Программирование рождественских огней на Python

Как закодировать собственное светодиодное световое шоу с помощью Raspberry Pi

Сезон отпусков официально начался, а это значит, что нужно делать покупки, печь и, конечно же, украшать. В магазинах товаров для дома продаются десятки и десятки светильников разных форм, цветов и спецэффектов. Но вы когда-нибудь хотели создать свои собственные праздничные огни с нестандартными цветами и движениями? Несколько простых строк Python делают это возможным.

Это мой первый проект Raspberry Pi, и я очень рад поделиться им с вами перед праздниками. Я использовал Raspberry Pi для управления индивидуально адресуемыми светодиодными лентами. В отличие от типичных праздничных огней, эти полосы позволяют настраивать входы для каждого светодиода. Ссылки на материалы указаны ниже.

Фон

Светодиоды WS2812B — это светодиоды с индивидуальной адресацией, что позволяет программировать отдельные светодиоды. Лента имеет 3 кабеля, идущих к каждому светодиоду:

Отрицательная линия питания/земля (черный)
Положительная линия питания (красная)
Линия данных (зеленая)

У этой марки светодиодной ленты раздвоены линии питания (красный и черный кабели), чтобы было проще подключиться к отдельному блоку питания. Несмотря на то, что в конце 5 кабелей, есть только 3 пути.

На другом конце ленты имеется штыревой разъем, который позволяет последовательно добавлять другие светодиодные ленты. Однако добавление дополнительных полос может привести к перегреву, если мощности недостаточно.

Материалы

"Светодиодные светильники". Я использовал две 5-метровые полосы WS2812B. Однако любые светодиоды WS281X должны быть совместимы с библиотекой rpi-ws281x.
Raspberry Pi. Я использовал Raspberry Pi 3, но подойдет любой Raspberry Pi с заземлением и 18-контактным разъемом GPIO.
Соединительные кабели «папа-мама
"Источник питания"
Инструменты для зачистки проводов (по желанию)

Направления проводки

Перед запуском убедитесь, что Raspberry Pi и внешний источник питания отключены.

Используйте кабель-перемычку, чтобы подключить кабель заземления светодиодных лент (черный) к контакту заземления на Raspberry Pi. На приведенной ниже схеме контакт 6 используется в качестве земли.
Используйте кабель-перемычку для подключения линии передачи данных светодиодной ленты (зеленой) к GPIO 18 на Raspberry Pi. На Raspberry Pi 3 GPIO 18 — это контакт 12.
Подключите светодиодную ленту к внешнему источнику питания с помощью соединительного элемента. Возможно, вам придется снять часть изоляции с линий электропередач.
Включите Raspberry и внешний источник питания.

Код

В следующих инструкциях предполагается, что на Raspberry Pi установлена ОС Raspian. Запустите код на терминале Raspberry Pi.

Я рекомендую использовать безголовую настройку Raspberry Pi, которая позволит вам получить удаленный доступ к Raspberry Pi. Однако в этом нет необходимости.

Обновление системы

Обновить существующие пакеты

sudo apt-get update

2. Установите git на Raspberry Pi

sudo apt install git

3. Деактивируйте звук, отредактировав следующий файл

sudo nano /etc/modprobe.d/snd-blacklist.conf

4. Добавьте следующую строку в открытый файл. Нажмите Ctrl-O и Ctrl-X, чтобы сохранить и закрыть.

blacklist snd_bcm2835

5. Используйте редактор nano, чтобы открыть файл конфигурации.

sudo nano /boot/config.txt

6. Используйте Ctrl-W для поиска файла. Добавьте #, чтобы закомментировать следующую строку.

#dtparam=audio=on

7. Перезапустите Raspberry Pi, чтобы все изменения вступили в силу.

sudo reboot

Установить и протестировать библиотеку

Клонируйте библиотеку.

git clone https://github.com/rpi-ws281x/rpi-ws281x-python.git

2. Отредактируйте входные параметры в тестовом файле.

sudo nano rpi-ws281x-python/examples/strandtest.py

Моя установка включает в себя две полосы по 150 светодиодов, всего 300 светодиодов. LED_COUNT — единственная переменная, которую мне нужно изменить.

