ไลท์มีอัพ! การควบคุม LED Strip แบบข้ามแพลตฟอร์มแบบเรียลไทม์: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ไลท์มีอัพ! เป็นระบบที่ฉันคิดค้นเพื่อควบคุม RGB LED-Strip แบบเรียลไทม์ โดยรักษาต้นทุนให้ต่ำและประสิทธิภาพสูง

เซิร์ฟเวอร์เขียนด้วย Node.js และสามารถข้ามแพลตฟอร์มได้

ในตัวอย่างของฉัน ฉันใช้ Raspberry Pi 3B สำหรับการใช้งานในระยะยาว แต่พีซีที่ใช้ Windows ของฉันเพื่อการสาธิตและการดีบัก

แถบ 4 พินถูกควบคุมโดยบอร์ดประเภท Arduino Nano ซึ่งรันคำสั่งที่ได้รับตามลำดับเพื่อส่งสัญญาณ PWM ไปยังทรานซิสเตอร์สามตัวที่สลับ +12VDC เป็นพินสีที่สอดคล้องกันของแถบ

ไลท์มีอัพ! ระบบยังตรวจสอบอุณหภูมิของตัวเองด้วย เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 60°C (140°F) ระบบจะเปิดพัดลมคอมพิวเตอร์ 12VDC สองตัวที่ติดตั้งไว้ในเคส เพื่อทำให้ตัวเองเย็นลงเพื่อปรับปรุงอายุการใช้งานของวงจร

คุณสมบัติอื่นของ LightMeUp! คือการส่องสว่างขวด Bombay-Sapphire Gin แต่นั่นไม่ใช่จุดสนใจของคำแนะนำนี้

สนุกกับการอ่าน:)

เสบียง

• Arduino Nano (หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ ATmega328 / สูงกว่า)
• Raspberry Pi 3 Model B ที่ติดตั้ง Node.js (หรือคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น)
• แถบ LED RGB 4 พิน 12V RGB
• แหล่งจ่ายไฟ 12V 3A
• สายจัมเปอร์ (ตัวผู้-ตัวผู้ ถ้าคุณใช้เขียงหั่นขนมแน่นอน)
• เขียงหั่นขนม (ไม่จำเป็น)
• พัดลมคอมพิวเตอร์ DC 12V 2 ตัว (อุปกรณ์เสริม)
• 3x TIP120 Darlington Transistor พร้อมฮีทซิงค์ (4 หากคุณต้องการรวมพัดลมระบายความร้อน)
• ไฟ LED แสดงสถานะ 2 ดวงสีแดงและสีเขียว (อุปกรณ์เสริม)
• 6, 7K ตัวต้านทานตามอุณหภูมิ NTC + ตัวต้านทาน 6, 7K (อุปกรณ์เสริม)
• สายเคเบิลข้อมูล USB-Mini เป็น USB 2.0 (สำหรับ Raspberry Pi เพื่อสื่อสารกับ Arduino)
• USB-Hub ที่ใช้พลังงานจากภายนอก (อุปกรณ์เสริม สำหรับ Raspberry Pi เท่านั้น)

ขั้นตอนที่ 1: ทำความเข้าใจระบบ

ไลท์มีอัพ! ขึ้นอยู่กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ง่ายมาก

เรามีคอมพิวเตอร์บางประเภท (ในกรณีนี้คือ Raspberry Pi) ซึ่งสื่อสารแบบอนุกรมกับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ของเรา บอร์ดนี้จะรันคำสั่งซีเรียลเฉพาะเช่น "RGB(255, 255, 255)" ซึ่งจะทำให้ LED-Strip ของเราเปลี่ยนเป็นสีขาว

เมื่อเราได้ค่าสามค่าสำหรับ RED, GREEN และ BLUE ที่จำเป็นสำหรับ 4pin LED-Strip ของเราแล้ว เราจะดำเนินการ analogWrite (พิน, ค่า) เพื่อจัดหาทรานซิสเตอร์ TIP120 ของเราด้วยสัญญาณ PWM

สัญญาณ PWM นี้ช่วยให้ทรานซิสเตอร์สลับพินสีที่สอดคล้องกันซึ่งตัวสะสมเชื่อมต่อกับกราวด์ ในระดับที่กำหนดหรือเปิด/ปิดโดยสมบูรณ์ ใช่ "ถึง" มากมาย:)

ด้วยการผสมเอาท์พุตทรานซิสเตอร์สามตัวเข้ากับพินสีของแถบ LED เราสามารถสร้างสีใดก็ได้ที่เราต้องการ!

