mirror of
https://github.com/CopterExpress/clover.git
synced 2026-05-27 21:49:32 +00:00
126 lines
13 KiB
Markdown
126 lines
13 KiB
Markdown
# Работа со светодиодной лентой на Raspberry 3
|
||
|
||
## Подключение и определение типа ленты
|
||
|
||
> **Note** Документация для версии образа, начиная с 0.14. Для более ранних версий см. [документацию для версий 0.13](https://github.com/CopterExpress/clever/blob/v0.13/docs/leds.md)
|
||
|
||
Подключите светодиодную ленту к питанию +5v - 5v, земле GND - GND и сигнальному порту DIN - GPIO30, GPIO21, GPIO18.
|
||
|
||
<img src="../assets/led_connection.png" height="400px" alt="leds">
|
||
|
||
> **Caution** Обратите внимание, что светодиодную ленту нужно питать от стабильного источника энергии. Если вы подключите питание напрямую к Raspberry, то это создаст слишком большую нагрузку на ваш микрокомпьютер. Для снятия нагрузки с Raspberry можно подключить питание к преобразователю `BEC`.
|
||
|
||
<!-- -->
|
||
|
||
> **Note** При работе с [GPIO](gpio.md) следует подключать ленту к пину GPIO21. В противном случае управление LED-лентой будет работать некорректно.
|
||
|
||
## Совместимость с ROS и Python
|
||
|
||
Чтобы корректно работать со светодиодной лентой вам нужно добавить в окружение необходимые пути к библиотекам Python и пакетам ROS, для этого необходимо добавить в файл `/etc/sudoers` следующие строки:
|
||
|
||
```
|
||
Defaults env_keep += "PYTHONPATH"
|
||
Defaults env_keep += "PATH"
|
||
Defaults env_keep += "ROS_ROOT"
|
||
Defaults env_keep += "ROS_MASTER_URI"
|
||
Defaults env_keep += "ROS_PACKAGE_PATH"
|
||
Defaults env_keep += "ROS_LOCATIONS"
|
||
Defaults env_keep += "ROS_HOME"
|
||
Defaults env_keep += "ROS_LOG_DIR"
|
||
```
|
||
|
||
## Пример программы для светодиодной ленты на RPI3
|
||
|
||
Для проверки работоспособности ленты можете использовать приведенный ниже код, данный код поочередно зажжет первые 10 диодов 3 цветами и в конце их погасит.
|
||
|
||
```python
|
||
import time
|
||
|
||
from rpi_ws281x import Adafruit_NeoPixel
|
||
from rpi_ws281x import Color
|
||
|
||
|
||
LED_COUNT = 10 # Количество светодиодов в ленте
|
||
LED_PIN = 21 # GPIO пин, к которому вы подсоединяете светодиодную ленту
|
||
LED_FREQ_HZ = 800000 # Частота несущего сигнала (обычно 800 кГц)
|
||
LED_DMA = 10 # DMA-канал для генерации сигнала (обычно 10)
|
||
LED_BRIGHTNESS = 255 # Яркость: 0 - наименьшая, 255 - наибольшая
|
||
LED_INVERT = False # True для инвертирования сигнала (для подключения через NPN транзистор)
|
||
LED_CHANNEL = 0 # '1' для GPIO 13, 19, 41, 45 или 53
|
||
|
||
strip = Adafruit_NeoPixel(LED_COUNT, LED_PIN, LED_FREQ_HZ, LED_DMA, LED_INVERT)
|
||
|
||
strip.begin()
|
||
|
||
|
||
def colorWipe(strip, color, wait_ms=50):
|
||
"""Заполнение ленты цветом по одному светодиоду."""
|
||
for i in range(strip.numPixels()):
|
||
strip.setPixelColor(i, color)
|
||
strip.show()
|
||
time.sleep(wait_ms/1000.0)
|
||
|
||
|
||
print('Color wipe animations.')
|
||
colorWipe(strip, Color(255, 0, 0), wait_ms=100) # Заполнение красным
|
||
colorWipe(strip, Color(0, 255, 0), wait_ms=100) # Заполнение зелёным
|
||
colorWipe(strip, Color(0, 0, 255), wait_ms=100) # Заполнение синим
|
||
colorWipe(strip, Color(0, 0, 0), wait_ms=100) # Выключение ленты
|
||
```
|
||
|
||
> **Note** Вы так же можете использовать тестовый код разработчиков данного модуля. Вы можете его [скачать](https://github.com/rpi-ws281x/rpi-ws281x-python/tree/master/examples "Github разработчика") из репозитория разработчика.
|
||
|
||
Сохраните программу в ваш скрипт и запустите его используя права администратора:
|
||
|
||
```bash
|
||
sudo python YourScriptName.py
|
||
```
|
||
|
||
## Основные функции используемые для работы со светодиодной лентой
|
||
|
||
Для подключения библиотеки и её корректной работы требуется подключить следующие модули: `Adafruit_NeoPixel` и `Color` - для работы ленты и `time` – для управления задержками.
