在 Raspberry Pi 上构建可编程灯光显示

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Internet Archive Book Images。由 Opensource.com 修改。CC BY-SA 4.0

在过去的节日里，我决定通过设置 DIY 灯光显示来为我们的房子增添一些乐趣。我使用了 Raspberry Pi、可编程灯串和 Python。

由于 WS12911/2（或 NeoPixel）系统的灵活性，您可以按照这些说明为任何场合设置自己的灯光显示。

先决条件

您将需要

1 – 带排针和以太网或 WiFi 连接的 Raspberry Pi。我使用了带排针的 Raspberry Pi Zero W。
1 – WS12811/2 灯串。我使用了 Alitove WS2811 可寻址 LED 像素灯 50，但还有许多其他类型可用。 Adafruit 将这些品牌命名为 NeoPixel。
1 – 用于 WS12811 的 5v/10A AC-DC 电源（如果您使用 Alitove）。其他灯可能带有电源。
1 – 面包板
2 – 面包板到 Pi 排针的跳线。我使用蓝色作为 Pi GPIO 引脚 18，黑色作为 Pi 接地。
1 – 74AHCT125 电平转换芯片，用于安全地将 Pi GPIO 电线信号传输到 5v/10A 电源，而不会反馈到 Pi。
8 – 面包板到面包板的跳线或实芯 24 AWG 电线。我使用红色/橙色作为 5v 电源，黑色作为接地，黄色作为数据。
1 – 安装了 Raspberry Pi OS 的 SD 卡。我使用了 Raspberry Pi OS Lite 并在启用 SSH 的无头模式下进行了设置。

什么是 WS2811/2 可编程 LED？

WS2811/2 类可编程灯将红色、绿色和蓝色 LED 灯与驱动芯片集成到一个微小的表面贴装封装中，并通过单根导线控制。

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^{（Darin London，CC BY-SA 4.0）}

每个灯都可以使用 RGB 整数集或十六进制等效项单独编程。这些灯可以组合成矩阵、灯串和其他外形尺寸，并且可以使用对该外形尺寸有意义的数据结构以编程方式访问它们。我使用的灯串使用标准 Python 列表寻址。 Adafruit 有一个很棒的关于接线和控制灯的教程。

使用 Python 控制 NeoPixel LED

Adafruit 为其销售的大部分零件创建了一整套 Python 库。这些库旨在与 CircuitPython 配合使用，CircuitPython 是 Adafruit 专为低成本微控制器板设计的 Python 端口。您不需要在 Raspberry Pi OS 上安装 CircuitPython，因为预安装的 Python 2 和 Python 3 是兼容的。

您将需要 pip3 来安装 Python 3 的库。使用以下命令安装它

sudo apt-get install python3-pip

然后安装以下库

一旦安装了这些库及其依赖项，您就可以编写如下代码来编程一个或多个连接到您的 Raspberry Pi 的灯，使用 sudo python3（需要 sudo）

import board
import neopixel
num_lights = 50
# program 50 lights with the default brightness 1.0, and autoWrite true
pixels = neopixel.NeoPixel(board.D18, num_lights)
# light 20 bright green
pixels[19] = (0,255,0)
# light all pixels red
pixels.fill((255.0,0))
# turn off neopixels
pixels.fill((0,0,0))

设置您的照明系统

将 SD 卡安装到 Raspberry Pi 中并固定好，将面包板和灯放置在需要的位置（魔术贴适用于 Pi 和面包板）。
根据此原理图安装 74AHCT125 电平转换芯片、灯、电源和 Pi

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^{（Kattni Rembor，CC BY-SA 4.0）}
使用连接器将额外的灯串连接到第一个灯。请注意灯的总数。
将电源插入墙壁插座。
将 Raspberry Pi 电源插入墙壁插座，并等待它启动。

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^{（Darin London，CC BY-SA 4.0）}

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^{（Darin London，CC BY-SA 4.0）}

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^{（Darin London，CC BY-SA 4.0）}

安装灯光控制器和 Flask Web 应用程序

我编写了一个 Python 应用程序和库来与灯光交互，以及一个在 Pi 上运行的 Flask Web 应用程序。有关代码的更多信息，请参见我的 Raspberry Pi Neopixel Controller GitHub 存储库。

lib.neopixc 库

lib.neopixc 库扩展了 neopixel.NeoPixC 类，以使用以串行方式连接的两个 50 灯 Alitove 灯串，使用可编程的 RGB 颜色列表。它添加了以下函数：

set_color：接受 RGB 颜色的列表的新列表
walk：遍历每个灯并按顺序将其设置为颜色
rotate：将列表的列表中的最后一种颜色推送到列表的列表的开头，以闪烁灯光

如果您的灯的数量不同，则需要编辑此库以更改 self._num_lights 值。此外，某些灯需要在 order 构造函数属性中使用不同的参数。 Alitove 与默认 order 属性 neopixel.GRBW 兼容。

run_lights.py 脚本

run_lights.py 脚本使用 lib.neopixc 来支持颜色文件和状态文件，以动态设置灯在任何时候的行为。颜色文件是 RGB（或 RGBW）整数数组的 JSON 数组，使用其 set_colors 方法将其作为颜色馈送到 lib.neopixc 对象。状态文件可以包含以下三个词之一

static：不在 while 循环的每次迭代中旋转灯光
blink：在主 while 循环的每次迭代中旋转灯光
down：关闭所有灯

如果状态文件不存在，则默认状态为 static。

该脚本还具有 HUP 和 INT 信号处理程序，当收到这些信号时，它们将关闭灯。

注意：由于 GPIO 18 引脚需要在 Raspberry Pi 上使用 sudo 才能工作，因此必须使用 sudo 运行 run_lights.py 脚本。

neopixel_controller 应用程序

neopixel_controller Flask 应用程序，位于 github 存储库的 neopix_controller 目录中（见下文），提供了一个前端浏览器图形用户界面 (GUI) 来控制灯光。我的 raspberry pi 连接到我的 wifi，并且可以在 raspberrypi.local 访问。要在浏览器中访问 GUI，请转到 http://raspberrypi.local:5000。或者，您可以使用 ping 查找 raspberrypi.local 的 IP 地址，并将其用作主机名，如果您有多个连接到您的 wifi 的 raspberry pi 设备，这将非常有用。