عرض ضوء شجرة عيد الميلاد Raspberry Pi: 15 خطوة (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

تحديث: لقد وضعت تطورًا محدثًا لهذه الشجرة لعام 2017 في

يتضمن هذا المشروع استخدام Raspberry Pi لتشغيل 8 منافذ تيار متردد متصلة بمجموعات إضاءة شجرة الكريسماس. مصابيح التيار المتردد عبارة عن خيوط بسيطة ذات لون واحد من الأضواء ، ولكن لإعطاء نطاق أكثر ديناميكية لعرض الضوء ، يوجد أيضًا 25 نجمة RGB LED قابلة للبرمجة. تتمثل إحدى مزايا استخدام Raspberry Pi بدلاً من وحدة تحكم Arduino في أنه يمكنني إخراج الصوت من Raspberry Pi لتوقيت الأضواء مع الموسيقى (ناهيك عن فائدة وجود اتصال WiFi للعمل على البرنامج عن بُعد).

الخطوة 1: المواد

ضع في اعتبارك أن المواد أدناه هي ما استخدمته لهذا المشروع. في كثير من الحالات ، يمكن استخدام أجزاء / حلول بديلة.

فيما يلي المواد التي استخدمتها لهذا المشروع:

لوحدة التحكم:

1. Raspberry Pi (النموذج B هو ما استخدمته)

   • بطاقة الذاكرة
   • محول واي فاي USB

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

   لقد تجنبت المرحلات الميكانيكية لأن صوت نقر المفتاح سيكون مسموعًا بشكل ملحوظ ، وذهبنا إلى SSRs. تم تصنيف هذه اللوحة حتى 2 AMP لكل SSR وهو ما يكفي لتشغيل سلسلة من أضواء عيد الميلاد

3. أسلاك العبور - يمكن العثور عليها رخيصة على موقع ئي باي
4. JST SM Plug + أوعية - Adafruit
5. 32 قدمًا من الأسلاك (أو أربع قطع من الأسلاك بطول 8 أقدام)
6. سلك تمديد × 8
7. كتلة توزيع الطاقة × 2 - AdaFruit
8. قطاع الطاقة

9. مزودات الطاقة

   • 5 فولت ، 3 أمبير أو أكثر لتشغيل مصابيح LED و Pi
   • 5 فولت ، 1 أمبير أو أكثر لقيادة وحدة SSR
10. نسيج
11. مكبرات الصوت

للنجم:

1. 12mm RGB LEDs (ستراند 25) - شريحة AdafruitWS2801 في هذا المنتج تسمح لـ Pi بأن يضطر فقط إلى نبض الشريط مرة واحدة بدلاً من نبض الخط باستمرار لإبقاء مصابيح LED مضاءة.
2. ورقة ABS البلاستيكية لتثبيت مصابيح LED في مكانها - وول مارت
3. ورقة Lexan لتوزيع المصابيح - Lowes
4. طلاء بخاخ أسود
5. طلاء بخاخ أبيض
6. خشب

للشجرة:

1. حبلا أبيض 100 × 4
2. حبلا أبيض 50 ضوء
3. حبلا أحمر 100 × 2
4. خصلة شعر خضراء 100 × 2
5. خيوط الضوء الأزرق 100 × 2

الخطوة 2: قم بإعداد Raspberry Pi

قبل الغوص في الأسلاك ، كنت أرغب في تشغيل Pi أولاً لاختبار المكونات أثناء توصيلها. تم إجراء هذا الإعداد قبل إعداد العلبة ، ويتضمن Raspberry Pi المتصل عبر طاقة USB إلى الشاشة ولوحة المفاتيح. الهدف هو تكوين النظام بحيث يمكن أن يستمر التطوير على Pi في العلبة.

لا يحتوي تثبيت Pi الافتراضي على المكتبات اللازمة لتشغيل WS2801 LEDs بشكل صحيح في النجمة ، لذلك قمت بتثبيت نظام التشغيل Occidentalis الخاص بـ AdaFruit على Pi.

