Bộ điều khiển trang trí kỹ thuật số Pumpkin Pi: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Xin chào các bạn, hãy để tôi giới thiệu với các bạn về Pumpkin Pi. Nói một cách đơn giản, nó là một bộ điều khiển I / O cho Raspberry Pi với mười hai đầu ra có thể lập trình được, nhưng với một chút hocus-pocus (hoặc mã Python cho bạn và tôi), nó sẽ trở thành một bộ điều khiển trang trí kỹ thuật số cung cấp hai đầu ra video với âm thanh và ánh sáng FX được đồng bộ hóa với video.

BackgroundLast Halloween Tôi đã quyết định tạo màn hình cửa sổ theo chủ đề Witching, gần đây đã khám phá ra Đồ trang trí kỹ thuật số của AtmosFX, tôi cảm thấy có cảm hứng để tận dụng chúng và kết hợp chúng vào màn hình của mình.

Tôi cần một cách phát lại hai danh sách phát video luân phiên trên hai màn hình khác nhau (TV và máy chiếu) mà không để các video vô tình chồng chéo lên nhau. Tôi cũng muốn tích hợp FX chiếu sáng để thêm vào bầu không khí.

Thông tin thêm về Bộ điều khiển Vì nó được lấy cảm hứng từ một dự án Halloween, tôi cảm thấy cái tên Pumpkin Pi rất phù hợp. Nó nhằm mục đích làm những việc sau:

• Điều khiển lên đến 12 lần đèn LED riêng lẻ (hoặc 4 dải RGB) thông qua đầu ra có thể lập trình 12x
• Hoạt động ở 12v thông qua nguồn điện bên ngoài của riêng nó
• 3x bốn mảng bóng bán dẫn NPN để hỗ trợ dòng đầu ra 1 Amp cho mỗi kết nối
• Bao gồm tùy chọn PIR / cảm biến chuyển động kích hoạt phát lại và hành động
• Phát lại Video và Âm thanh bằng khả năng video của Raspberry Pi
• Hai video có thể được phát lại đồng thời hoặc luân phiên nhờ cả Pis đều được liên kết thông qua GPIO của chúng để kích hoạt các hành động có thể lập trình và ngăn chặn sự chồng chéo video không mong muốn
• Đồng bộ ánh sáng FX với phát lại video
• Đèn LED tích hợp để cho biết trạng thái đầu ra riêng lẻ

Bạn cũng có thể sử dụng Pumpkin Pi làm bảng đột phá với một Raspberry Pi duy nhất và vẫn có đầu ra lập trình 12x để điều khiển đèn LED, động cơ, rơ le, v.v.

Lưu ý: Bạn muốn xem cách tôi sử dụng Pumpkin Pi trong màn hình Halloween của mình? Kiểm tra Màn hình hiển thị Halloween trong Giờ Witching có thể hướng dẫn của tôi.

Bước 1: Những thứ bạn cần

Để tạo lại Pumpkin Pi, bạn sẽ cần các công cụ và thành phần sau:

Công cụ

• Sắt hàn
• Nhiều mét
• Máy cắt dây
• Tuốc nơ vít (Tôi đã sử dụng một lưỡi phẳng nhỏ với các khối đầu cuối của mình)
• Máy khoan và mũi khoan (tôi đã sử dụng mũi cacbua 0,7mm và 1,0mm)
• Bộ công cụ khắc PCB

Các thành phần

• 1x Bảng đồng PCB (xấp xỉ 102mm X 70mm)
• Điện trở 14x 1kΩ
• Điện trở 2x 10kΩ
• Điện trở 1x 4k7Ω
• 1x Tụ điện (Tùy chọn)
• 1x LED 5mm màu đỏ và một điện trở hạn chế dòng điện phù hợp
• 12x Đèn LED 5mm màu vàng với điện trở tích hợp cho nguồn 12v
• Mảng bóng bán dẫn cặp đôi NPN Darlington 3x ULN2074B
• Ổ cắm IC 3x 16 chiều
• 1x giắc cắm DC
• 1x Tiêu đề 2 chiều
• Đầu cắm nam 2x 40 chân 2x20
• Khối đầu cuối vít gắn PCB thẳng đứng 7x 3 chiều 5mm
• 1x Cảm biến PIR (Tùy chọn)

