這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。

圣誕節(jié)將近，我們打算制作一個(gè)可愛(ài)的LED圣誕裝飾！通過(guò)使用全彩LED和WebIOPi，我們可以用無(wú)線控制的方式實(shí)現(xiàn)裝飾彩燈在紅色、藍(lán)色和綠色之間的切換。

關(guān)于全彩 LED

圖1：RGB全彩5mm LED

RGB全彩5mm LED包含三種基本顏色：紅色，綠色和藍(lán)色。通過(guò)三種顏色相混合可以得到全彩光源。您可以使用任何的透明RGB LED，從Sparkfun，Amazon等可以購(gòu)買到這些產(chǎn)品。

要控制三種顏色，需要使用4個(gè)引腳（3個(gè)控制顏色的引腳+GND）。LED的尺寸大于一般的單色LED尺寸。

圖2：摘自O(shè)STA5131A 數(shù)據(jù)表

LED的方向取決于引腳的長(zhǎng)度。最短的引腳為圖2中左側(cè)的①。光源的三基色分別分配到每個(gè)引腳上：①綠色； ②藍(lán)色以及 ④ 紅色。③是“共陰極組”，指一組擁有陰極公共端的電子元器件。在本項(xiàng)目中，它對(duì)應(yīng)的是LED的負(fù)極，需要將其連接到GND端。

圖3：將全彩LED連接到Raspberry Pi 2

該處的接線非常簡(jiǎn)單。這次，我們將綠色連接到引腳11（GPIO 17），藍(lán)色連接到引腳13（GPIO 27），紅色連接到引腳15（GPIO 22）。根據(jù)LED 引腳來(lái)使用三個(gè)對(duì)應(yīng)并列的引腳可以使接線更加清晰易懂。

現(xiàn)在，讓我們來(lái)點(diǎn)亮全彩LED！我嘗試從WebIOPi默認(rèn)屏幕上的“GPIO 標(biāo)頭”進(jìn)行操作。（如果您使用的是WebIOPi，可以通過(guò)將設(shè)置恢復(fù)到原始狀態(tài)來(lái)顯示W(wǎng)ebIOPi默認(rèn)屏幕。取消掉[SCRIPTS]中的myproject和[HTTP]中的doc-root注釋）

如視頻中所示，光照強(qiáng)度很大，所以請(qǐng)注意不要直視它！如果您使用了LED漫射器（如橡膠帽等），就可以調(diào)低光線亮度。另外，全彩LED的光照強(qiáng)度存在個(gè)體差異，所以我們通過(guò)更改電阻值對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。

Raspberry Pi的GPIO引腳是數(shù)字輸出，所以輸出值為1或0（開(kāi)/關(guān)）。一共有2種模式×3種顏色，除了關(guān)閉狀態(tài)，可以展現(xiàn)出7種顏色，如圖4所示。

圖4：加成色

雖然可以表達(dá)出七種顏色，但如果僅僅是這樣，就太浪費(fèi)了。這種情況下，對(duì)WebIOPi編程就可以派上用場(chǎng)了。通過(guò)對(duì)WebIOPi進(jìn)行編程，您可以將燈光調(diào)整為自己喜歡的顏色。

關(guān)于 PWM

為了從WebIOPi控制全彩LED，需要使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）的方法。

PWM – Arduino

脈寬調(diào)制（PWM）是一種通過(guò)數(shù)字處理方式獲取模擬信號(hào)的技術(shù)。數(shù)字控制用于創(chuàng)建方波信號(hào)，即一種在開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)之間切換的信號(hào)。這種開(kāi)關(guān)模式可以通過(guò)改變信號(hào)處于開(kāi)狀態(tài)所用時(shí)間與信號(hào)處于關(guān)狀態(tài)所用時(shí)間之間的比例來(lái)模擬開(kāi)（5V）至關(guān)（0V）之間的電壓。“開(kāi)通狀態(tài)”所持續(xù)時(shí)間被稱為脈沖寬度。為了獲得變化的模擬值，您可以更改或調(diào)制脈沖寬度。例如，如果將LED以足夠快的頻率重復(fù)這種開(kāi)關(guān)模式，最終呈現(xiàn)出來(lái)的效果就會(huì)和輸出了0V到5V之間的用于控制LED亮度的穩(wěn)定電壓一樣。

在數(shù)字信號(hào)中，只有ON（開(kāi)）和OFF（關(guān)）這兩種類型的信號(hào)。通過(guò)使用在一個(gè)周期內(nèi)接通（ON）時(shí)間和關(guān)閉（OFF）時(shí)間之間的比例（占空比），可以處理0 至100%之間的值。

圖5：占空比

上圖中有關(guān)占空比的內(nèi)容很容易理解。再次說(shuō)明，波形處于5V時(shí)是ON，處于0V時(shí)是OFF。該比例是通過(guò)計(jì)算一個(gè)周期內(nèi)的占比獲取的。

現(xiàn)在，我們來(lái)看一看WebIOPi中的一些便捷函數(shù)。

創(chuàng)建HTML文件

我們從HTML文件開(kāi)始。WebIOPi中內(nèi)置有用于PWM控制的滑塊部件。

Javascript 庫(kù)

// Only for Chrome and Safari, create a slider that pulse out 
a 0-100% duty cycle ratio on GPIO 8
button = webiopi().createRatioSlider(8);
content.append(button);

該部件代碼內(nèi)含在示例中的51至53行。注釋文本中顯示“僅適用Chrome 和Safari”，但其實(shí)也適用Windows Internet Explorer、Opera以及Firefox等其他瀏覽器。