بعد تثبيت Occidnetalis ، تم تضمين القليل من الإعداد الإضافي:

1) تكوين Pi للتمهيد إلى موجه الأوامر (وليس واجهة المستخدم الرسومية)

2) قم بإعداد واجهة الشبكة اللاسلكية على Pi عن طريق تحرير / etc / network / interfaces. تأكد من اختيار عنوان IP ثابت حتى تتمكن من تسجيل الدخول إلى عنوان معروف للعمل على Pi

3) قم بتثبيت خدمات Telnet و FTP.

4) تثبيت Pygame. تُستخدم المكتبة في نصوص Python النصية لتشغيل ملفات MP3 / WAV

يمكن العثور على تعليمات التفاصيل الخاصة بالتثبيت / الإعداد بسهولة من خلال عمليات البحث على الإنترنت. يوجد الكثير من الموارد على Pi عبر الإنترنت.

بعد هذه النقطة يمكنني فصل أي فيديو ولوحة مفاتيح لأن Pi يمكن أن يكون بإمكانك تسجيل الدخول عن بعد.

الخطوة 3: ابدأ في إعداد الضميمة

لن أخوض في تفاصيل كثيرة حول كيفية بناء العلبة لأنها مجرد صندوق مصنوع من الخشب. لقد قمت بحفر قطر 1.5 بوصة في نهايات العلبة. على اليمين يوجد الفتحة حيث تنفد كل أسلاك التمديد وسلك النجمة واليسار هو الفتحة حيث يتم تشغيل شريط الطاقة ومخرج الصوت.

المكونات الأولى التي يجب تركيبها هي قطاع الطاقة و Raspberry Pi. لتشغيل Pi ، أستخدم نفس محول 5V لتشغيل النجم و Pi (كما هو موضح باللون الأخضر). لهذا السبب ، لدي القدرة على الانتقال إلى كتلة طرفية (مظللة باللون الأبيض) حيث تتفرع 5V إلى الأسلاك النجمية وإلى Pi

دبوس 2 = 5 فولت

دبوس 6 = أرضي

بمجرد الاتصال ، قم بتشغيل الطاقة ويجب أن يتم تشغيل Pi ويمكن الوصول إليها عبر Telnet كإعداد في الخطوة السابقة.

الخطوة 4: توصيل Raspberry Pi بوحدة الترحيل

مع إيقاف التشغيل بالكامل (مزودات الطاقة و Pi) ، قم بتوصيل 5 فولت بموصلي مصدر طاقة خارجيين. قدت هذا مع مصدر طاقة 5 فولت مخصص متصل بشريط الطاقة. هذا حتى لا يكون لدى Pi الحمل الكامل لقيادة المرحل (القلق هو 8 مرحلات متزامنة) وبدلاً من ذلك يمكنه فقط قيادة الترانزستور لإشراك الطاقة الخارجية في التتابع.

حدد الآن موقع GPIO0 من خلال GPIO7 على Raspberry Pi. في نموذج B الخاص بي هو:

GPIO0 = دبوس 11

GPIO1 = دبوس 12

GPIO2 = دبوس 13

GPIO3 = دبوس 15

GPIO4 = دبوس 16

GPIO5 = دبوس 18

GPIO6 = دبوس 22

GPIO7 = دبوس 7

الأرضي / 0 فولت = دبوس 6 ، دبوس 9 ، دبوس 14 ، دبوس 20 ، دبوس 25

نظرًا لأن الاتصال على وحدة SSR هو المسمار في المنشورات ، فقد قمت بقص كل وصلة بالحجم المناسب بناءً على كيفية تباعد المكونات. قم بتوصيل جميع قنوات الإدخال الثمانية بالإضافة إلى الأرض من Pi على اللوحة. تساعد كماشة أنف الإبرة على تثبيت وصلات العبور في رأس Pi بشكل صحيح.