Raspberry Pi

Bạn cũng sẽ cần một Raspberry Pi (hoặc hai) với mọi thứ cần thiết để sử dụng Pi. Điều này bao gồm bộ nguồn Pi, thẻ MicroSD và phần mềm Raspbian. Để có hiệu suất video tốt nhất, tôi muốn giới thiệu Raspberry Pi 3.

Để phát lại video, chúng tôi sẽ sử dụng OMXPlayer với OMXPlayer-Wrapper (nhưng sẽ có nhiều hơn về điều này sau này!).

Lưu ý: Điều này có thể hướng dẫn giả định rằng bạn có một số kinh nghiệm hoặc kiến thức làm việc về Điện tử, hàn, chế tạo PCB và Raspberry Pi. Nếu bạn đang thử bất kỳ kỹ năng nào trong số này lần đầu tiên, tôi khuyên bạn nên xem một số tài nguyên sau:

• Lớp Điện tử. Bao gồm hướng dẫn Bắt đầu và bao gồm những thứ như hàn và các thành phần cơ bản.
• Làm PCB có thể hướng dẫn bởi ASCAS. Trình bày kỹ thuật chế tạo chuyển mực được sử dụng tại đây.
• Nếu bạn muốn tiến xa hơn với Bảng mạch, hãy xem Lớp thiết kế bảng mạch.
• Lớp Raspberry Pi. Tìm hiểu về Raspberry Pi, tìm hiểu cách thiết lập và cách sử dụng nó.

Bước 2: Điện tử

Tạo mạch

Điều đầu tiên bạn cần làm là tạo mạch của bạn. Cách dễ nhất để sản xuất lại nó là chế tạo PCB bằng phương pháp truyền mực với các tệp PDF mạch in được đính kèm. Nếu bạn chưa thử điều này trước đây, nó dễ dàng hơn bạn nghĩ rất nhiều và bạn chỉ cần một vài mục để bắt đầu. Tôi luôn giới thiệu Bảng mạch tùy chỉnh tự làm (Chế tạo PCB) có thể hướng dẫn bởi ASCAS.

Lưu ý: Tôi cũng đã bao gồm tệp thiết kế PCB mà tôi đã tạo bằng DesignSpark.

Bạn sẽ cần một mỏ hàn và một số kỹ năng hàn cơ bản để lắp ráp mọi thứ trên PCB, có rất nhiều Tài liệu hướng dẫn về cách hàn trong trường hợp bạn chưa quen với nó, cũng có một Lớp học Điện tử Hướng dẫn hữu ích!

Nếu quá trình tạo PCB không dành cho bạn thì bạn cũng có thể tạo lại nó trên bảng mạch dải (vero) hoặc trên bảng mạch (tôi đã tạo đường dẫn nguyên mẫu của mình, như được hiển thị trong hình trên). Trong nguyên mẫu của mình, tôi đã sử dụng các bóng bán dẫn cặp darlington NPN riêng lẻ thay vì các mảng bóng bán dẫn trên I. C. (mạch tích hợp).

Làm thế nào nó hoạt động

Về cơ bản, nó là một bảng đột phá cho Pi kết nối mười hai chân GPIO của Pi với cặp bóng bán dẫn NPN darlington (ở dạng ba mảng bóng bán dẫn). Khi đầu ra Pi có liên quan tăng cao, nó sẽ chuyển bóng bán dẫn để hoàn thành mạch.

Ngoài ra còn có thêm hai chân GPIO 'liên kết' hai Pis với nhau thông qua điện trở kéo xuống hoạt động như bộ kích hoạt (thêm về điều này trong bước 'Lập trình Pi' ở phần sau).

