kering sebelum beralih ke sendi seterusnya.

Setelah seluruh bintang terbentuk, saya menggunakan drywall spackle untuk menutup jurang di mana dua kepingan kayu bertemu di hujung bintang.

Saya kemudian menempelkan beberapa penyumbat kecil di sekitar bahagian dalam bintang untuk membantu meletakkan pemasangan LED di tempat ketika dimasukkan, disorot dengan segi empat tepat. Saya tidak percaya bahawa itu benar-benar diperlukan kerana graviti melakukan tugas memasang pemasangan LED di tempat.

Letakkan bintang yang dipasang di atas lembaran Lexan, jejak bentuk bintang dan potong bintang dari Lexan. Setelah memotong bintang Lexan, pastikan ia sesuai dengan bingkai kayu, dan kemudian letakkan 2 lapisan cat semburan putih ke satu sisi Lexan dan biarkan kering selama 24 jam. Ini membolehkan LED disebarkan serta menyembunyikannya dari pandangan.

Untuk menyembunyikan penutup antara bintang Lexan dan bingkai kayu, saya menggunakan jalur balsa 0.25 "kecil dan memotongnya untuk membentuk dan" menutup "bingkai sehingga balsa menutup celah.

Akhirnya ditambahkan tongkat / dowel untuk membantu melekatkan bintang di bahagian atas pokok.

Langkah 9: Buat Pemasangan LED

Dengan menggunakan templat yang sama untuk membentuk bintang kayu, potong kepingan plastik ABS dengan ukuran, tetapi sedikit lebih kecil untuk dapat memasukkan ke dalam bintang kayu. Uji bahawa ia sesuai dengan baik di dalam bintang kayu.

Kemudian masih menggunakan templat dengan lokasi lubang, gerudi 25 lubang LED. LED dari AdaFruit mempunyai bebibir silikon di bahagian luarnya sehingga dipasang dengan sempurna ke dalam lubang yang dibor pada jarak 12mm. Dalam gambar anda dapat melihat bebibir dan saya telah menggunakan garis hijau untuk menunjukkan di mana plastik ABS akan memasukkan bebibir untuk menahan LED di tempatnya.

Mulakan dengan salah satu petua dan jalankan bahagian luar bintang, kemudian beralih ke 5 pelekap dalaman untuk menyelesaikannya. Dalam program saya, saya mempunyai kedudukan LED seperti yang ditunjukkan dalam angka dalam gambar, dengan 1 menjadi LED pertama selepas penyambung.

Sapukan beberapa pita elektrik ke hujung kabel merah dan biru. Mereka adalah input sekunder untuk kuasa yang tidak akan kita gunakan, dan sebaliknya menggunakan sambungan merah / biru dengan sambungan jam / isyarat melalui kabel itu sendiri.

Langkah 10: Membuat Kawat Sambungan untuk Bintang LED

Seterusnya ialah membuat kabel 8 kaki untuk berjalan dari kandang ke bintang di bahagian atas pokok.

Potong 4 kepingan panjang sama rata 8 kaki dawai dan pada satu hujung bundle kabel menggunakan pita elektrik atau ikatan zip untuk memastikan bundle tetap dan kemas. Lakukan ini sepanjang panjang bundle 4 kabel setiap beberapa inci.

Di kedua-dua hujung bundle, dawai dan pateri ke penyambung JST supaya wayar dapat menghubungkan satu hujung ke kandang dan yang lain ke bintang. Pastikan kedudukan relatif wayar berada dalam urutan yang betul sehingga apabila disambungkan ke bintang, sambungan Biru / Hijau / Kuning / Merah sesuai di hujung kabel yang lain. Gunakan multimeter untuk memeriksa kabel untuk memastikan kabelnya betul.

Langkah 11: Kabel Bintang ke Pi

Kita perlu membuat wadah di kandang agar wayar bintang / pelanjutan dipasang.

Merah = 5 Volt

Biru = Tanah

Oleh itu, kita boleh memasang dua baris ini pada penyambung JST ke blok terminal yang disambungkan oleh kuasa Raspberry Pi.

Dua sambungan lain adalah:

Kuning = Data = MOSI = Pin 19

Hijau = Jam = SCLK = Pin 23

Saya mengikuti pendawaian dari tutorial AdaFruit. Oleh itu, lepaskan hujung dua kabel pelompat sehingga boleh dipateri ke penyambung JST.

