Světelná show vánočního stromu Raspberry Pi: 15 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Aktualizace: Aktualizovanou evoluci tohoto stromu pro rok 2017 jsem zveřejnil na tomto pokynu

Tento projekt zahrnuje použití Raspberry Pi k ovládání 8 zásuvek střídavého proudu, které jsou připojeny ke světelným sadám vánočního stromku. Střídavá světla jsou jednoduchá jednobarevná vlákna, ale aby byla světelná show dynamičtější, je zde také 25 programovatelných RGB LED hvězd. Jednou z výhod používání Raspberry Pi namísto ovladače Arduino je to, že mohu z Raspberry Pi vyvést zvuk, aby se světla načasovala hudbou (nemluvě o výhodě připojení WiFi k práci na softwaru na dálku).

Krok 1: Materiály

Mějte na paměti, že pro tento projekt jsem použil níže uvedené materiály. V mnoha případech lze použít alternativní díly/řešení.

Zde jsou materiály, které jsem použil pro tento projekt:

Pro ovladač:

1. Raspberry Pi (použil jsem model B)

   • SD karta
   • USB Wifi adaptér

2. SainSmart 8 Channel 5V SSR Module Board - Amazon

   Vyhnul jsem se mechanickým relé, protože cvaknutí spínače bude znatelně slyšet, a šli jsme SSR. Tato deska má hodnocení až 2 AMP na SSR, což je dostačující pro napájení řady vánočních světel

3. Propojovací vodiče - na Ebay seženete levně
4. Zásuvka JST SM + Zásuvky - Adafruit
5. 32 stop role drátu (nebo čtyři 8 stop kusů drátu)
6. Prodlužovací kabel x 8
7. Blok distribuce energie x 2 - AdaFruit
8. Power Strip

9. Zásoby energie

   • 5 Voltů, 3 A nebo více pro napájení LED diod a Pi
   • 5 Voltů, 1 A nebo více pro pohon modulu SSR
10. Ohrada
11. Řečníci

Pro hvězdu:

1. 12mm RGB LED diody (vlákno 25) - čip AdafruitWS2801 v tomto produktu umožňuje Pi jednoduše pulzovat vlákno jednou, než nepřetržitě pulzovat linku, aby LED diody zůstaly osvětlené.
2. Plastový ABS list, který drží LED na svém místě - Walmart
3. Difúzní LED diody z plechu Lexan - nízké hodnoty
4. Černá barva ve spreji
5. Bílá barva ve spreji
6. Dřevo

Pro strom:

1. Bílý 100 světelný pramen x 4
2. Bílý 50 světelný pramen
3. Červený 100 světelný pramen x 2
4. Zelený 100 světelný pramen x 2
5. Modré 100 světelných pramenů x 2

Krok 2: Nastavení Raspberry Pi

Než jsem se ponořil do elektroinstalace, chtěl jsem nejprve uvést Pi do provozu a vyzkoušet součásti, které byly připojeny. Toto nastavení bylo provedeno před instalací skříně a zahrnuje Raspberry Pi připojené přes USB napájení k monitoru a klávesnici. Cílem je nakonfigurovat systém tak, aby vývoj mohl pokračovat na Pi v krytu.

Výchozí instalace Pi nemá knihovny potřebné k řádnému řízení LED diod WS2801 ve hvězdě, takže jsem na Pi nainstaloval operační systém AdaFruit Occidentalis.

Po instalaci Occidnetalis bylo zahrnuto malé dodatečné nastavení:

1) Nakonfigurujte Pi tak, aby se spouštělo z příkazového řádku (nikoli rozhraní GUI)

2) Nastavte rozhraní bezdrátové sítě na Pi úpravou/etc/network/interfaces. Ujistěte se, že jste vybrali statickou IP adresu, abyste se mohli přihlásit na známou adresu a pracovat na Pi

3) Nainstalujte služby Telnet a FTP.