تحتوي كل قناة على مؤشر LED في وحدة SSR والذي سيضيء عندما يرتفع GPIO في Pi. قم بتشغيل برنامج اختبار بسيط للتحقق من جميع التوصيلات ، المرفقة كـ test.py ، حيث يتم تعيين كل GPIO0-7 على ارتفاع لمدة ثانيتين.

الخطوة 5: قص وتحضير أسلاك التمديد

في كل سلك تمديد ، قم بقطع طرف السدادة تاركًا الحد الأقصى للطول المتاح للطرف المثبّت من السلك حيث قد يتعين عليه الانتقال إلى أعلى الشجرة. على السلك ، افصل طرفي السلك عن طريق قطع قطعة رقيقة من البلاستيك تمسك السلكين معًا. الآن قم بفك النهايات بحيث يتعرض حوالي 1/4 بوصة من السلك للمسمار الموجود في الموصلات.

استخدم علامة Sharpie على كل طرف من طرفي السلك لكتابة الأرقام من 1 إلى 8 بحيث يمكنك بسهولة تحديد المقبس الذي يذهب إلى أي قناة على وحدة SSR.

سنحتاج أيضًا إلى قابس واحد وأيضًا بعض الأسلاك الإضافية للخطوة التالية ، لذلك إما تفكيك سلك التمديد التاسع أو ترك مساحة إضافية على أسلاك التمديد الثمانية عند قطع نهاية القابس.

الخطوة 6: توصيل أسلاك تمديد التيار المتردد

الخطوة التالية تربط نهاية الإخراج من وحدة SSR بـ 8 أسلاك تمديد. نظرًا لأن كمية الأسلاك هنا يمكن أن تتشوش بسهولة شديدة ، فقد استخدمت وعاء توزيع الطاقة ومسدسًا أساسيًا لمحاولة الحفاظ على كل شيء في مكانه.

مع انقطاع التيار الكهربائي ، خذ طرف قابس القطع من الخطوة السابقة وقم بتوصيله بشريط الطاقة. قم بفصل الطرفين الآخرين وتوصيل كل منهما بكتلة توزيع الطاقة العلوية والسفلية وقم بتثبيت هذين الوصلين لأسفل.

قم الآن بتوصيل أحد أسلاك التمديد المقطوعة من الخطوة السابقة. في حالتي ، لدي حاوية بفتحة قطرها 1.5 بوصة لتدفق جميع الأسلاك ، لذلك المظلل باللون الأخضر هو أحد الأسلاك مع أحد طرفيه متصل بكتلة التوزيع والآخر بنهاية الإخراج لوحدة SSR. لإكمال الدائرة ، نحتاج إلى سلك أقصر بكثير (يظهر باللون الأزرق) يربط كتلة التوزيع الأخرى بوحدة SSR. تقليم وتدبيس للحفاظ على كل شيء أنيقًا قدر الإمكان. لا يحافظ العنصر الأساسي على الأشياء نظيفة فحسب ، بل إنه يخدم أيضًا تخفيف الضغط بحيث لا يؤدي أي سحب وسحب عند توصيل الأضواء إلى الشجرة إلى سحب الوصلات من المكونات. وغني عن القول ، عندما لا يخترق العنصر الأساسي السلك أو العزل.

الخطوة 7: اختبر وصلات التيار المتردد

بدلاً من توصيل سلاسل كاملة من أضواء الكريسماس ، قمت بتوصيل مصابيح ليلية رخيصة بقيمة دولار واحد لكل سلك تمديد لاختبار الرسوم المتحركة وتطويرها قبل أن تنهض الشجرة. رسمت الأنوار المتصلة بالحبال التي تتحكم في سلاسل الضوء الأحمر والأخضر والأزرق.

قم بتشغيل نفس برنامج الاختبار المستخدم لاختبار وحدة SSR والتأكد من أن كل اتصال يضيء بشكل صحيح.

