Raspberry Pi WebIOPi IOT—全彩LED圣誕裝飾

這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

圣誕節(jié)將近，我們打算制作一個可愛的LED圣誕裝飾！通過使用全彩LED和WebIOPi，我們可以用無線控制的方式實(shí)現(xiàn)裝飾彩燈在紅色、藍(lán)色和綠色之間的切換。

關(guān)于全彩 LED

圖1：RGB全彩5mm LED

RGB全彩5mm LED包含三種基本顏色：紅色，綠色和藍(lán)色。通過三種顏色相混合可以得到全彩光源。您可以使用任何的透明RGB LED，從Sparkfun，Amazon等可以購買到這些產(chǎn)品。

要控制三種顏色，需要使用4個引腳（3個控制顏色的引腳+GND）。LED的尺寸大于一般的單色LED尺寸。

圖2：摘自O(shè)STA5131A 數(shù)據(jù)表

LED的方向取決于引腳的長度。最短的引腳為圖2中左側(cè)的①。光源的三基色分別分配到每個引腳上：①綠色； ②藍(lán)色以及 ④ 紅色。③是“共陰極組”，指一組擁有陰極公共端的電子元器件。在本項(xiàng)目中，它對應(yīng)的是LED的負(fù)極，需要將其連接到GND端。

圖3：將全彩LED連接到Raspberry Pi 2

該處的接線非常簡單。這次，我們將綠色連接到引腳11（GPIO 17），藍(lán)色連接到引腳13（GPIO 27），紅色連接到引腳15（GPIO 22）。根據(jù)LED 引腳來使用三個對應(yīng)并列的引腳可以使接線更加清晰易懂。

現(xiàn)在，讓我們來點(diǎn)亮全彩LED！我嘗試從WebIOPi默認(rèn)屏幕上的“GPIO 標(biāo)頭”進(jìn)行操作。（如果您使用的是WebIOPi，可以通過將設(shè)置恢復(fù)到原始狀態(tài)來顯示W(wǎng)ebIOPi默認(rèn)屏幕。取消掉[SCRIPTS]中的myproject和[HTTP]中的doc-root注釋）

如視頻中所示，光照強(qiáng)度很大，所以請注意不要直視它！如果您使用了LED漫射器（如橡膠帽等），就可以調(diào)低光線亮度。另外，全彩LED的光照強(qiáng)度存在個體差異，所以我們通過更改電阻值對光照強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。

Raspberry Pi的GPIO引腳是數(shù)字輸出，所以輸出值為1或0（開/關(guān)）。一共有2種模式×3種顏色，除了關(guān)閉狀態(tài)，可以展現(xiàn)出7種顏色，如圖4所示。

圖4：加成色

雖然可以表達(dá)出七種顏色，但如果僅僅是這樣，就太浪費(fèi)了。這種情況下，對WebIOPi編程就可以派上用場了。通過對WebIOPi進(jìn)行編程，您可以將燈光調(diào)整為自己喜歡的顏色。

關(guān)于 PWM

為了從WebIOPi控制全彩LED，需要使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）的方法。

PWM – Arduino

脈寬調(diào)制（PWM）是一種通過數(shù)字處理方式獲取模擬信號的技術(shù)。數(shù)字控制用于創(chuàng)建方波信號，即一種在開和關(guān)兩種狀態(tài)之間切換的信號。這種開關(guān)模式可以通過改變信號處于開狀態(tài)所用時間與信號處于關(guān)狀態(tài)所用時間之間的比例來模擬開（5V）至關(guān)（0V）之間的電壓。“開通狀態(tài)”所持續(xù)時間被稱為脈沖寬度。為了獲得變化的模擬值，您可以更改或調(diào)制脈沖寬度。例如，如果將LED以足夠快的頻率重復(fù)這種開關(guān)模式，最終呈現(xiàn)出來的效果就會和輸出了0V到5V之間的用于控制LED亮度的穩(wěn)定電壓一樣。

在數(shù)字信號中，只有ON（開）和OFF（關(guān)）這兩種類型的信號。通過使用在一個周期內(nèi)接通（ON）時間和關(guān)閉（OFF）時間之間的比例（占空比），可以處理0 至100%之間的值。

圖5：占空比

上圖中有關(guān)占空比的內(nèi)容很容易理解。再次說明，波形處于5V時是ON，處于0V時是OFF。該比例是通過計(jì)算一個周期內(nèi)的占比獲取的。

現(xiàn)在，我們來看一看WebIOPi中的一些便捷函數(shù)。

創(chuàng)建HTML文件

我們從HTML文件開始。WebIOPi中內(nèi)置有用于PWM控制的滑塊部件。

Javascript 庫

// Only for Chrome and Safari, create a slider that pulse out 
a 0-100% duty cycle ratio on GPIO 8
button = webiopi().createRatioSlider(8);
content.append(button);

該部件代碼內(nèi)含在示例中的51至53行。注釋文本中顯示“僅適用Chrome 和Safari”，但其實(shí)也適用Windows Internet Explorer、Opera以及Firefox等其他瀏覽器。