ด้วยความเข้าใจนี้ เราสามารถโจมตีความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดของโครงการนี้ เว็บซ็อกเก็ตเซิร์ฟเวอร์ และการเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับ Arduino ของเรา

ขั้นตอนที่ 2: การเขียน WebSocketServer

ตอนนี้ เราต้องสร้างเว็บเซิร์ฟเวอร์บางประเภท ซึ่งช่วยให้เราถ่ายโอนข้อมูลไปมาโดยไม่ต้องรีเฟรชเพียงครั้งเดียว เพื่อให้ได้การควบคุมแถบ LED แบบเรียลไทม์

โปรดทราบว่าแน่นอนว่าการสื่อสารแบบเรียลไทม์นั้นเป็นไปไม่ได้ จะมีความล่าช้าอย่างน้อยสองสามมิลลิวินาทีเสมอ แต่สำหรับสายตามนุษย์นั้นถือว่าเรียลไทม์มาก

สามารถทำได้โดยง่ายโดยใช้ไลบรารี socket.io หากคุณใช้ Node.js เหมือนที่ฉันทำ อย่างไรก็ตาม คุณสามารถใช้ภาษาโปรแกรมที่คุณชื่นชอบได้เสมอ

เราจะจัดการกับการเชื่อมต่อ websocket ซึ่งช่วยให้เราถ่ายโอนข้อมูลอินพุต เช่น สีที่คุณต้องการตั้งค่าแถบ LED หรือข้อมูลสถานะเช่น "LED ON" แบบสองทิศทางโดยไม่ต้องรีเฟรช

คุณลักษณะที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งที่เซิร์ฟเวอร์ควรมี แต่ไม่จำเป็นก็คือการเข้าสู่ระบบอย่างง่าย ฉันเข้าสู่ระบบโดยใช้ชื่อผู้ใช้และรหัสผ่านอย่างง่าย ข้อมูลเหล่านี้จะถูกโพสต์ไปยังเส้นทาง /login ของเซิร์ฟเวอร์ ซึ่งจะเปรียบเทียบชื่อผู้ใช้กับรายชื่อผู้ใช้ (ไฟล์.txt) และรหัสผ่านที่เกี่ยวข้องในรูปแบบที่เข้ารหัส SHA256 คุณคงไม่อยากให้เพื่อนบ้านยุ่งกับแถบไฟ LED ในขณะที่คุณเพลิดเพลินกับเครื่องดื่มแก้วโปรดบนที่นั่งที่สบายที่สุดใช่ไหม

ตอนนี้หัวใจของเซิร์ฟเวอร์คือการสื่อสารแบบอนุกรม

เซิร์ฟเวอร์ของคุณต้องสามารถสื่อสารแบบอนุกรม - ใน Node.js สามารถทำได้โดยการเปิดพอร์ตโดยใช้ไลบรารี "พอร์ตอนุกรม" แต่ก่อนอื่นให้กำหนดชื่อพอร์ต Arduino ของคุณบนคอมพิวเตอร์ที่โฮสต์เซิร์ฟเวอร์ ขึ้นอยู่กับระบบปฏิบัติการของคุณ พอร์ตจะมีชื่อต่างกัน กล่าวคือ บน Windows พอร์ตเหล่านี้มีชื่อว่าพอร์ต "COMx" ในขณะที่บน linux จะมีชื่อว่า "/dev/ttyUSBx" โดยที่ x คือหมายเลขพอร์ต USB

ขั้นตอนที่ 3: สร้างโปรโตคอลของคำสั่งแบบอนุกรม

ในภาพด้านบน คุณจะเห็นโค้ด Arduino IDE จริงที่รับผิดชอบการควบคุม RGB เป้าหมายของขั้นตอนนี้คือการทำให้เซิร์ฟเวอร์ที่เขียนเองและบอร์ด Arduino คุยกันได้สำเร็จ

เมื่อคุณเปิดพอร์ตซีเรียลสำเร็จแล้ว คุณจะต้องสามารถส่งคำสั่งไปยังบอร์ดที่จะดูแลความต้องการของคุณ ตัวอย่างเช่น หากเราวาดนิ้วเหนือตัวเลือกสีบนหน้าเว็บ HTML โค้ด RGB ควรถูกส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์ จากนั้นจึงส่งไปยัง Arduino ของคุณเพื่อประมวลผลชุดค่าต่างๆ

ฉันใช้ jscolor พวกเขามีการนำองค์ประกอบการเลือกสีคุณภาพสูงมาใช้อย่างยอดเยี่ยม ซึ่งเป็นเจ้าของเหตุการณ์ที่เรียกว่า "onFineChange" ซึ่งช่วยให้ข้อมูลกระบวนการของคุณจากตัวเลือกสีทันทีที่ค่ามีการเปลี่ยนแปลง