视觉享受！用Raspberry Pi实现圣诞树灯光秀

这个项目需要用Raspberry Pi来驱动8个交流插座，同时这些插座会与圣诞树照明灯相连。为了使灯光有动态变化，这里用的是可编程RGB LED灯。我可以用Raspberry Pi生成声音来控制这些LED的颜色，所以这个设计采用的是Raspberry Pi而不是Arduino控制器。

第一步：准备材料

先说明一下的材料是我设计时用到的，可依据自身情况做改变。

控制器部分：

1、Raspberry Pi

·SD卡

·USB WiFi网卡

2、5V SainSmart 8通道SSR模块板

·需要防止机械继电器的开关按键声影响到SSR，此模块板每个SSR有2倍的放大作用，足以支持所有的圣诞树灯点亮。

3、跳线

4、JST SM插头与插座

5、32英尺导线（或者四根8英尺线）

6、8根延长线

7、2个电源接线板

8、电源板

9、电源

·一个5V，3A或者更大的电源，用来驱动LED和Pi

·一个5V，1A或者更大的电源，用来驱动SSR模块

10、外壳

11、扬声器

LED灯部分：

1、12mm RGB LED灯（AdafruitWS2801可允许Pi产生脉冲来控制LED）

2、固定LED的塑料ABS薄片

3、反射LED灯的Lexan薄片

4、黑色喷漆

5、白色喷漆

6、木块

圣诞树：

1. 白色100 light strand x 4

2. 白色 50 light strand

3. 红色 100 light strand x 2

4. 绿色 100 light strand x 2

5. 蓝色 100 light strands x 2

第二步：调试Raspberry Pi

在接线之前，需要对Pi进行测试，确保所有元件都保持连接。调试过程还需要在装配外壳和连接监视器和键盘之前。

另外需要在Pi上安装AdaFruit的Occidentalis操作系统，然后进行以下步骤：

1） 配置PI启动命令提示符（不是GUI界面）

2） 设置无线网络接口

3） 安装Telnet和FTP服务器

4） 安装Pygame

上述安装设置指令可以在网上搜索，有大量树莓派资源可利用。

第三步：装入机壳

对如何建立该外壳不做详细的介绍，因为它只是一个木制的箱子。在外壳的两端钻1.5“直径。所有的延长线，星线从右边的孔穿过，左边的孔是通过电源板和音频输出走线。

最先安装的是的电源板和RaspberryPi，为Pi提供电压的是5V变压器（绿色部分）。

Pin2 = 5V，Pin6 接地。

一旦连接上电源和PI将启动并可以通过Telnet按照先前的步骤的安装。

第四步：连接Raspberry Pi和继电模块

断掉所有电源（电源和PI），连接5V电压至底部的两个外部电源连接器。我把这一个专用的5伏电源连接到电源板，这使Pi没有驱动继电器的全负荷，还可以驱动晶体管与外部电源继电器。

现在通过GPIO7确定GPIO0的位置。在这块B型板上：

GPIO0 = Pin 11

GPIO1 = Pin 12

GPIO2 = Pin 13

GPIO3 = Pin 15

GPIO4 = Pin 16

GPIO5 = Pin 18

GPIO6 = Pin 22

GPIO7 = Pin 7

接地脚为Pin 6， Pin 9， Pin 14， Pin 20， Pin 25

由于SSR模块的连接是固定了的，我把每个跳线修剪到合适的长度，以匹配这些元件的间距。连接所有8个输入通道，以及Pi的接地脚。

每个通道有一个LED对应SSR模块，当GPIO高电平时LED被点亮。做一个简单的测试程序来检查所有的连接，附上test.py，每个GPIO-7设置两秒钟高电平。

第五步：切割和准备延长线

每根延长线切断插头端留下连到插槽的最大可用长度，这样可允许其延伸到树的顶端。在脊髓分裂导线的端部开切割塑料保持两个连在一起的薄片。

用笔标记在每个插槽末端分别标记数字1到8，这样可以很容易地确定哪个插座对应SSR模块通道。我们还需要一个插头和一些额外的导线进行下一步。

第六步：连接交流电延长线

下一步会勾住SSR模块的输出端和8条延长线。因为导线的数量很容易混淆，所以我用配电块、订书机要将这些东西定位。

然后断电，切断上一步的插头端，并且将其插到电源板。电源板的另两端分别连接顶部和底部的配电块，同时将这两端钉住。

现在连接上个步骤的切断的延长线。这次的设计里外壳有一个1.5英寸的孔可让所有的线都穿出来，所以绿色的部分是其中的一个跳线，与接线板和SSR模块的输出端相连。为完成此电路的设计，我们需要一根更短的导线（图中蓝色部分）来连接来其他；接线板与SSR模块。随后修剪保持整齐。