|
||
|
||
```python
|
||
from rpi_ws281x import Adafruit_NeoPixel
|
||
from rpi_ws281x import Color
|
||
import time
|
||
```
|
||
|
||
Для работы с лентой необходимо создать объект типа `Adafruit_NeoPixel` и инициализировать библиотеку:
|
||
|
||
```python
|
||
# Создание объекта NeoPixel c заданной конфигурацией
|
||
strip = Adafruit_NeoPixel(LED_COUNT, LED_PIN, LED_FREQ_HZ, LED_DMA, LED_INVERT)
|
||
# Инициализация библиотеки, должна быть выполнена перед другими функциями
|
||
strip.begin()
|
||
```
|
||
|
||
Основные функции, которые используются для управления лентой:
|
||
|
||
+ `numPixels()` - возвращает количество пикселей в ленте. Удобно для цикличного управления всей лентой целиком.
|
||
+ `setPixelColor(pos, color)` – устанавливает цвет пикселя в позиции `pos` в цвет `color`. Цвет должен быть 24 битным значением, где первые 8 бит - красный цвет \(red\), следующие 8 бит - зелёный цвет \(green\) и последние 8 бит - голубой \(blue\). Для получения значения `color` можно использовать функцию `Color(red, green, blue)`, которая составляет это значение из 3х компонент. Каждый компонент должен находиться в диапазоне 0-255, где 0 – отсутствие цвета, а 255 – наибольшая доступная яркость компонента в светодиодном модуле.
|
||
+ `setPixelColorRGB(pos, red, green, blue)` – устанавливает цвет пикселя в позиции pos в цвет, состоящий из компонент `red`, `green`, `blue`. Каждый компонент должен находиться в диапазоне 0–255, где 0 – отсутствие цвета, а 255 – наибольшая доступная яркость компонента в светодиодном модуле.
|
||
+ `show()` – обновляет состояние ленты. Только после её использования все программные изменения перемещаются на светодиодную ленту.
|
||
|
||
## Почему именно так и можно ли по-другому?
|
||
|
||
Основной тип ленты, который используется для Клевера 3 управляются по принципу: для массива светодиодов в ленте отправляется пакет данных по 24 бита на светодиод; каждый светодиод считывает первые 24 бита из пришедших к нему данных и устанавливает соответствующий цвет, остальные данные он отправляет следующему светодиоду в ленте. Нули и единицы задаются разными сочетаниями длительностей высокого и низкого уровня в импульсе.
|
||
|
||
Используемый тип ленты поддерживаются для управления библиотекой [rpi_ws281x](https://github.com/jgarff/rpi_ws281x), при этом для управления используется модуль DMA \(direct memory access\) процессора распберри и один из каналов передачи данных: PWM, PCM или SPI, что гарантирует отсутствие задержек в управлении \(а управляется всё на многозадачной операционке, это важно\).
|
||
|
||
Есть некоторые особенности работы с каналами, например при передаче данных с помощью PWM \(ШИМ\) перестаёт работать встроенная аудиосистема распберри, при передаче данных по PCM блокируется использование подключенных цифровых аудиоустройств \(при этом встроенная система работает\), а при использовании SPI \(кстати, требуется специальная настройка размера буфера и частоты GPU распберри для правильной работы\) лента блокирует все остальные устройства, подключенные по этому каналу.
|
||
|
||
Есть некоторые особенности выбора канала DMA для управления лентой: некоторые каналы используются системой, поэтому их использование может привести к неприятным последствиям, например использование 5 канала рушит файловую систему Raspberry, т.к. этот канал используется при чтении-записи на SD карту. Безопасный канал – 10, он же установлен по умолчанию в приведённой выше библиотеке.
|
||
|
||
Поэтому сценарии использования LED-ленты следующие:
|
||
|
||
1. Если нам не важна работоспособность встроенного аудио на распберри \(и мы его не используем, т. к. аудио и лента будут выдавать белиберду в этом случае\), то можно использовать PWM канал \(для этого требуется подключить вход ленты к одному из следующих GPIO портов распберри: 12, 18, 40, или 52 для PWM0 канала и 13, 19, 41, 45 или 53 для PWM1 канала\).
|
||
2. Если нам не важно наличие на шине SPI других устройств, то можно управлять лентой по каналу SPI \(GPIO на распберри 10 или 38\).
|
||
Здесь требуется произвести следующие настройки \(только для Raspberry Pi 3\):
|
||
+ увеличить размер буфера передачи данных для поддержки длинных лент, добавив стройку `spidev.bufsiz=32768` в файл `/boot/cmdline.txt`;
|
||
+ установить частоту GPU для правильной частоты работы SPI, добавив строку `core_freq=250` в файл `/boot/config.txt`.
|
||
+ перезагрузить вашу Raspberry, используя команду `sudo reboot`
|
||
3. Если нам важна и работа аудио, и подключение к SPI устройств кроме лед ленты, то можно управлять лентой по каналу PCM \(GPIO 21 или 31\). При этом никаких дополнительных манипуляций с Raspberry не требуется.
|
||
|
||
Исходя из вышеперечисленных способов управления лентой, наилучшим вариантом, позволяющим управлять лентой, сохранить работоспособность встроенной аудиосистемы и возможность подключения всяческих устройств и датчиков по SPI, является управление по каналу PCM \(GPIO 21\) с использованием 10 канала DMA.
|