# LED strip configuration:
LED_COUNT = 300       # Number of LED pixels.

Используйте Ctrl-O и Ctrl-X, чтобы сохранить и закрыть файл.

3. Протестируйте установку!

sudo python3 rpi-ws281x-python/examples/strandtest.py

Настроить свет

Чтобы настроить свои источники света, я скопировал strandtest.py из библиотеки rpi-ws281x-python, чтобы создать xmas.py.

# Change directory
cd rpi-ws281x-python/examples

# Copy strandtest.py and name copy xmas.py
cp strandtest.py xmas.py

Это позволило мне изменить существующие функции и создать новые, не перезаписывая strandtest.py. В xmas.py я добавил функцию, при которой все индикаторы выключаются при прерывании клавиатуры (Ctrl-C) или если скрипт выполняется до завершения. После завершения сценарий занимает чуть менее 4 часов.

                                                      
#!/usr/bin/env python3

import time
from rpi_ws281x import PixelStrip, Color
import argparse
import numpy 

# LED strip configuration:
LED_COUNT = 300        # Number of LED pixels.
LED_PIN = 18          # GPIO pin connected to the pixels (18 uses PWM!).
# LED_PIN = 10        # GPIO pin connected to the pixels (10 uses SPI /dev/spidev0.0).
LED_FREQ_HZ = 800000  # LED signal frequency in hertz (usually 800khz)
LED_DMA = 10          # DMA channel to use for generating signal (try 10)
LED_BRIGHTNESS = 75  # Set to 0 for darkest and 255 for brightest
LED_INVERT = False    # True to invert the signal (when using NPN transistor level shift)
LED_CHANNEL = 0       # set to '1' for GPIOs 13, 19, 41, 45 or 53


# Define functions which animate LEDs in various ways.
def colorWipe(strip, color, wait_ms=50):
    """Wipe color across display a pixel at a time."""
    for i in range(strip.numPixels()):
        strip.setPixelColor(i, color)
        strip.show()
        time.sleep(wait_ms / 1000.0)


def theaterChase(strip, color, wait_ms=50, iterations=10):
    """Movie theater light style chaser animation."""
    for j in range(iterations):
        for q in range(3):
            for i in range(0, strip.numPixels(), 3):
                strip.setPixelColor(i + q, color)
            strip.show()
            time.sleep(wait_ms / 1000.0)
            for i in range(0, strip.numPixels(), 3):
                strip.setPixelColor(i + q, 0)

def candyCane(strip, red_start):
   for i in range(strip.numPixels()):
      strip.setPixelColor(i, Color(255,255,255))
   for i in range(strip.numPixels()):
      if i % 10 == red_start or i == 10:
         for j in range(i, i + 5):
            strip.setPixelColor(j, Color(255, 0, 0))
   strip.show()

def candyCaneMoving(strip, iterations):
   i = 0
   for iter in range(iterations):
      candyCane(strip,i)
      if i < 9:
         i += 1
      else: i = 0
      time.sleep(1)

# Main program logic follows:
if __name__ == '__main__':
    # Process arguments
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument('-c', '--clear', action='store_true', help='clear the display on exit')
    args = parser.parse_args()

    try:
       # Create NeoPixel object with appropriate configuration.
       strip = PixelStrip(LED_COUNT, LED_PIN, LED_FREQ_HZ, LED_DMA, LED_INVERT, LED_BRIGHTNESS, LED_CHANNEL)
       # Intialize the library (must be called once before other functions).
       strip.begin()

       print('Color wipe animations.') 
       candyCaneMoving(strip, 3600) 
       colorWipe(strip, Color(127,127,127))

       LED_BRIGHTNESS = 255
       # Create NeoPixel object with appropriate configuration
       strip = PixelStrip(LED_COUNT, LED_PIN, LED_FREQ_HZ, LED_DMA, LED_INVERT, LED_BRIGHTNESS, LED_CHANNEL) 
       # Intialize the library (must be called once before other functions).
       strip.begin()
       theaterChase(strip,Color(127,0,0),1000,1000)
       theaterChase(strip,Color(0,127,0),1000,1000) 
       theaterChase(strip,Color(127,127,127),1000,1000) 
       colorWipe(strip, Color(255, 0, 0)) # Red wipe 
       time.sleep(600) 
       colorWipe(strip, Color(0, 255, 0)) # Green wipe 
       time.sleep(600) 
       colorWipe(strip, Color(0, 0, 0), 10)

    except  KeyboardInterrupt:
      colorWipe(strip, Color(0, 0, 0), 10)

Запланировать задачу

Я хотел, чтобы мой свет включался каждую ночь без участия пользователя, поэтому я запланировал задачу с помощью Cron. Cron поставляется с операционной системой Raspberry Pi Raspian.