أشار صندوق الأضواء إلى أن كل سلسلة سترسم 0.34 أمبير ، وبالنسبة للأضواء الملونة كنت سأقوم بربط مجموعتين منها معًا والتي يجب أن ينتج عنها سحب إجمالي قدره 0.68 أمبير. هذا أقل بكثير من تصنيف SSR الذي يتراوح بين 75 و 200 فولت تيار متردد عند 2 أمبير ، ومع ذلك فقد أردت التحقق مرة أخرى لأن المصهر الموجود على وحدة SSR ملحوم باللوحة مما يجعل من الصعب استبداله.

الخطوة 8: إنشاء النجم

تتمثل الخطوة الأولى في إنشاء النجمة في إنشاء قالب قابل للطباعة للمساعدة في تشكيل الإطار الخشبي والبلاستيك. بعد تحجيم القالب وطباعته بالحجم المناسب ، أخذت قطعة خشب مقاس 4.25 بوصة × 0.125 بوصة من متجر الحرف اليدوية وقمت بقياس المسافة اللازمة لكل جانب من جوانب النجمة. لم أكن في الواقع مشطوفًا أيًا من المفاصل عندما كنت أقوم بقصها ، لذا فإن تشكيل النجمة يتطلب دعمًا لإبقاء القطع في مكانها أثناء اللصق.

عند وضع القالب على سطح العمل ، استخدمت الدعامات لتثبيت قطعتين من الخشب في مكانهما كما هو موضح باللون البني في الصورة. مع لمس حافتي الخشب ، تم وضع الغراء على جانبي المفصل. ثم أخذت قطعة رقيقة من البلسا ، قطعت مثلثًا لإصلاح القطعتين معًا ولصقها على النجمة. سبب استخدام البلسا هو أنه بمجرد أن يتماسك النجم معًا بقوة ، تمكنت بسهولة من صنفرة المثلث لأسفل لمطابقة محيط النجمة ، كما هو موضح في دائرة في صورة النجم.

بسبب طريقة البناء ، اضطررت إلى الانتظار بضع ساعات على كل مفصل حتى يجف الغراء قبل الانتقال إلى المفصل التالي.

بمجرد تشكيل النجم بالكامل ، أستخدم حوائط دريوال لتغطية الفجوات حيث تلتقي قطعتان من الخشب عند أطراف النجم.

ثم قمت بلصق بعض السدادات الصغيرة حول الجزء الداخلي من النجمة للمساعدة في وضع مجموعة LED في مكانها عند إدخالها ، مع تمييزها بمستطيل. لا أعتقد أنها ضرورية في الواقع لأن الجاذبية تعمل على تثبيت مجموعة LED في مكانها.

وضع النجمة المجمعة لأسفل أعلى ورقة ليكسان ، وتتبع شكل النجمة وقطع النجم من ليكسان. بعد قطع نجمة Lexan ، تحقق من ملاءمتها للإطار الخشبي ، ثم قم بتطبيق طبقتين من طلاء بخاخ أبيض على جانب واحد من Lexan واتركه حتى يجف لمدة 24 ساعة. هذا يسمح بنشر المصابيح وإخفائها عن الأنظار.

لإخفاء الغطاء بين نجمة ليكسان والإطار الخشبي ، استخدمت شريطًا صغيرًا من خشب البلسا مقاس 0.25 بوصة وقمت بقصه لتشكيل الإطار و "تغطيته" بحيث تغطي البلسا الفجوة.

أخيرًا أضفت عصا / وتد للمساعدة في إرفاق النجمة بأعلى الشجرة.

الخطوة 9: إنشاء تركيب LED

باستخدام نفس القالب لتشكيل النجمة الخشبية ، قم بقطع الصفيحة البلاستيكية ABS بالحجم ، ولكن أصغر قليلاً لتتمكن من إدخالها داخل النجمة الخشبية. اختبر أنه يناسب جيدًا داخل النجم الخشبي.