Nó được cung cấp năng lượng như thế nào

Pumpkin Pi được cấp nguồn từ nguồn điện 12v bên ngoài của chính nó. Với việc sử dụng các bóng bán dẫn mà tôi đã chọn, nó có khả năng tạo ra dòng điện lên đến 1,75 Amp cho mỗi đầu ra (hoặc 1 Amp trong trường hợp này do tôi lựa chọn đầu nối vít). Những chú Pis được cung cấp năng lượng thông qua bộ nguồn Pi của riêng chúng, Pumpkin Pi đặt ra rất ít yêu cầu về khả năng năng lượng của Pi vì nó chỉ được sử dụng để chuyển đổi bóng bán dẫn. Mạch bao gồm tùy chọn của một tụ điện làm mịn, nhưng nó không cần thiết. Tôi đã sử dụng 2200uF được đánh giá ở 16v (là quá mức cần thiết, nhưng tôi đã có chúng để sử dụng).

Đèn LED chỉ báo và điện trở

Có mười hai đèn LED chỉ báo đầu ra màu vàng và một đèn LED trạng thái nguồn màu đỏ. Đảm bảo sử dụng đúng đèn LED giới hạn dòng điện với đèn LED trạng thái màu đỏ của bạn, điện áp chuyển tiếp của tôi là 3.2v và dòng chuyển tiếp là 20mA, vì vậy tôi đã chọn điện trở 470Ω (dựa trên dòng đầu vào 12v). Nếu bạn không chắc chắn về cách chọn điện trở chính xác cho đèn LED của mình, hãy xem trình hướng dẫn máy tính này.

Bạn có thể nhận thấy rằng không có điện trở trên mạch cho mỗi trong số mười hai đèn LED chỉ báo màu vàng. Vì tôi muốn tiết kiệm không gian trên PCB, tôi đã lựa chọn thiết kế để sử dụng đèn LED với điện trở tích hợp cho nguồn cung cấp 12v.

Kích hoạt chuyển động (Cảm biến PIR) và Ghi đè

Mạch bao gồm tùy chọn của một bộ kích hoạt chuyển động. Nó sử dụng một điện trở kéo lên, vì vậy bất cứ khi nào chân báo động (có nhãn là AL trên PCB) ở mức thấp, nó sẽ kích hoạt một hành động. Điều này rất hữu ích nếu bạn muốn phát lại trang trí kỹ thuật số của mình được kích hoạt chuyển động.

Mạch cũng bao gồm ghi đè kích hoạt. Khi ghi đè ở trạng thái đóng, nó liên kết đầu vào với mặt đất, cho phép bạn kích hoạt hành động theo cách thủ công. Sử dụng tiêu đề ghi đè hai chân với một công tắc hoặc một 'jumper'.

Bước 3: Thiết lập Raspberry Pi

Cài đặt Raspbian

Để bắt đầu thiết lập Raspberry Pi, bạn cần chuẩn bị thẻ MicroSD có hình ảnh Raspbian. Tải xuống hình ảnh mới nhất tại đây (Raspbian Stretch là phiên bản mới nhất tại thời điểm viết bài).

Với thẻ MicroSD của bạn đã sẵn sàng, hãy lắp nó vào Pi và bật nguồn. Có thể bạn sẽ muốn có TV, bàn phím và chuột được kết nối tại thời điểm này. Theo mặc định, Pi sẽ khởi động vào HĐH máy tính để bàn GUI, tôi khuyên bạn nên đặt ngày và múi giờ chính xác trên Pi và có thể kết nối với WiFi của bạn.

Tại thời điểm này, tôi thường đảm bảo rằng kết nối SSH được bật để tôi có thể truy cập thiết bị đầu cuối Pi qua mạng thông qua PuTTy, sau đó tôi đặt Pi khởi động thành CLI (giao diện dòng lệnh) theo mặc định thay vì màn hình GUI, nhưng điều này là tùy thuộc vào bạn.