第七步：测试交流电系统

我用仅仅1美元的夜灯装在所有延长线上，然后进行测试。用之前测试SSR模块的测试程序再次测试，确保每个灯连接到位。

灯盒表明每个条线可通过0.34A的电路，把两个彩灯色套在一起也只是0.68A。这远低于75 – 200V，2A的SSR级别，尽管如此我还是要仔细检查对SSR模块保险丝焊接到板。

第八步：设计星形

第一步设计了可打印的模板，现在可用来帮助木质框架和塑料定型。缩放后打印模板至合适的尺寸，我用一块4.25×0.125英寸的木材。

将模板放在表面，定住两块木头，如图片褐色部分。当两木块边缘接触后，用胶进行粘合。然后用一张薄木片将这两块木块进行调整，粘在星形上。

由于制作方法的需要，我不得不在每个接头胶干燥之前等待几个小时，才进行下一个。整个星形完成后，我用石膏板填充空隙。然后在星形内部粘上一些小塞子，以使LED组件在插入时位置固定。

将组装好的星形放在Lexan板上，按星形切割Lexan，之后检查它是否适合放在木框内，然后用2层白喷漆喷在Lexan一面，晾干24小时。

为了隐藏Lexan星形和木框架的盖子，需要用一个0.25英寸木条减少它的形状和“封顶”框架与轻盖的间隙。最后用木棍/木钉将星形附着到树顶。

第九步：制作LED造型

使用相同的模板以形成木质星，切断ABS塑料片到合适尺寸，能够插入木星即可。

然后在此使用此模板进行钻孔，总共有25个LED孔。Adafruit的 LED外面有硅酮，所以他们最好钻成成12mm的孔。

在星形外围做工作后，移动到内部完成作品。在我的计划还有LED位置接线如图所示数值在，1表示第一个LED连接器。

第十步：设计星形LED延长线

接下来准备设计一个8英尺电缆，可从外壳延伸到树顶上的星形。

修剪4个长度相等的8英尺电线，其中一端用电工胶带捆绑在一起，以保持整齐。

在捆绑的导线任意一端焊接到JST连接器，使外壳和星形连接。确保按正确的顺序，使导线在相应的位置，插入到星形后，蓝色/绿色/黄色/红色分别与其他线匹配。用万用表检查电线是否接线正确。

第十一步：连接星形与树莓派

现在需要在外壳内设计一个插座，以便星/延长线插入。

红色= 5V；蓝色=接地

可以在JST连接器端子的两条线上接通电源，RaspberryPi的电源也需连接。

其他两个连接：

黄色= 数据=MOSI = PIN19

绿色=时钟=SCLK=PIN23

依据Adafruit的教程布线。两个跳线电缆两端剥去皮，这样他们可以焊接到JST连接器。

第十二步：测试LED

在LED星形连到Pi之后，运行一个简单地测试程序，来保证这些灯能正常发光。大部分程序代码都来自AdaFruit Tutorial，包括网站论坛的帖子。在测试过程中LED的颜色会从纯蓝色变为红色。

第十三步：连接扬声器，盖上外壳

安装扬声器，用RaspberryPi来控制，插入电源板。简单的驱动扬声器音量调节旋钮可进行音量调节。

因为在这里我想看到外壳内部的情况，所以我安装了一块8.5×11玻璃在盖顶部。外壳的很大一部分区域有110 VAC暴露，所以需要进行安全防护。

第十四步：将灯挂在树上

为了以产生不同的效果/影响，我选择不同的通道布置。

第十五步：载入音乐、软件及程序

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