視覺(jué)享受！用Raspberry Pi實(shí)現(xiàn)圣誕樹(shù)燈光秀

這個(gè)項(xiàng)目需要用Raspberry Pi來(lái)驅(qū)動(dòng)8個(gè)交流插座，同時(shí)這些插座會(huì)與圣誕樹(shù)照明燈相連。為了使燈光有動(dòng)態(tài)變化，這里用的是可編程RGB LED燈。我可以用Raspberry Pi生成聲音來(lái)控制這些LED的顏色，所以這個(gè)設(shè)計(jì)采用的是Raspberry Pi而不是Arduino控制器。

第一步：準(zhǔn)備材料

先說(shuō)明一下的材料是我設(shè)計(jì)時(shí)用到的，可依據(jù)自身情況做改變。

控制器部分：

1、Raspberry Pi

·SD卡

·USB WiFi網(wǎng)卡

2、5V SainSmart 8通道SSR模塊板

·需要防止機(jī)械繼電器的開(kāi)關(guān)按鍵聲影響到SSR，此模塊板每個(gè)SSR有2倍的放大作用，足以支持所有的圣誕樹(shù)燈點(diǎn)亮。

3、跳線

4、JST SM插頭與插座

5、32英尺導(dǎo)線（或者四根8英尺線）

6、8根延長(zhǎng)線

7、2個(gè)電源接線板

8、電源板

9、電源

·一個(gè)5V，3A或者更大的電源，用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED和Pi

·一個(gè)5V，1A或者更大的電源，用來(lái)驅(qū)動(dòng)SSR模塊

10、外殼

11、揚(yáng)聲器

LED燈部分：

1、12mm RGB LED燈（AdafruitWS2801可允許Pi產(chǎn)生脈沖來(lái)控制LED）

2、固定LED的塑料ABS薄片

3、反射LED燈的Lexan薄片

4、黑色噴漆

5、白色噴漆

6、木塊

圣誕樹(shù)：

1. 白色100 light strand x 4

2. 白色 50 light strand

3. 紅色 100 light strand x 2

4. 綠色 100 light strand x 2

5. 藍(lán)色 100 light strands x 2

第二步：調(diào)試Raspberry Pi

在接線之前，需要對(duì)Pi進(jìn)行測(cè)試，確保所有元件都保持連接。調(diào)試過(guò)程還需要在裝配外殼和連接監(jiān)視器和鍵盤(pán)之前。

另外需要在Pi上安裝AdaFruit的Occidentalis操作系統(tǒng)，然后進(jìn)行以下步驟：

1） 配置PI啟動(dòng)命令提示符（不是GUI界面）

2） 設(shè)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口

3） 安裝Telnet和FTP服務(wù)器

4） 安裝Pygame

上述安裝設(shè)置指令可以在網(wǎng)上搜索，有大量樹(shù)莓派資源可利用。

第三步：裝入機(jī)殼

對(duì)如何建立該外殼不做詳細(xì)的介紹，因?yàn)樗皇且粋€(gè)木制的箱子。在外殼的兩端鉆1.5“直徑。所有的延長(zhǎng)線，星線從右邊的孔穿過(guò)，左邊的孔是通過(guò)電源板和音頻輸出走線。

最先安裝的是的電源板和RaspberryPi，為Pi提供電壓的是5V變壓器（綠色部分）。

Pin2 = 5V，Pin6 接地。

一旦連接上電源和PI將啟動(dòng)并可以通過(guò)Telnet按照先前的步驟的安裝。

第四步：連接Raspberry Pi和繼電模塊

斷掉所有電源（電源和PI），連接5V電壓至底部的兩個(gè)外部電源連接器。我把這一個(gè)專(zhuān)用的5伏電源連接到電源板，這使Pi沒(méi)有驅(qū)動(dòng)繼電器的全負(fù)荷，還可以驅(qū)動(dòng)晶體管與外部電源繼電器。

現(xiàn)在通過(guò)GPIO7確定GPIO0的位置。在這塊B型板上：

GPIO0 = Pin 11

GPIO1 = Pin 12

GPIO2 = Pin 13

GPIO3 = Pin 15

GPIO4 = Pin 16

GPIO5 = Pin 18

GPIO6 = Pin 22

GPIO7 = Pin 7

接地腳為Pin 6， Pin 9， Pin 14， Pin 20， Pin 25

由于SSR模塊的連接是固定了的，我把每個(gè)跳線修剪到合適的長(zhǎng)度，以匹配這些元件的間距。連接所有8個(gè)輸入通道，以及Pi的接地腳。

每個(gè)通道有一個(gè)LED對(duì)應(yīng)SSR模塊，當(dāng)GPIO高電平時(shí)LED被點(diǎn)亮。做一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試程序來(lái)檢查所有的連接，附上test.py，每個(gè)GPIO-7設(shè)置兩秒鐘高電平。

第五步：切割和準(zhǔn)備延長(zhǎng)線

每根延長(zhǎng)線切斷插頭端留下連到插槽的最大可用長(zhǎng)度，這樣可允許其延伸到樹(shù)的頂端。在脊髓分裂導(dǎo)線的端部開(kāi)切割塑料保持兩個(gè)連在一起的薄片。

用筆標(biāo)記在每個(gè)插槽末端分別標(biāo)記數(shù)字1到8，這樣可以很容易地確定哪個(gè)插座對(duì)應(yīng)SSR模塊通道。我們還需要一個(gè)插頭和一些額外的導(dǎo)線進(jìn)行下一步。

第六步：連接交流電延長(zhǎng)線

下一步會(huì)勾住SSR模塊的輸出端和8條延長(zhǎng)線。因?yàn)閷?dǎo)線的數(shù)量很容易混淆，所以我用配電塊、訂書(shū)機(jī)要將這些東西定位。