Lưu ý: Có thể hướng dẫn này giả định rằng bạn đã quen thuộc với Raspberry Pi, nếu chưa, bạn có thể làm theo hướng dẫn Raspberry Pi chính thức để cài đặt hình ảnh hệ điều hành trong môi trường của bạn tại đây: Windows, MacOS, Linux.

Mẹo: Nếu bạn hoàn toàn mới sử dụng Raspberry Pi, tôi khuyên bạn nên xem qua Lớp hướng dẫn này.

Sau khi Pi của bạn đã được thiết lập và chạy với Raspbian và quá trình thiết lập cơ bản hoàn tất, bạn đã sẵn sàng để nó hoạt động như một trình phát Trang trí kỹ thuật số hỗ trợ phát lại Âm thanh và Video. Hãy nhớ rằng nếu bạn đang sử dụng hai Raspberry Pi cho chức năng phát lại kép, bạn sẽ cần phải lặp lại tất cả các bước này trên Pi thứ hai.

OMXPlayer-Wrapper dành cho Python

Để phát video Trang trí kỹ thuật số của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng OMXPlayer. Điều này hỗ trợ các video có độ phân giải cao (bao gồm cả HD) ở một số định dạng video phổ biến. Mặc dù OMXPlayer được bao gồm trong Raspbian 'out-of-the-box', để làm cho nó hoạt động tốt với các tập lệnh Python tùy chỉnh mà chúng tôi sẽ tạo, bạn sẽ cần cài đặt OMXPlayer-Wrapper.

Trước khi cài đặt trình bao bọc, tôi khuyên bạn nên cập nhật các gói của hệ thống. Chạy các lệnh sau từ thiết bị đầu cuối CLI (Pi phải được kết nối với internet để điều này hoạt động):

Cập nhật danh sách gói của hệ thống:

sudo apt-get cập nhật

Nâng cấp tất cả các gói đã cài đặt của bạn lên phiên bản mới nhất:

sudo apt-get dist-upgrade

Dọn dẹp dung lượng được sử dụng để tải xuống các gói cập nhật:

sudo apt-get clean

Tiếp theo, bạn sẽ muốn tải xuống chính OMXPlayer-Wrapper. Để thực hiện việc này, hãy chạy lại lệnh sau từ một thiết bị đầu cuối CLI với Pi được kết nối với internet:

Cài đặt OMXPlayer-Wrapper:

sudo python3 -m pip cài đặt omxplayer-wrapper

Để biết thêm thông tin về omxplayer-wrapper, hãy xem tài liệu tại đây.

Mẹo: Nếu bạn gặp lỗi kết nối DBUS khi cố gắng phát video bằng OMXPlayer-Wrapper, hãy thử cài đặt python3-dbus bằng lệnh sau:

sudo apt-get install python3-dbus

Các cài đặt và chỉnh sửa khác

Đầu ra âm thanh mặc định

Raspberry Pi hỗ trợ phát lại âm thanh qua HDMI hoặc giắc cắm 3,5 mm. Tuy nhiên, nếu Pi phát hiện thiết bị HDMI được kết nối hỗ trợ âm thanh, nó sẽ mặc định là thiết bị HDMI. Nếu giống như tôi, bạn có thiết bị HDMI hỗ trợ âm thanh nhưng bạn muốn đầu ra âm thanh của mình đặt mặc định thành giắc cắm 3,5 mm, bạn có thể buộc thiết bị làm như vậy bằng cách thêm dòng sau vào tệp config.txt trên Pi:

hdmi_ignore_edid_audio = 1

Đặt đầu ra bảng điều khiển thành trống

Nếu bạn không muốn đầu ra video của Pi hiển thị màn hình điều khiển sau khi khởi động, bạn có thể đặt bàn điều khiển thành trống bằng cách thêm phần sau vào cuối tệp /boot/cmdline.txt trên Pi. Lưu ý rằng đó là một tham số lệnh hạt nhân và phải nằm trên một dòng văn bản:

consoleblank = 0