Pertunjukan Cahaya Pohon Natal Raspberry Pi: 15 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Pembaruan: Saya telah mengeluarkan evolusi terbaru dari Pohon ini untuk 2017 di https://www.instructables.com/id/LED-Christmas-Tree-With-Video-Projector-Rasp-Pi/ yang dapat diinstruksikan ini

Proyek ini melibatkan penggunaan Raspberry Pi untuk menggerakkan 8 outlet AC yang terhubung ke set lampu Pohon Natal. Lampu AC adalah untaian lampu satu warna yang sederhana, tetapi untuk memberikan rentang yang lebih dinamis pada pertunjukan cahaya, ada juga 25 bintang LED RGB yang dapat diprogram. Salah satu manfaat menggunakan Raspberry Pi daripada pengontrol Arduino adalah saya dapat mengeluarkan audio dari Raspberry Pi agar lampu disesuaikan dengan musik (belum lagi manfaat memiliki koneksi WiFi untuk bekerja pada perangkat lunak dari jarak jauh).

Langkah 1: Bahan

Perlu diingat bahan di bawah ini adalah apa yang saya gunakan untuk proyek ini. Dalam banyak kasus, bagian/solusi alternatif dapat digunakan.

Berikut adalah bahan yang saya gunakan untuk proyek ini:

Untuk pengontrol:

1. Raspberry Pi (Model B adalah yang saya gunakan)

   • Kartu SD
   • Adaptor Wifi USB

2. Papan Modul SSR SainSmart 8 Saluran 5V - Amazon

   Saya menghindari relai mekanis karena bunyi klik sakelar akan terdengar jelas, dan kami melakukan SSR. Papan ini diberi peringkat hingga 2 AMP per SSR yang cukup untuk menyalakan serangkaian lampu Natal

3. Kabel jumper - Dapat ditemukan murah di Ebay
4. Steker JST SM + Wadah - Adafruit
5. Gulungan kawat 32 kaki (atau empat potong kawat berukuran 8 kaki)
6. Kabel Ekstensi x 8
7. Blok distribusi daya x 2 - AdaFruit
8. Jalur Listrik
9. Catu Daya
   • 5 Volt, 3 Amps atau lebih besar untuk menggerakkan LED dan Pi
   • 5 Volt, 1 Amp atau lebih untuk menggerakkan modul SSR
10. Lampiran
11. Pembicara

Untuk bintang:

1. 12mm RGB LED (Strand of 25) - Chip AdafruitWS2801 dalam produk ini memungkinkan Pi hanya perlu memberi pulsa pada untai sekali daripada terus-menerus memberi sinyal pada garis agar LED tetap menyala.
2. Lembar ABS Plastik untuk menahan LED di tempatnya - Walmart
3. Lembar Lexan untuk menyebarkan LED - Lowes
4. Cat Semprot Hitam
5. Cat Semprot Putih
6. Kayu

Untuk pohon:

1. Putih 100 untai cahaya x 4
2. Putih 50 untai cahaya
3. Merah 100 untai cahaya x 2
4. Hijau 100 untai cahaya x 2
5. Biru 100 helai cahaya x 2

Langkah 2: Siapkan Raspberry Pi

Sebelum menyelam ke dalam perkabelan, saya ingin mengaktifkan dan menjalankan Pi terlebih dahulu untuk menguji komponen saat mereka terhubung. Pengaturan ini dilakukan sebelum pengaturan enklosur, dan melibatkan Raspberry Pi yang terhubung melalui daya USB ke monitor dan keyboard. Tujuannya adalah untuk mendapatkan sistem yang dikonfigurasi agar pengembangan titik dapat dilanjutkan pada Pi di enklosur.

Instalasi Pi default tidak memiliki perpustakaan yang diperlukan untuk menggerakkan LED WS2801 dengan benar di bintang jadi saya menginstal sistem operasi Occidentalis AdaFruit di Pi.

Setelah Occidnetalis menginstal sedikit pengaturan tambahan yang terlibat:

1) Konfigurasikan Pi untuk boot ke Command Prompt (bukan antarmuka GUI)

2) Atur antarmuka jaringan nirkabel pada Pi dengan mengedit /etc/network/interfaces. Pastikan untuk memilih alamat IP statis sehingga Anda dapat masuk ke alamat yang diketahui untuk bekerja di Pi

3) Instal layanan Telnet dan FTP.