然后斷電，切斷上一步的插頭端，并且將其插到電源板。電源板的另兩端分別連接頂部和底部的配電塊，同時(shí)將這兩端釘住。

現(xiàn)在連接上個(gè)步驟的切斷的延長(zhǎng)線。這次的設(shè)計(jì)里外殼有一個(gè)1.5英寸的孔可讓所有的線都穿出來(lái)，所以綠色的部分是其中的一個(gè)跳線，與接線板和SSR模塊的輸出端相連。為完成此電路的設(shè)計(jì)，我們需要一根更短的導(dǎo)線（圖中藍(lán)色部分）來(lái)連接來(lái)其他；接線板與SSR模塊。隨后修剪保持整齊。

第七步：測(cè)試交流電系統(tǒng)

我用僅僅1美元的夜燈裝在所有延長(zhǎng)線上，然后進(jìn)行測(cè)試。用之前測(cè)試SSR模塊的測(cè)試程序再次測(cè)試，確保每個(gè)燈連接到位。

燈盒表明每個(gè)條線可通過(guò)0.34A的電路，把兩個(gè)彩燈色套在一起也只是0.68A。這遠(yuǎn)低于75 – 200V，2A的SSR級(jí)別，盡管如此我還是要仔細(xì)檢查對(duì)SSR模塊保險(xiǎn)絲焊接到板。

第八步：設(shè)計(jì)星形

第一步設(shè)計(jì)了可打印的模板，現(xiàn)在可用來(lái)幫助木質(zhì)框架和塑料定型?？s放后打印模板至合適的尺寸，我用一塊4.25×0.125英寸的木材。

將模板放在表面，定住兩塊木頭，如圖片褐色部分。當(dāng)兩木塊邊緣接觸后，用膠進(jìn)行粘合。然后用一張薄木片將這兩塊木塊進(jìn)行調(diào)整，粘在星形上。

由于制作方法的需要，我不得不在每個(gè)接頭膠干燥之前等待幾個(gè)小時(shí)，才進(jìn)行下一個(gè)。整個(gè)星形完成后，我用石膏板填充空隙。然后在星形內(nèi)部粘上一些小塞子，以使LED組件在插入時(shí)位置固定。

將組裝好的星形放在Lexan板上，按星形切割Lexan，之后檢查它是否適合放在木框內(nèi)，然后用2層白噴漆噴在Lexan一面，晾干24小時(shí)。

為了隱藏Lexan星形和木框架的蓋子，需要用一個(gè)0.25英寸木條減少它的形狀和“封頂”框架與輕蓋的間隙。最后用木棍/木釘將星形附著到樹(shù)頂。

第九步：制作LED造型

使用相同的模板以形成木質(zhì)星，切斷ABS塑料片到合適尺寸，能夠插入木星即可。

然后在此使用此模板進(jìn)行鉆孔，總共有25個(gè)LED孔。Adafruit的 LED外面有硅酮，所以他們最好鉆成成12mm的孔。

在星形外圍做工作后，移動(dòng)到內(nèi)部完成作品。在我的計(jì)劃還有LED位置接線如圖所示數(shù)值在，1表示第一個(gè)LED連接器。

第十步：設(shè)計(jì)星形LED延長(zhǎng)線

接下來(lái)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一個(gè)8英尺電纜，可從外殼延伸到樹(shù)頂上的星形。

修剪4個(gè)長(zhǎng)度相等的8英尺電線，其中一端用電工膠帶捆綁在一起，以保持整齊。

在捆綁的導(dǎo)線任意一端焊接到JST連接器，使外殼和星形連接。確保按正確的順序，使導(dǎo)線在相應(yīng)的位置，插入到星形后，藍(lán)色/綠色/黃色/紅色分別與其他線匹配。用萬(wàn)用表檢查電線是否接線正確。

第十一步：連接星形與樹(shù)莓派

現(xiàn)在需要在外殼內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)插座，以便星/延長(zhǎng)線插入。

紅色= 5V；藍(lán)色=接地

可以在JST連接器端子的兩條線上接通電源，RaspberryPi的電源也需連接。

其他兩個(gè)連接：

黃色= 數(shù)據(jù)=MOSI = PIN19

綠色=時(shí)鐘=SCLK=PIN23

依據(jù)Adafruit的教程布線。兩個(gè)跳線電纜兩端剝?nèi)テぃ@樣他們可以焊接到JST連接器。

第十二步：測(cè)試LED

在LED星形連到Pi之后，運(yùn)行一個(gè)簡(jiǎn)單地測(cè)試程序，來(lái)保證這些燈能正常發(fā)光。大部分程序代碼都來(lái)自AdaFruit Tutorial，包括網(wǎng)站論壇的帖子。在測(cè)試過(guò)程中LED的顏色會(huì)從純藍(lán)色變?yōu)榧t色。

第十三步：連接揚(yáng)聲器，蓋上外殼

安裝揚(yáng)聲器，用RaspberryPi來(lái)控制，插入電源板。簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器音量調(diào)節(jié)旋鈕可進(jìn)行音量調(diào)節(jié)。

因?yàn)樵谶@里我想看到外殼內(nèi)部的情況，所以我安裝了一塊8.5×11玻璃在蓋頂部。外殼的很大一部分區(qū)域有110 VAC暴露，所以需要進(jìn)行安全防護(hù)。

第十四步：將燈掛在樹(shù)上

為了以產(chǎn)生不同的效果/影響，我選擇不同的通道布置。

第十五步：載入音樂(lè)、軟件及程序

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