ثم استمر في استخدام القالب مع مواقع الفتحات ، وحفر 25 ثقبًا LED. تحتوي مصابيح LED من AdaFruit على شفة سيليكون على السطح الخارجي منها بحيث يتم تركيبها بشكل مثالي في الثقوب المحفورة عند 12 مم. في الصورة ، يمكنك رؤية الفلنجة ولقد استخدمت خطًا أخضر للإشارة إلى مكان استخدام بلاستيك ABS مع الفلنجة لتثبيت مؤشر LED في مكانه.

ابدأ بإحدى النصائح واعمل حول الجزء الخارجي من النجمة ، ثم انتقل إلى التركيبات الخمسة الداخلية لإكمال القطعة. في برنامجي ، لدي مواضع LED سلكية كما هو موضح عدديًا في الصورة ، حيث يكون 1 هو أول مؤشر LED بعد الموصل.

ضع بعض الشريط الكهربائي على الأطراف الحمراء والزرقاء للكابل. إنها مدخلات ثانوية للطاقة لن نستخدمها ، وبدلاً من ذلك نستخدم الاتصال الأحمر / الأزرق مع اتصال الساعة / الإشارة عبر الكابل نفسه.

الخطوة 10: إنشاء سلك التمديد لنجم LED

التالي هو إنشاء كابل بطول 8 أقدام ليتم تشغيله من العلبة إلى النجمة الموجودة أعلى الشجرة.

قم بقص 4 قطع متساوية الطول من سلك 8 أقدام وعلى أحد طرفي حزمة الكابلات استخدم إما شريطًا كهربائيًا أو روابط مضغوطة للحفاظ على الحزمة معًا ومرتبة. افعل ذلك على طول حزمة الكابلات الأربعة بالكامل كل بضع بوصات.

في أي من طرفي الحزمة ، قم بتوصيل الأسلاك واللحام بموصلات JST بحيث يمكن للسلك توصيل أحد طرفي العلبة والآخر بالنجمة. تأكد من الحفاظ على الموضع النسبي للأسلاك بالترتيب الصحيح بحيث عند توصيلها بالنجمة ، تتطابق اتصالات الأزرق / الأخضر / الأصفر / الأحمر مع الطرف الآخر من الكبل. استخدم مقياسًا متعددًا للتحقق من الكبل للتأكد من توصيله بشكل صحيح.

الخطوة 11: اربط النجم بـ Pi

نحتاج الآن إلى إنشاء وعاء في العلبة لسلك النجمة / التمديد لتوصيله.

أحمر = 5 فولت

أزرق = أرضي

لذلك يمكننا توصيل هذين الخطين على موصل JST بالكتلة الطرفية التي يتم توصيل طاقة Raspberry Pi بها.

الوصلتان الأخريان هما:

الأصفر = البيانات = MOSI = دبوس 19

أخضر = الساعة = SCLK = دبوس 23

لقد اتبعت الأسلاك من برنامج AdaFruit التعليمي. لذا قم بفك طرفي كبلتي توصيل بحيث يمكن لحامهما في موصل JST.

بمجرد أن تكون واثقًا من أن الأسلاك ستحصل على الإشارات المناسبة لمصابيح LED ، يمكنك ثبات الموصل الموجود في العلبة لتخفيف الضغط بحيث لا يؤدي أي سحب على كابل التمديد إلى إخراج وصلات العبور من Pi.

الخطوة 12: اختبر نجمة LED

مع توصيل نجمة LED بـ Pi. قم بتشغيل برنامج اختبار بسيط للتحقق من أن الإضاءة تعمل بشكل صحيح. تم تكييف الكثير من الكود الخاص بي من البرنامج التعليمي AdaFruit بالإضافة إلى منشور في المنتدى على موقع الويب حول تكييف الكود التعليمي ليناسب مصابيح LED التي نستخدمها..

سوف يجعل ledtest.py النجم يتحول ببطء من الأزرق النقي إلى الأحمر النقي.

الخطوة 13: قم بتوصيل مكبرات الصوت ، وبناء العلبة العلوية

لا يوجد شيء مميز هنا ، فقط قم بتوصيل مكبرات الصوت بالصوت من Raspberry Pi ، وقم بتوصيلها بشريط الطاقة. سيعمل مكبر صوت بسيط يعمل بالطاقة مع مقبض لضبط مستوى الصوت.