4) Instal Pygame. Pustaka digunakan dalam skrip python untuk memutar file MP3/WAV

Petunjuk detail untuk pemasangan/penyetelan dapat ditemukan dengan mudah melalui pencarian Internet. Banyak sumber daya ada di Pi online.

Setelah titik ini saya dapat memutuskan sambungan video dan keyboard apa pun karena Pi dapat Anda dapat masuk dari jarak jauh.

Langkah 3: Mulai Menyiapkan Enklosur

Saya tidak akan membahas banyak detail tentang bagaimana membangun kandang karena ini hanya sebuah kotak yang terbuat dari kayu. Saya mengebor penahan berdiameter 1,5 di ujung enklosur. Di sebelah kanan adalah lubang di mana semua kabel ekstensi dan kabel bintang habis dan kiri adalah lubang di mana soket ekstensi dan audio out dijalankan.

Komponen pertama yang dipasang adalah strip daya dan Raspberry Pi. Untuk memberi daya pada Pi, saya menggunakan transformator 5V yang sama untuk memberi daya pada bintang dan Pi (ditunjukkan dengan warna hijau). Karena itu saya memiliki kekuatan untuk pergi ke blok terminal (disorot putih) di mana 5V bercabang ke kabel bintang dan ke Pi

Pin 2 = 5V

Pin 6 = Tanah

Setelah terhubung, hidupkan daya dan Pi harus boot dan dapat diakses melalui Telnet sebagai pengaturan pada langkah sebelumnya.

Langkah 4: Menghubungkan Raspberry Pi ke Modul Relay

Dengan semua Power Off (Power Supply dan Pi), hubungkan 5 Volt ke bawah dua konektor sumber daya eksternal. Saya mengendarai ini dengan catu daya 5 Volt khusus yang terpasang pada soket ekstensi. Ini agar Pi tidak memiliki seluruh beban mengemudi relai (perhatiannya adalah 8 relai simultan terlibat) dan sebagai gantinya hanya dapat menggerakkan transistor untuk menggunakan daya eksternal ke relai.

Sekarang tentukan lokasi GPIO0 hingga GPIO7 pada Raspberry Pi. Pada B-Model saya yaitu:

GPIO0 = Pin 11

GPIO1 = Pin 12

GPIO2 = Pin 13

GPIO3 = Pin 15

GPIO4 = Pin 16

GPIO5 = Pin 18

GPIO6 = Pin 22

GPIO7 = Pin 7

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

Karena sambungan pada Modul SSR disekrup pada tiang, saya memangkas setiap jumper ke ukuran yang tepat berdasarkan bagaimana saya mengatur jarak antar komponen. Hubungkan semua 8 saluran input serta ground dari Pi ke papan. Tang hidung jarum membantu menempatkan jumper ke header Pi dengan benar.

Setiap saluran memiliki LED pada Modul SSR yang akan menyala ketika GPIO menjadi tinggi pada Pi. Jalankan program pengujian sederhana untuk memeriksa semua koneksi, yang dilampirkan sebagai test.py, di mana setiap GPIO0-7 disetel tinggi selama dua detik.

Langkah 5: Potong dan Siapkan Kabel Ekstensi

Pada setiap kabel ekstensi, potong ujung steker dengan meninggalkan panjang maksimum yang tersedia ke ujung kabel yang dicolokkan karena mungkin harus sampai ke puncak pohon. Pada kabelnya, pisahkan ujung-ujung kabel dengan memotong potongan plastik tipis yang menahan kedua kabel menjadi satu. Sekarang lepaskan ujungnya sehingga sekitar 1/4 kawat terbuka untuk sekrup pada konektor.

Gunakan spidol Sharpie di setiap ujung soket kabel untuk menulis angka 1 hingga 8 sehingga Anda dapat dengan mudah mengidentifikasi soket mana yang menuju ke saluran mana pada modul SSR.

Kita juga akan membutuhkan satu steker dan juga beberapa kabel tambahan untuk langkah berikutnya, jadi kanibalisasi kabel ekstensi ke-9 atau sisakan ruang ekstra pada 8 kabel ekstensi saat memotong ujung steker.