Setelah anda yakin bahawa pendawaian akan mendapat isyarat yang betul ke LED, anda boleh menstabilkan penyambung di kandang untuk melegakan ketegangan sehingga sebarang penarik pada kabel pelanjutan tidak akan mematahkan pelompat dari Pi.

Langkah 12: Uji Bintang LED

Dengan bintang LED disambungkan ke Pi. Jalankan program ujian sederhana untuk memastikan pencahayaan berfungsi dengan baik. Sebilangan besar kod saya diadaptasi dari Tutorial AdaFruit dan juga catatan forum di laman web mengenai penyesuaian kod tutorial agar sesuai dengan LED yang kita gunakan.

Ledtest.py yang dilampirkan akan menjadikan bintang perlahan-lahan berubah dari biru tulen menjadi merah murni.

Langkah 13: Sambungkan Pembesar Suara, Bangun Bahagian Atas Lampiran

Tidak ada yang istimewa di sini, pasangkan pembesar suara ke audio dari Raspberry Pi, dan pasangkannya ke jalur kuasa. Pembesar suara berkuasa sederhana dengan tombol penyesuaian kelantangan akan berfungsi.

Untuk bahagian atas saya ingin dapat melihat ke dalam kandang, jadi saya memasang sekeping kaca 8,5 x 11 (dari bingkai gambar) ke penutup dan menggunakan Velcro di bahagian atas sehingga saya dapat dengan cepat melepaskan bahagian atasnya jika diperlukan. Sebilangan besar kandang mempunyai 110 VAC yang terdedah, jadi penting bagi bahagian atas untuk memberikan perlindungan dari sesiapa sahaja atau apa-apa daripada melakukan hubungan secara tidak sengaja.

Langkah 14: Sambungkan Pencahayaan ke Pokok

Saya memilih susun atur saluran di Pokok Krismas untuk memberi saya fleksibiliti maksimum untuk menghasilkan pelbagai jenis gerakan / kesan. Terlampir adalah gambar bagaimana saya meletakkan lampu untuk 5 helai putih. Tiga saluran yang tersisa masing-masing satu set dua 100 lampu berwarna terang: Merah, Hijau, Biru.

Kabel sambungan tertentu yang anda pasangkan ke setiap helai tidak penting kerana pada langkah seterusnya saya dapat menyesuaikan pemetaan antara GPIO0-7 dan lampu apa yang ada di pokok.

Langkah 15: Muat / Buat Muzik, Perisian, Urutan…

Terdapat banyak penyekat cahaya Krismas yang tersedia dalam talian untuk Raspberry Pi, tetapi saya membuat kod ringkas dari awal. Semua urutan dihasilkan dengan menyusun masa ketukan / ukuran dalam Audacity (penyunting audio) ke perintah tertentu kepada penjujukan saya.

rxmas.py

Program ini akan memilih susun atur statik untuk pokok secara rawak setiap minit. Saya menjalankan skrip ini semasa memulakan Raspberry Pi (melalui cron job) sebagai tingkah laku lalai ketika memasang unit.

xmas.py

Ini adalah program sequencer, yang mengambil fail urutan dan MP3 sebagai input

persediaan.txt

Pada langkah sebelumnya, saya menyediakan susun atur yang saya gunakan untuk setiap saluran logik. Fail ini memetakan setiap GPIO0-7 sebenar ke saluran logik. Jadi dalam setup.txt yang telah saya lampirkan, kord sambungan GPIO0 memacu saluran logik 8 (Biru), GPIO1 memacu saluran logik 6 (Merah), dan lain-lain…

test.mp3 / test.txt

Ini adalah kes ujian mudah bagi bilangan audio nombor 1 hingga 8 dengan tali cahaya yang setara menyala

Oleh itu, untuk menggunakan jenis contoh ini:

./xmas.py test.txt test.mp3

carol.txt

Fail penjujukan untuk Christmas Sarajevo oleh Trans-Siberian Orchestra

LetItGo.txt

Fail sequencer untuk Let It Go dari Disney's Frozen Movie

rusia.txt

Fail penjujukan untuk "Krismas A Mad Russian" oleh Orkestra Trans-Siberia

Anda pasti perlu membekalkan fail LetItGo.mp3 dan carol.mp3 anda sendiri! Beli sahaja di Amazon.

CATATAN: Video YouTube yang disematkan dipercepat hingga 110% sehingga mungkin kedengarannya agak aneh

Hadiah Pertama di Make it Glow!