WebIOPi.createRatioSlider

WebIOPi.createRatioSlider (gpio, ratio)

Returns a slider that send its value as a PWM duty cycle ratio

(int) gpio: GPIO number from 0 to 53

(float) ratio: slider’s init value

要使用該函數(shù)，只要在第一個(gè)參數(shù)中輸入GPIO編號(hào)就可以了！文檔中聲明了可以為第二個(gè)參數(shù)設(shè)定初始值，但是在當(dāng)前版本中似乎并沒(méi)有對(duì)該值作出響應(yīng)（如果有興趣的話，請(qǐng)參考webiopi.js中第504行）。

現(xiàn)在，我們來(lái)為全彩LED創(chuàng)建一個(gè)HTML文件吧！

/home/pi/webiopi_sample/html/index.html

input[] { display: block; width: 160px; height: 45px; }

red

green

blue

我們制作了三個(gè)滑動(dòng)條，這樣就可以設(shè)置RGB每個(gè)顏色的值了。使用createRatioSlider函數(shù)之后的HTML輸出如下所示：

該滑動(dòng)條可以以0.01的步距在0.0至1.0（0至100%）之間滑動(dòng)。

由于已經(jīng)分配了id，如果您想要設(shè)置初始值（如第21至23行所示），您可以使用jQuery對(duì)進(jìn)行設(shè)置。

$("#ratio17").val(0);

當(dāng)您在瀏覽器中對(duì)其進(jìn)行顯示時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)如下屏幕內(nèi)容：

圖 6

為了與LED鏈接，必須在Python端執(zhí)行初始設(shè)置。

創(chuàng)建 Python 文件

因?yàn)橹档脑O(shè)置是在HTML端完成的，所以Python端只需要對(duì)初始化及終止處理進(jìn)行描述就可以了。

/home/pi/webiopi_sample/python/script.py

import webiopi
 
GPIO = webiopi.GPIO
 
RED   = 22
GREEN = 17
BLUE  = 27
 
def setup():
    # Set GPIO to PWM
    GPIO.setFunction(RED  , GPIO.PWM)
    GPIO.setFunction(GREEN, GPIO.PWM)
    GPIO.setFunction(BLUE , GPIO.PWM)
 
def destroy():
   # Light off
    GPIO.pwmWrite(RED  , 0)
    GPIO.pwmWrite(GREEN, 0)
    GPIO.pwmWrite(BLUE , 0)

由于本次使用了PWM，所以將第10到12行setFunction中的第二個(gè)參數(shù)指定為“GPIO.PWM”。如果指定為“GPIO.OUT”，脈沖信號(hào)將不會(huì)被識(shí)別，并且在您每次移動(dòng)滑動(dòng)條時(shí)它將會(huì)閃爍一秒鐘。

雖然已經(jīng)在程序末端寫入了關(guān)閉LED的處理過(guò)程，但是還是需要使用“pwmWrite”函數(shù)。

PwmWrite (Channel, Value)

Write An Integer Value To The Given PWM Channel.

REST API: POST / Devices / Name / Pwm / Channel / Integer / Value

Name (Str): Device Name From Configuration File

Channel (Int): Analog Channel Number

value (int): integer value to output from 0 to pwmMaximum

在第一個(gè)參數(shù)中輸入指定的GPIO引腳編號(hào)以及您想要為第二個(gè)參數(shù)設(shè)定的值。如果該值被設(shè)置為0，那么狀態(tài)變?yōu)镺FF，LED將會(huì)熄滅。

讓我們來(lái)運(yùn)行它！

運(yùn)行指令

sudo /etc/init.d/webiopi start

我們嘗試通過(guò)移動(dòng)滑動(dòng)條來(lái)調(diào)整顯色的光強(qiáng)，如上面視頻所示。當(dāng)調(diào)整紅色，綠色和藍(lán)色這些單色光時(shí)，您可以以漸變的形式調(diào)整光強(qiáng)。另外，將這些單色光進(jìn)行重疊，就可以顯示出疊加效果的顏色。設(shè)置很小的值將會(huì)使光強(qiáng)過(guò)弱而導(dǎo)致不穩(wěn)定，所以需要設(shè)置一定程度的光強(qiáng)以保證穩(wěn)定性。

圖7

這非常方便，因?yàn)橹恍枰蜷_(kāi)電源就可以立即啟用Wi-Fi 和WebIOPi的自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)置了。

圣誕裝飾！

圖8

安裝過(guò)程非常簡(jiǎn)單，只要將跳線直接插入LED 引腳即可，如上圖所示。有時(shí)候線會(huì)脫落，所以最好將線焊接進(jìn)去。

圖9

我將LED放進(jìn)了一個(gè)鐘形的裝飾品中，看起來(lái)很酷，不是嗎？

用Raspberry Pi的一個(gè)GPIO可以點(diǎn)亮兩個(gè)全彩LED。如果您想要連接許多個(gè)，可以使用諸如移位寄存器之類的部件來(lái)完成。

圣誕節(jié)就快到了！為什么不用這些可愛(ài)的led圣誕裝飾來(lái)增添假日氣氛呢？您也可以制造其他創(chuàng)意產(chǎn)品！比如將其放在透明的裝飾物中或者蠟燭中，或者使用大量LED制造出手工照明燈來(lái)作為您的圣誕節(jié)裝飾品！

DevicePlus 編輯團(tuán)隊(duì)

設(shè)備升級(jí)版適用于所有熱愛(ài)電子和機(jī)電一體化的人。

審核編輯黃宇