Langkah 6: Menghubungkan Kabel Ekstensi AC

Langkah selanjutnya kaitkan ujung keluaran modul SSR dengan 8 kabel ekstensi. Karena jumlah kabel di sini bisa sangat mudah berantakan, saya menggunakan bock distribusi daya dan stapler untuk mencoba dan menjaga semuanya tetap pada tempatnya.

Dengan matikan, ambil ujung steker yang dipotong dari langkah sebelumnya dan colokkan ke soket ekstensi. Lepaskan kedua ujung lainnya dan hubungkan masing-masing ke blok distribusi daya atas dan bawah dan staples kedua koneksi ini ke bawah.

Sekarang sambungkan salah satu kabel ekstensi yang dipotong dari langkah sebelumnya. Dalam kasus saya, saya memiliki penutup dengan lubang berdiameter 1,5 untuk semua kabel mengalir keluar, jadi yang disorot dengan warna hijau adalah salah satu kabel dengan satu ujung terhubung ke blok distribusi dan ujung lainnya ke ujung keluaran modul SSR. Untuk melengkapi rangkaian, kita memerlukan kabel yang jauh lebih pendek (ditunjukkan dengan warna biru) yang menghubungkan blok distribusi lain ke modul SSR. Pangkas dan staples untuk menjaga semuanya serapi mungkin. Staples tidak hanya menjaga barang tetap rapi tetapi juga berfungsi strain relief sehingga setiap tarik-menarik saat menyambungkan lampu ke pohon tidak akan mencabut sambungan dari komponen. Tak perlu dikatakan, saat staples tidak ada staples yang menembus kawat atau insulasi.

Langkah 7: Uji Sambungan AC

Alih-alih memasang rangkaian penuh Lampu Natal, saya memasang lampu malam seharga $1 yang murah ke setiap kabel ekstensi untuk menguji dan mengembangkan animasi sebelum pohon itu berdiri. Saya melukis lampu yang terhubung ke kabel yang akan mengontrol string lampu Merah, Hijau, Biru.

Jalankan program pengujian yang sama yang digunakan untuk menguji modul SSR dan pastikan setiap sambungan menyala dengan benar.

Kotak lampu menunjukkan bahwa setiap string akan menarik 0,34 Amps, dan untuk lampu berwarna saya akan merangkai dua set bersama-sama yang akan menghasilkan total penarikan 0,68 Amps. Ini jauh di bawah peringkat SSR yang 75 - 200 VAC pada 2 Amps, namun saya ingin memeriksa ulang karena sekering pada modul SSR disolder ke papan sehingga sulit untuk diganti.

Langkah 8: Membuat Bintang

Langkah pertama dalam membuat bintang adalah membuat template yang dapat dicetak untuk membantu membentuk bingkai kayu dan plastik. Setelah menskala dan mencetak templat pada ukuran yang sesuai, saya mengambil sepotong kayu 4,25" x 0,125" dari toko kerajinan dan mengukur jarak yang diperlukan untuk setiap sisi bintang. Saya tidak benar-benar memiringkan salah satu sambungan ketika saya memotongnya sehingga membentuk bintang membutuhkan dukungan untuk menjaga potongan tetap di tempatnya saat menempel.

Menempatkan templat di atas permukaan kerja saya menggunakan penyangga untuk menahan dua potong kayu di tempatnya seperti yang ditunjukkan dalam warna coklat pada gambar. Dengan kedua ujung kayu bersentuhan, lem dioleskan di kedua sisi sambungan. Kemudian mengambil sepotong tipis balsa, saya memotong segitiga untuk memperbaiki kedua bagian itu dan menempelkannya ke bintang. Alasan menggunakan balsa adalah bahwa setelah bintang menyatu dengan kuat, saya dapat dengan mudah mengampelas segitiga ke bawah agar sesuai dengan kontur bintang, yang ditunjukkan dalam lingkaran pada gambar bintang.

Karena metode konstruksinya, saya harus menunggu beberapa jam pada setiap sambungan agar lem mengering sebelum pindah ke sambungan berikutnya.

Setelah seluruh bintang terbentuk, saya menggunakan spackle drywall untuk menutupi celah di mana dua potong kayu bertemu di ujung bintang.

