我喜欢圣诞装饰和彩灯，并且一直想做一个可编程 LED 项目。最近，我用 LED 灯、乒乓球和一个 Raspberry Pi Zero 构建了一个灯阵列。我认为值得分享，因为它最终变得相对容易，而且也具有教育意义。
这主要是我自己设计的，灵感来自 YouTube 视频。你可以在我的 Git 仓库中找到源代码和构建说明。
购物清单
- Raspberry Pi Zero
- Pibow 外壳
- 5v 2A USB 电源
- 海报框
- 255 个乒乓球
- 热熔胶枪和大量热熔胶棒
- 电烙铁
- 焊锡
- 22 AWG 0.35mm 实芯线
- 10 米 WS2812(B) LED 灯带（每米 30 像素）
- 万用表
- 剥线钳
- 剪线钳
设计 Raspberry Pi 灯饰
我的设计受到我碰巧可用的海报框尺寸的驱动。我从 Ali Express 买了每米 30 像素的灯带，可以很好地切割成 0.5 米的部分，这样我就得到了 15 个 LED 灯珠的宽度。乒乓球直径为 40 毫米，所以我测量并将线放置在相隔 40 毫米的位置，LED 灯带位于每个 40 毫米部分的中间。这总共给了我 17 行。如果你自己尝试，你的尺寸可以不同。
为了给阵列和 Raspberry Pi 供电，我将数据和电源的开放式连接都放在了板的底部。我不需要那么多 LED 灯珠供电，所以我能够使用 Raspberry Pi Zero 的 5v 输出 GPIO 为它们供电。我以 50% 的亮度运行它们，这在白天和晚上透过我的窗户都足够亮。
接线
在我的设计中，我从板的底部开始，并以 S 形曲线接线。这使得焊接更容易，因为每行末端的环路不必一直返回到每行的开头。WS2812 数据线确实需要你以正确的方式连接数据：电源可以从灯带的任一侧馈入，但数据必须从箭头指向远离的一侧馈入。
我的接线看起来像这样（为了清晰起见，这里是缩写，实际上是 17 行深）
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/---------------/
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\---------------< # Pi connected here
用你的 Raspberry Pi 构建灯饰
一旦设计和接线计划确定，就该开始构建了。
我在海报背板上用铅笔测量并画出了我的线。我得到的 WS2812 灯带背面带有不干胶带，所以我只是撕下背衬并将其直接贴在背板上。我确保定位每个灯带，使数据箭头朝一个方向，然后再朝另一个方向，以确保灯可以为 Pi 的指令正确地菊花链连接。
一旦所有灯带都连接好，我剪下三根相似长度的电线，并将每段灯带末端的 5v、数据和接地线连接到它上面的那段灯带。
（Brian McCafferty，CC BY-SA 4.0）
在完成每一行后，我检查了每段灯带之间 5v 和接地线之间的连续性，以确保我的连接是正确的。我还检查了我是否不小心桥接了任何连接，所以我验证了 5v 和接地线之间没有连续性（换句话说，一根线上的 5v 电线没有桥接到下一条线上的接地）。我还进行了一些测试，以确保一切都正确亮起（请参阅 代码 部分了解我的灯串测试）。
完成这些后，我开始在乒乓球上戳洞，方法是用剪刀刺入乒乓球底部，然后切一个小孔让 LED 灯珠可以照射出来。这没有什么精确的科学依据，每个孔都不一样，但效果真的很好。我使用的是每米 30 像素，所以我的灯光在每个 LED 灯珠之间大约有 30 毫米的距离。一个乒乓球直径为 40 毫米，但我并不打算开始单独焊接每个 LED 灯珠！首先，我的焊接技术不是那么好（正如我的照片显示的那样），而且无论如何，我想“好吧，它们是乒乓球。我可以把它们挤在一起！”
我就是这么做的。
我在每个 LED 灯珠周围放了一团热熔胶，然后将一个乒乓球放在 LED 灯珠上，按住大约五秒钟，然后继续下一个。当我滑入下一个乒乓球时，我按住前一个乒乓球，将其推到第一个乒乓球上，然后再“折叠”到它的邻居中。效果非常好。我对它立即呈现的效果感到满意。它还有一个很好的额外好处，那就是隐藏了我糟糕的焊接工作 ;)
（Brian McCafferty，CC BY-SA 4.0）
我继续为 255 个 LED 灯珠和乒乓球这样做。在这个过程中有一些乒乓球被压碎了，但最终，我完成了。
（Brian McCafferty，CC BY-SA 4.0）
测试代码
为了测试代码以确保一切正常工作，我使用了这个 Adafruit 指南 ，它将每个 LED 灯珠依次点亮红色、绿色和蓝色，然后进行彩虹循环。我在构建时使用了这个指南，以确保我的连接是正确的，并且一切都焊接正确。
在那之后，我在电子表格中设计了一个网格，将每个像素映射到一个网格位置。这有助于使构建图像更容易。由于我的像素编号以锯齿形模式运行，因此很难跟踪每个 LED 灯珠（例如，LED A1 是 256，B1 是 226）。
一旦这一切都设置好，就该在纸上和电子表格中设计一些图像了。然后就到了编码的时候！这有点让人上瘾，我开始添加一些动画（使用循环并将像素切换到一种颜色，然后再切换到另一种颜色）。
最终结果是我所希望的一切。
（Brian McCafferty，CC BY-SA 4.0）
（Brian McCafferty，CC BY-SA 4.0）
（Brian McCafferty，CC BY-SA 4.0）
全年都可使用的 Raspberry Pi 灯饰
我不确定这个项目是否会真正完成。自从它挂在窗户上以来，几乎每天晚上我都会添加一些新的图像和动画。我已经开始考虑为除夕夜做些什么。我也不打算在一月份将它与我的圣诞装饰品一起放回仓库。我只需要考虑其他可以在上面绘制的东西，使其成为一个全年的项目！我的一个朋友建议了一个像素马里奥，我喜欢这个主意！
我的代码也需要做一些工作。例如，我做了一些滚动文本，但我为文本的每个位置都重新绘制了整个板，所以这花了很多时间。我认为我可以利用循环做一些事情，或者图像库可以帮助更容易地滚动字母，并使添加文本更容易，而不是在每一步都打开和关闭每个像素。
我有从开始到结束的进度照片记录：LED 乒乓墙。
你也可以在这里观看它的运行视频：圣诞灯饰。
我真的对最终的结果感到满意，我认为它看起来很棒。我非常兴奋将来尝试其他 LED 项目。我鼓励你尝试构建自己的灯阵列，即使是作为你的第一个项目。它比看起来容易！
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