4) Nainstalujte Pygame. Knihovna se ve skriptech pythonu používá k přehrávání souborů MP3/WAV

Podrobné pokyny k instalaci/nastavení lze snadno vyhledat prostřednictvím internetového vyhledávání. Na Pi online existuje spousta zdrojů.

Po tomto bodě mohu odpojit jakýkoli video výstup a klávesnici, protože Pi může být, můžete se přihlásit vzdáleně.

Krok 3: Začněte nastavovat přílohu

Nebudu se příliš rozepisovat o tom, jak postavit ohradu, protože je to jen krabice ze dřeva. Na koncích skříně jsem vyvrtal držáky o průměru 1,5 . Vpravo je otvor, kde docházejí všechny prodlužovací kabely a hvězdicová šňůra, a vlevo je otvor, kde jsou spuštěny napájecí kabel a zvukový výstup.

První komponenty, které je třeba připojit, jsou napájecí lišta a Raspberry Pi. K napájení Pi používám stejný 5V transformátor k napájení hvězdy a Pi (znázorněno zeleně). Z tohoto důvodu mám napájení na svorkovnici (zvýrazněno bíle), kde se 5V rozpojuje do hvězdicového zapojení a do Pi

Pin 2 = 5V

Kolík 6 = uzemnění

Po připojení zapněte napájení a Pi by se mělo spustit a být přístupné přes Telnet jako nastavení v předchozím kroku.

Krok 4: Připojení Raspberry Pi k reléovému modulu

Při všech vypnutích (napájecí zdroje a Pi) připojte 5 voltů ke spodním dvěma konektorům externího zdroje napájení. Jezdil jsem s vyhrazenou 5voltovou dodávkou připojenou k rozvodce. Důvodem je, že Pi nemá celou zátěž pohonu relé (jde o to, že je zapojeno 8 simultánních relé) a místo toho může pohánět pouze tranzistor, aby zapojil externí napájení relé.

Nyní určete umístění GPIO0 přes GPIO7 na Raspberry Pi. Na mém B-modelu to je:

GPIO0 = kolík 11

GPIO1 = kolík 12

GPIO2 = kolík 13

GPIO3 = kolík 15

GPIO4 = kolík 16

GPIO5 = kolík 18

GPIO6 = kolík 22

GPIO7 = Pin 7

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

Vzhledem k tomu, že připojení na modulu SSR je šroubové, upravil jsem každý propojku na správnou velikost podle toho, jak jsem rozdělil komponenty. Připojte všech 8 vstupních kanálů a uzemnění z Pi na desku. Jehlové kleště pomáhají správně usazovat propojky do hlavičky Pi.

Každý kanál má na modulu SSR diodu LED, která se rozsvítí, když GPIO na Pi stoupne. Spusťte jednoduchý testovací program a zkontrolujte všechna připojení připojená jako test.py, kde je každé GPIO0-7 nastaveno na dvě sekundy vysoko.

Krok 5: Vystřihněte a připravte prodlužovací šňůry

Na každém prodlužovacím kabelu odřízněte konec zástrčky a ponechte maximální dostupnou délku k zásuvkovému konci kabelu, protože bude pravděpodobně muset jít na vrchol stromu. Na šňůře rozdělte konce drátu od sebe odstřižením tenkého kusu plastu, který drží oba dráty pohromadě. Nyní odizolujte konce tak, aby byla odhalena asi 1/4 drátu pro šroubovací konektory.

Pomocí značky Sharpie na obou koncích konektoru kabelu zapište čísla 1 až 8, abyste mohli snadno identifikovat, která zásuvka jde do kterého kanálu v modulu SSR.

Pro další krok budeme také potřebovat jednu zástrčku a také nějaký další vodič, takže buď kanibalizujte 9. prodlužovací kabel, nebo při odříznutí konce zástrčky ponechte další prostor na 8 prodlužovacích šňůrách.