WebIOPi.createRatioSlider

WebIOPi.createRatioSlider (gpio, ratio)

Returns a slider that send its value as a PWM duty cycle ratio

(int) gpio: GPIO number from 0 to 53

(float) ratio: slider’s init value

要使用該函數(shù)，只要在第一個參數(shù)中輸入GPIO編號就可以了！文檔中聲明了可以為第二個參數(shù)設(shè)定初始值，但是在當(dāng)前版本中似乎并沒有對該值作出響應(yīng)（如果有興趣的話，請參考webiopi.js中第504行）。

現(xiàn)在，我們來為全彩LED創(chuàng)建一個HTML文件吧！

/home/pi/webiopi_sample/html/index.html

input[] { display: block; width: 160px; height: 45px; }

red

green

blue

我們制作了三個滑動條，這樣就可以設(shè)置RGB每個顏色的值了。使用createRatioSlider函數(shù)之后的HTML輸出如下所示：

該滑動條可以以0.01的步距在0.0至1.0（0至100%）之間滑動。

由于已經(jīng)分配了id，如果您想要設(shè)置初始值（如第21至23行所示），您可以使用jQuery對進(jìn)行設(shè)置。

$("#ratio17").val(0);

當(dāng)您在瀏覽器中對其進(jìn)行顯示時，將會出現(xiàn)如下屏幕內(nèi)容：

圖 6

為了與LED鏈接，必須在Python端執(zhí)行初始設(shè)置。

創(chuàng)建 Python 文件

因?yàn)橹档脑O(shè)置是在HTML端完成的，所以Python端只需要對初始化及終止處理進(jìn)行描述就可以了。

/home/pi/webiopi_sample/python/script.py

import webiopi
 
GPIO = webiopi.GPIO
 
RED   = 22
GREEN = 17
BLUE  = 27
 
def setup():
    # Set GPIO to PWM
    GPIO.setFunction(RED  , GPIO.PWM)
    GPIO.setFunction(GREEN, GPIO.PWM)
    GPIO.setFunction(BLUE , GPIO.PWM)
 
def destroy():
   # Light off
    GPIO.pwmWrite(RED  , 0)
    GPIO.pwmWrite(GREEN, 0)
    GPIO.pwmWrite(BLUE , 0)

由于本次使用了PWM，所以將第10到12行setFunction中的第二個參數(shù)指定為“GPIO.PWM”。如果指定為“GPIO.OUT”，脈沖信號將不會被識別，并且在您每次移動滑動條時它將會閃爍一秒鐘。

雖然已經(jīng)在程序末端寫入了關(guān)閉LED的處理過程，但是還是需要使用“pwmWrite”函數(shù)。

PwmWrite (Channel, Value)

Write An Integer Value To The Given PWM Channel.

REST API: POST / Devices / Name / Pwm / Channel / Integer / Value

Name (Str): Device Name From Configuration File

Channel (Int): Analog Channel Number

value (int): integer value to output from 0 to pwmMaximum

在第一個參數(shù)中輸入指定的GPIO引腳編號以及您想要為第二個參數(shù)設(shè)定的值。如果該值被設(shè)置為0，那么狀態(tài)變?yōu)镺FF，LED將會熄滅。

讓我們來運(yùn)行它！

運(yùn)行指令

sudo /etc/init.d/webiopi start

我們嘗試通過移動滑動條來調(diào)整顯色的光強(qiáng)，如上面視頻所示。當(dāng)調(diào)整紅色，綠色和藍(lán)色這些單色光時，您可以以漸變的形式調(diào)整光強(qiáng)。另外，將這些單色光進(jìn)行重疊，就可以顯示出疊加效果的顏色。設(shè)置很小的值將會使光強(qiáng)過弱而導(dǎo)致不穩(wěn)定，所以需要設(shè)置一定程度的光強(qiáng)以保證穩(wěn)定性。

圖7

這非常方便，因?yàn)橹恍枰蜷_電源就可以立即啟用Wi-Fi 和WebIOPi的自動啟動設(shè)置了。

圣誕裝飾！

圖8

安裝過程非常簡單，只要將跳線直接插入LED 引腳即可，如上圖所示。有時候線會脫落，所以最好將線焊接進(jìn)去。

圖9

我將LED放進(jìn)了一個鐘形的裝飾品中，看起來很酷，不是嗎？

用Raspberry Pi的一個GPIO可以點(diǎn)亮兩個全彩LED。如果您想要連接許多個，可以使用諸如移位寄存器之類的部件來完成。

圣誕節(jié)就快到了！為什么不用這些可愛的led圣誕裝飾來增添假日氣氛呢？您也可以制造其他創(chuàng)意產(chǎn)品！比如將其放在透明的裝飾物中或者蠟燭中，或者使用大量LED制造出手工照明燈來作為您的圣誕節(jié)裝飾品！

DevicePlus 編輯團(tuán)隊(duì)

設(shè)備升級版適用于所有熱愛電子和機(jī)電一體化的人。

審核編輯黃宇