بالنسبة إلى الجزء العلوي ، أردت أن أتمكن من النظر في العلبة ، لذلك قمت بتركيب قطعة زجاج 8.5 × 11 (من إطار الصورة) على الغطاء واستخدمت شريط فيلكرو في الأعلى حتى أتمكن من إزالة الجزء العلوي بسرعة إذا لزم الأمر. جزء كبير من العلبة به 110 فولت تيار متردد مكشوف لذلك من المهم أن يوفر الجزء العلوي الحماية من أي شخص أو أي شيء من الاتصال العرضي.

الخطوة 14: قم بتوصيل الإضاءة بالشجرة

لقد اخترت تخطيط القنوات على شجرة الكريسماس لمنحني أقصى قدر من المرونة لإنشاء أنواع مختلفة من الحركة / التأثيرات. مرفق صورة لكيفية وضع الإضاءة للخيوط الخمسة البيضاء. كانت القنوات الثلاث المتبقية عبارة عن مجموعة من 100 مصباح فاتح اللون: الأحمر والأخضر والأزرق.

إن سلك التمديد المحدد الذي تقوم بتوصيله بكل حبلا ليس بالغ الأهمية لأنه في الخطوة التالية يمكنني تخصيص التعيين بين GPIO0-7 والأضواء الموجودة على الشجرة.

الخطوة 15: تحميل / إنشاء موسيقى ، برامج ، تسلسلات…

هناك العديد من أجهزة التسلسل الخفيفة لعيد الميلاد المتاحة عبر الإنترنت لـ Raspberry Pi ، لكنني قمت بترميز واحد بسيط من البداية. تم إنشاء جميع التسلسلات من خلال تحديد توقيت النغمات / المقاييس في Audacity (محرر الصوت) لأوامر معينة لجهاز التسلسل الخاص بي.

rxmas.py

سيقوم هذا البرنامج باختيار تخطيط ثابت للشجرة بشكل عشوائي كل دقيقة. لدي هذا البرنامج النصي قيد التشغيل عند بدء تشغيل Raspberry Pi (من خلال وظيفة cron) كسلوك افتراضي عند توصيل الوحدة.

xmas.py

هذا هو برنامج التسلسل ، الذي يأخذ ملف تسلسلي و MP3 كمدخلات

setup.txt

في الخطوة السابقة ، قدمت التخطيط الذي استخدمته لكل قناة منطقية. يقوم هذا الملف بتعيين كل GPIO0-7 فعليًا للقناة المنطقية. لذلك في ملف setup.txt الذي قمت بإرفاقه ، يقوم سلك تمديد GPIO0 بتشغيل القناة المنطقية 8 (أزرق) ، ويقوم GPIO1 بتشغيل القناة المنطقية 6 (أحمر) ، إلخ …

test.mp3 / test.txt

هذه حالة اختبار بسيطة لعدد الصوت من الأرقام من 1 إلى 8 مع إضاءة سلاسل الإضاءة المكافئة

لذلك لاستدعاء هذا المثال ، اكتب:

./xmas.py test.txt test.mp3

carol.txt

ملف التسلسل لعيد الميلاد في سراييفو بواسطة الأوركسترا عبر سيبيريا

LetItGo.txt

ملف منظم التسلسل لـ Let It Go من فيلم Disney's Frozen

روسي. txt

ملف منظم التسلسل لأغنية "A Mad Russian's Christmas" لأوركسترا ترانس سيبيريا

سيكون عليك توفير ملفات LetItGo.mp3 و carol.mp3 الخاصة بك بشكل واضح! فقط قم بشرائها من أمازون.

ملاحظة: يتم تسريع مقطع فيديو YouTube المضمن بنسبة تصل إلى 110٪ لذا قد يبدو غريبًا بعض الشيء

الجائزة الأولى في Make it Glow!