Krok 6: Připojení AC prodlužovacích kabelů

Další krok spojuje výstupní konec modulu SSR s 8 prodlužovacími kabely. Vzhledem k tomu, že množství vodičů zde může být velmi snadno přeplněno, použil jsem napájecí rozvodný box a sešívačku, abych se pokusil udržet vše na svém místě.

Když je napájení vypnuto, vyjměte konec rozpojeného konektoru z předchozího kroku a zapojte jej do prodlužovacího kabelu. Odizolujte další dva konce a připojte každý k hornímu a dolnímu bloku distribuce energie a sešijte tato dvě připojení dolů.

Nyní připojte jeden ze zkrácených prodlužovacích kabelů z předchozího kroku. V mém případě mám skříň s otvorem o průměru 1,5 , aby mohly vytékat všechny kabely, takže zeleně zvýrazněný je jeden z kabelů, jejichž jeden konec je připojen k distribučnímu bloku a druhý k výstupnímu konci modulu SSR. K dokončení obvodu potřebujeme mnohem kratší vodič (zobrazený modře), který propojí druhý distribuční blok s modulem SSR. Ořízněte a sešijte, aby bylo vše co nejčistší. Sponka nejen udržuje věci úhledné, ale také slouží odlehčení tahu, aby žádné tahání a tahání při připojování světel ke stromu nevytáhlo spoje z komponentů. Není třeba říkat, že při sešívání nemají sponky prorazit drát nebo izolaci.

Krok 7: Otestujte připojení AC

Než jsem zapojil celé řady vánočních světel, připojil jsem ke každému prodlužovacímu kabelu levné noční osvětlení za 1 $, abych otestoval a vyvinul animace, než byl strom nahoře. Namaloval jsem světla připojená ke šňůrám, které by ovládaly řetězce červeného, zeleného a modrého světla.

Spusťte stejný testovací program, který byl použit k testování modulu SSR, a zajistěte, aby každé připojení správně svítilo.

Krabice světel naznačovala, že každý řetězec bude odebírat 0,34 ampéru, a pro barevná světla jsem chtěl navléknout dvě sady dohromady, což by mělo vést k celkovému tahu 0,68 ampéru. To je hluboko pod hodnocením SSR, které jsou 75-200 VAC při 2 A, ale chtěl jsem to dvakrát zkontrolovat, protože pojistka na modulu SSR je připájena k desce, takže je obtížné ji vyměnit.

Krok 8: Vytvoření hvězdy

Prvním krokem při vytváření hvězdy je vytvoření šablony pro tisk, která pomůže tvarovat dřevěný rám a plast. Poté, co jsem upravil měřítko a vytiskl šablonu na příslušnou velikost, vzal jsem kus 4,25 "x 0,125" dřeva z obchodu s řemesly a změřil vzdálenost potřebnou pro každou stranu hvězdy. Když jsem je řezal, ve skutečnosti jsem nezkosil žádné spoje, takže vytváření hvězdy vyžadovalo podporu, aby kusy zůstaly na místě při lepení.

Umístěním šablony dolů na pracovní plochu jsem pomocí podpěr držel dva kusy dřeva na místě, jak je na obrázku znázorněno hnědou barvou. Když se oba okraje dřeva dotýkaly, bylo na obě strany spoje naneseno lepidlo. Poté, co jsem vzal tenký kousek balzy, jsem vystřihl trojúhelník, abych oba kusy spojil dohromady a přilepil ho na hvězdu. Důvodem pro použití balzy je to, že jakmile je hvězda pevně pohromadě, dokázal jsem snadno obrousit trojúhelník dolů, aby odpovídal obrysu hvězdy, znázorněného zakroužkovaným na obrázku hvězdy.

Kvůli způsobu stavby jsem musel na každém spoji několik hodin počkat, než lepidlo zaschne, než jsem se přesunul k dalšímu spoji.

Jakmile byla vytvořena celá hvězda, použiji sádrokartonové stěrky k zakrytí mezer, kde se na špičkách hvězdy stýkají dva kusy dřeva.