Saya kemudian menempelkan beberapa sumbat kecil di sekitar bagian dalam bintang untuk membantu memasang rakitan LED di tempatnya saat dimasukkan, disorot dengan persegi panjang. Saya tidak percaya mereka benar-benar diperlukan karena gravitasi melakukan pekerjaan menahan rakitan LED di tempatnya.

Letakkan bintang yang sudah dirakit di atas lembaran Lexan, telusuri bentuk bintang dan gunting bintang dari Lexan. Setelah memotong bintang Lexan, pastikan bahwa itu sesuai dengan bingkai kayu, lalu oleskan 2 lapis cat semprot putih ke satu sisi Lexan dan biarkan mengering selama 24 jam. Ini memungkinkan LED menyebar serta menyembunyikannya dari pandangan.

Untuk menyembunyikan tutup antara bintang Lexan dan bingkai kayu, saya menggunakan potongan kayu balsa 0,25" kecil dan memotongnya untuk membentuk dan "menutup" bingkai sehingga balsa menutupi celah.

Terakhir ditambahkan tongkat/dowel untuk membantu menempelkan bintang ke pucuk pohon.

Langkah 9: Buat Pemasangan LED

Dengan menggunakan pola yang sama untuk membentuk bintang kayu, potong lembaran plastik ABS sesuai ukuran, tetapi sedikit lebih kecil untuk dapat dimasukkan ke dalam bintang kayu. Uji apakah itu pas di dalam bintang kayu.

Kemudian masih menggunakan template dengan lokasi lubang, bor 25 lubang LED. LED dari AdaFruit memiliki flensa silikon di bagian luarnya sehingga dapat dipasang dengan sempurna ke dalam lubang yang dibor pada 12mm. Pada gambar Anda dapat melihat flensa dan saya telah menggunakan garis hijau untuk menunjukkan di mana plastik ABS akan memasang flensa untuk menahan LED di tempatnya.

Mulailah dengan salah satu tip dan kerjakan di sekitar bagian luar bintang, lalu pindah ke 5 dudukan bagian dalam untuk menyelesaikan bagiannya. Dalam program saya, saya memiliki posisi LED yang disambungkan seperti yang ditunjukkan secara numerik dalam gambar, dengan 1 menjadi LED pertama setelah konektor.

Tempelkan selotip listrik pada ujung kabel yang berwarna merah dan biru. Mereka adalah input sekunder untuk daya yang tidak akan kita gunakan, dan sebagai gantinya menggunakan koneksi merah/biru dengan koneksi jam/sinyal melalui kabel itu sendiri.

Langkah 10: Membuat Kabel Ekstensi untuk Bintang LED

Selanjutnya adalah membuat kabel 8 kaki untuk berjalan dari selungkup ke bintang di puncak pohon.

Potong 4 potong kawat berukuran 8 kaki dengan panjang yang sama dan di salah satu ujung bundel kabel gunakan pita listrik atau pengikat ritsleting untuk menjaga bundel tetap utuh dan rapi. Lakukan ini di sepanjang 4 bundel kabel setiap beberapa inci.

Di kedua ujung bundel, lepaskan kabel dan solder ke konektor JST sehingga kabel dapat menghubungkan satu ujung ke selungkup dan ujung lainnya ke bintang. Pastikan untuk menjaga posisi relatif kabel dalam urutan yang benar sehingga ketika dicolokkan ke bintang, koneksi Biru/Hijau/Kuning/Merah cocok di ujung kabel yang lain. Gunakan multimeter untuk memeriksa kabel untuk memastikan kabelnya terpasang dengan benar.

Langkah 11: Hubungkan Bintang ke Pi

Sekarang kita perlu membuat wadah di enklosur untuk kabel bintang/ekstensi untuk dicolokkan.

Merah = 5 Volt

Biru = Tanah

Jadi kita dapat menghubungkan dua jalur ini pada konektor JST ke blok terminal yang terhubung dengan daya Raspberry Pi.

Dua koneksi lainnya adalah:

Kuning = Data = MOSI = Pin 19

Hijau = Jam = SCLK = Pin 23

Saya mengikuti kabel dari tutorial AdaFruit. Jadi lepaskan ujung dua kabel jumper sehingga dapat disolder ke konektor JST.