Откройте таблицу заданий Cron в режиме редактора.

crontab -e

Выберите редактор. Я рекомендую нано.

2. Добавьте задачу в файл.

0 17 * * * sudo python3 ~/rpi-ws281x-pi/examples/xmas.py

Задания Cron имеют формат [minute] [hour] [day of month] [month] [day of week] [command to execute]. * означает любое значение, поэтому Cron выполнит команду для всех значений в этом поле. Вышеупомянутое задание будет выполняться в 17:00 (или 17:00) каждый день каждого месяца.

Полученные результаты

Заключение

Спасибо, что прочитали о моем первом проекте Raspberry Pi. Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нами или оставьте комментарий. Я более чем счастлив помочь. Кроме того, я хотел бы услышать, какие шаблоны вы хотели бы видеть для будущих светодиодных проектов.

Спасибо, что прочитали мою статью. Если вам нравится мой контент, подпишитесь на меня или присоединяйтесь к Medium.

Свяжитесь со мной в LinkedIn, Twitter или Instagram.

Все отзывы приветствуются. Я всегда стремлюсь узнать новые или лучшие способы ведения дел.

Не стесняйтесь оставлять комментарии или обращаться ко мне по адресу [email protected].

смотрите также:

Новые материалы

Объяснение документов 02: BERT

BERT представил двухступенчатую структуру обучения: предварительное обучение и тонкая настройка. Во время предварительного обучения модель обучается на неразмеченных данных с помощью..

Как проанализировать работу вашего классификатора?

Не всегда просто знать, какие показатели использовать С развитием глубокого обучения все больше и больше людей учатся обучать свой первый классификатор. Но как только вы закончите..

Работа с цепями Маркова, часть 4 (Машинное обучение)

Нелинейные цепи Маркова с агрегатором и их приложения (arXiv) Автор : Бар Лайт Аннотация: Изучаются свойства подкласса случайных процессов, называемых дискретными нелинейными цепями Маркова..

Crazy Laravel Livewire упростил мне создание электронной коммерции (панель администратора и API) [Часть 3]

Как вы сегодня, ребята? В этой части мы создадим CRUD для данных о продукте. Думаю, в этой части я не буду слишком много делиться теорией, но чаще буду делиться своим кодом. Потому что..

Использование машинного обучения и Python для классификации 1000 сезонов новичков MLB Hitter

Чему может научиться машина, глядя на сезоны новичков 1000 игроков MLB? Это то, что исследует это приложение. В этом процессе мы будем использовать неконтролируемое обучение, чтобы..

Учебные заметки: создание моего первого пакета Node.js

Это мои обучающие заметки, когда я научился создавать свой самый первый пакет Node.js, распространяемый через npm. Оглавление Глоссарий I. Новый пакет 1.1 советы по инициализации..

Забудьте о Matplotlib: улучшите визуализацию данных с помощью умопомрачительных функций Seaborn!

Примечание. Эта запись в блоге предполагает базовое знакомство с Python и концепциями анализа данных. Привет, энтузиасты данных! Добро пожаловать в мой блог, где я расскажу о невероятных..

Метки

Machine Learning JavaScript Data Science Artificial Intelligence Software Development Python Web Development Coding Deep Learning AI React Software Engineering Nodejs Java Front End Development Typescript Computer Science Data Algorithms Development NLP Tech Programming Languages CSS ChatGPT HTML Python Programming Javascript Tips Angular Computer Vision Startup Data Visualization Neural Networks Tutorial Statistics Productivity Reactjs Learning

Программирование рождественских огней на Python