Potom jsem nalepil několik malých zátek kolem vnitřku hvězdy, abych pomohl usadit sestavu LED na místo při vložení, zvýrazněné obdélníkem. Nevěřím, že jsou ve skutečnosti nutné, protože gravitace udržuje práci sestavy LED na místě.

Položením sestavené hvězdy dolů na lexanský list vystopujte tvar hvězdy a vystřihněte hvězdu z lexanu. Po vyříznutí Lexanské hvězdy zkontrolujte, zda zapadá do dřevěného rámu, a poté naneste 2 vrstvy bílé barvy ve spreji na jednu stranu Lexanu a nechte 24 hodin zaschnout. To umožňuje rozptýlení LED diod a jejich skrytí před pohledem.

Abych zakryl víčko mezi Lexanovou hvězdou a dřevěným rámem, použil jsem malý 0,25 "proužek balzového dřeva a nařezal jej do tvaru a" zavřel "rám tak, aby balsa zakrývala mezeru.

Nakonec přidejte tyč/hmoždinku, která pomůže připevnit hvězdu na vrchol stromu.

Krok 9: Vytvořte montáž LED

Pomocí stejné šablony vytvořte dřevěnou hvězdu, vystřihněte plastovou fólii ABS na velikost, ale o něco menší, aby bylo možné ji vložit do dřevěné hvězdy. Vyzkoušejte, zda dobře zapadá do dřevěné hvězdy.

Potom stále používejte šablonu s umístěními otvorů, vyvrtejte 25 děr LED. LED diody od společnosti AdaFruit mají na vnější straně silikonovou přírubu, takže se perfektně montují do otvorů vyvrtaných po 12 mm. Na obrázku vidíte přírubu a já jsem pomocí zelené čáry označil, kde by plast ABS zapadl do příruby, aby držel LED na svém místě.

Začněte na jednom z tipů a objeďte vnější stranu hvězdy, poté dokončete figurku přesunutím na vnitřních 5 úchytů. V mém programu mám pozice LED zapojené tak, jak je číselně znázorněno na obrázku, přičemž 1 je první LED za konektorem.

Na červený a modrý konec kabelu naneste elektrickou pásku. Jsou to sekundární vstupy pro napájení, které nebudeme používat, a místo toho použijeme červené/modré spojení s připojením hodin/signálu přes samotný kabel.

Krok 10: Vytvoření prodlužovacího vodiče pro LED hvězdu

Další je vytvoření kabelu o délce 8 stop, který povede z krytu ke hvězdě v horní části stromu.

Odřízněte 4 stejně dlouhé kusy 8 stopového drátu a na jednom konci kabelového svazku použijte buď elektrickou pásku, nebo stahovací pásky, aby byl svazek pohromadě a úhledně. Proveďte to po celé délce svazku 4 kabelů každých pár palců.

Na obou koncích svazku odizolujte vodiče a pájku ke konektorům JST, aby se drát mohl připojit jedním koncem ke skříni a druhým ke hvězdě. Zajistěte relativní polohu vodičů ve správném pořadí, aby po zapojení do hvězdy odpovídaly modré/zelené/žluté/červené spoje na druhém konci kabelu. Pomocí multimetru zkontrolujte kabel a ujistěte se, že je správně zapojen.

Krok 11: Připojte hvězdu k Pi

Nyní musíme v pouzdře vytvořit zásuvku, do které se zapojí hvězda/prodlužovací vodič.

Červená = 5 voltů

Modrá = země

Můžeme tedy připojit tyto dvě linky na konektor JST ke svorkovnici, ke které je připojeno napájení Raspberry Pi.

Další dvě připojení jsou:

Žlutá = Data = MOSI = Pin 19

Zelená = Hodiny = SCLK = Pin 23

Sledoval jsem zapojení z tutoriálu AdaFruit. Odizolujte tedy konce dvou propojovacích kabelů, aby mohly být připájeny na konektor JST.