Setelah Anda yakin bahwa kabel akan mendapatkan sinyal yang tepat ke LED, Anda dapat menstabilkan konektor di enklosur untuk menghilangkan ketegangan sehingga setiap tarikan pada kabel ekstensi tidak akan merobek jumper dari Pi.

Langkah 12: Uji Bintang LED

Dengan bintang LED terhubung ke Pi. Jalankan program pengujian sederhana untuk memverifikasi pencahayaan bekerja dengan benar. Sebagian besar kode saya diadaptasi dari Tutorial AdaFruit serta posting forum di situs web tentang mengadaptasi kode tutorial agar sesuai dengan LED yang kami gunakan..

ledtest.py terlampir akan membuat bintang perlahan berubah dari biru murni menjadi merah murni.

Langkah 13: Hubungkan Speaker, Buat Enclosure Top

Tidak ada yang istimewa di sini, cukup pasang speaker ke audio dari Raspberry Pi, dan colokkan ke soket ekstensi. Speaker bertenaga sederhana dengan kenop penyesuaian volume akan berfungsi.

Untuk bagian atas saya ingin dapat melihat ke dalam penutup, jadi saya memasang sepotong kaca 8,5 x 11 (dari bingkai foto) ke tutupnya dan menggunakan Velcro di bagian atas sehingga saya dapat dengan cepat melepas bagian atas jika diperlukan. Sebagian besar enklosur memiliki 110 VAC yang terbuka sehingga penting bagi bagian atas untuk memberikan perlindungan dari siapa pun atau apa pun dari kontak yang tidak disengaja.

Langkah 14: Hubungkan Pencahayaan ke Pohon

Saya memilih tata letak saluran di Pohon Natal untuk memberi saya fleksibilitas maksimum untuk menghasilkan berbagai jenis gerakan/efek. Terlampir adalah gambar bagaimana saya mengatur pencahayaan untuk 5 helai putih. Tiga saluran yang tersisa masing-masing satu set dua 100 lampu berwarna terang: Merah, Hijau, Biru.

Kabel ekstensi khusus yang Anda colokkan ke setiap untai tidak penting karena pada langkah berikutnya saya dapat menyesuaikan pemetaan antara GPIO0-7 dan lampu apa yang ada di pohon.

Langkah 15: Muat/Buat Musik, Perangkat Lunak, Urutan…

Ada banyak pengurutan cahaya Natal yang tersedia online untuk Raspberry Pi, tetapi saya membuat kode yang sederhana dari awal. Semua urutan dihasilkan dengan mengatur pengaturan waktu ketukan/ukuran di Audacity (editor audio) ke perintah tertentu ke sequencer saya.

rxmas.py

Program ini akan secara acak memilih tata letak statis untuk pohon setiap menit. Saya menjalankan skrip ini saat memulai Raspberry Pi (melalui pekerjaan cron) sebagai perilaku default saat mencolokkan unit.

xmas.py

Ini adalah program sequencer, yang mengambil file sequence dan MP3 sebagai input

setup.txt

Pada langkah sebelumnya, saya menyediakan tata letak yang saya gunakan untuk setiap saluran logis. File ini memetakan setiap GPIO0-7 aktual ke saluran logis. Jadi di setup.txt yang saya lampirkan, kabel ekstensi GPIO0 menggerakkan saluran logis 8 (Biru), GPIO1 menggerakkan saluran logis 6 (Merah), dll…

test.mp3 / test.txt

Ini adalah kasus uji sederhana dari hitungan audio angka 1 sampai 8 dengan string cahaya setara menyala

Jadi untuk memanggil jenis contoh ini:

./xmas.py test.txt test.mp3

carol.txt

File sequencer untuk Christmas Sarajevo oleh Trans-Siberian Orchestra

LetItGo.txt

File sequencer untuk Let It Go dari Disney's Frozen Movie

russian.txt

File sequencer untuk "A Mad Russian's Christmas" oleh Trans-Siberian Orchestra

Anda harus menyediakan file LetItGo.mp3 dan carol.mp3 Anda sendiri dengan jelas! Beli saja dari Amazon.

CATATAN: Video YouTube yang disematkan dipercepat hingga kecepatan 110% sehingga mungkin terdengar sedikit aneh

Hadiah Pertama di Make it Glow!