Jakmile jste si jisti, že kabeláž dostane správné signály k LED diodám, můžete ustálit konektor v pouzdře pro odlehčení tahu, takže jakékoli tahání za prodlužovací kabel nevytrhne propojky z Pi.

Krok 12: Otestujte LED hvězdu

S LED hvězdou připojenou k Pi. Spusťte jednoduchý testovací program a ověřte, zda osvětlení funguje správně. Velká část mého kódu je převzata z AdaFruit Tutorial a také z příspěvku na fóru o přizpůsobení kódu tutoriálu tak, aby odpovídal LED diodám, které používáme.

Na připojeném ledtest.py bude hvězda pomalu přecházet z čistě modré do čistě červené.

Krok 13: Připojte reproduktory a postavte horní část skříně

Tady není nic zvláštního, stačí připojit reproduktory ke zvuku z Raspberry Pi a zapojit je do napájecího kabelu. Jednoduchý napájený reproduktor s knoflíkem pro nastavení hlasitosti bude fungovat.

Nahoře jsem chtěl mít možnost podívat se do ohrady, a tak jsem na víko připevnil kousek skla 8,5 x 11 (z rámečku na obrázek) a na vrch jsem použil suchý zip, abych v případě potřeby mohl rychle sejmout vršek. Velká část skříně má vystaveno 110 V stř., Takže je důležité, aby horní část poskytovala ochranu před kýmkoli nebo čímkoli před náhodným kontaktem.

Krok 14: Připojte osvětlení ke stromu

Vybral jsem rozložení kanálů na vánočním stromku, aby mi poskytlo maximální flexibilitu pro generování různých druhů pohybu/efektů. V příloze je obrázek, jak jsem rozložil osvětlení pro 5 bílých pramenů. Zbývající tři kanály byly každý souborem dvou 100 světelných barev: červená, zelená, modrá.

Konkrétní prodlužovací kabel, který zapojíte do každého vlákna, není rozhodující, protože v dalším kroku mohu přizpůsobit mapování mezi GPIO0-7 a tím, jaká světla jsou na stromě.

Krok 15: Načtěte/vytvořte hudbu, software, sekvence…

Pro Raspberry Pi je online k dispozici mnoho vánočních světelných sekvencerů, ale já jsem kódoval jednoduchý od začátku. Všechny sekvence byly generovány seřazením časování úderů/taktů v Audacity (zvukový editor) konkrétním příkazům mého sekvenceru.

rxmas.py

Tento program každou minutu náhodně vybere statické rozložení pro strom. Mám tento skript spuštěný při spuštění Raspberry Pi (prostřednictvím úlohy cron) jako výchozí chování při připojování jednotky.

xmas.py

Toto je program sekvenceru, který bere jako vstup soubor sekvence a MP3

setup.txt

V předchozím kroku jsem poskytl rozložení, které jsem použil pro každý logický kanál. Tento soubor mapuje každý skutečný GPIO0-7 na logický kanál. Takže v souboru setup.txt, který jsem připojil, prodlužovací kabel GPIO0 řídí logický kanál 8 (modrý), GPIO1 pohání logický kanál 6 (červený) atd …

test.mp3 / test.txt

Jedná se o jednoduchý testovací případ počtu zvuků od 1 do 8 s rozsvícením ekvivalentních světelných řetězců

Chcete -li tedy vyvolat tento typ příkladu:

./xmas.py test.txt test.mp3

carol.txt

Soubor sekvenceru pro vánoční Sarajevo od Transsibiřského orchestru

LetItGo.txt

Soubor sekvenceru pro Let It Go z Disneyho filmu Frozen

russian.txt

Soubor sekvenceru „Vánoce šíleného Rusa“od Transsibiřského orchestru

Zjevně budete muset dodat své vlastní soubory LetItGo.mp3 a carol.mp3! Stačí je zakoupit na Amazonu.

POZNÁMKA: Vložené video z YouTube je zrychleno až na 110%, takže to může znít trochu zvláštně

První cena ve hře Make it Glow!