Controlador de decoração digital Pumpkin Pi: 5 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Olá pessoal, deixe-me apresentá-lo ao Pumpkin Pi. Simplificando, é um controlador de E / S para o Raspberry Pi com doze saídas programáveis, mas com um pouco de truque (ou código Python para você e para mim) ele se torna um controlador de decoração digital que oferece duas saídas de vídeo com áudio e iluminação FX sincronizado com vídeo.

O BackgroundLast Halloween Decidi criar uma vitrine temática de bruxaria, tendo descoberto recentemente as decorações digitais da AtmosFX, me senti inspirado a fazer um bom uso delas e incorporá-las à minha vitrine.

Eu precisava de uma maneira de reproduzir duas listas de reprodução de vídeo alternadamente em dois monitores diferentes (uma TV e um projetor) sem que os vídeos se sobreponham acidentalmente. Eu também queria integrar efeitos de iluminação para adicionar ao ambiente.

Mais sobre o Controller Como foi inspirado em um projeto de Halloween, achei que o nome Pumpkin Pi era muito apropriado. Destina-se a fazer o seguinte:

• Controle até 12x LEDs individuais (ou 4x tiras RGB) por meio de 12x saídas programáveis
• Operar em 12v por meio de sua própria fonte de alimentação externa
• Matrizes de transistores 3x NPN quad para suportar corrente de saída de 1 Amp por conexão
• Inclui a opção de PIR / sensor de movimento para disparar a reprodução e ações
• Reprodução de vídeo e áudio usando os recursos de vídeo do Raspberry Pi
• Dois vídeos podem ser reproduzidos simultaneamente ou alternadamente graças a ambos os Pis serem vinculados por meio de seus GPIOs para acionar ações programáveis e evitar sobreposição de vídeo indesejada
• Sincronizar iluminação FX com a reprodução de vídeo
• LEDs integrados para indicar o status de saída individual

Uso alternativoVocê também pode usar o Pumpkin Pi como uma placa de breakout com um único Raspberry Pi e ainda ter 12 saídas programáveis para controlar LEDs, motores, relés, etc.

Nota: Quer ver como usei a Pumpkin Pi na minha tela de Halloween? Confira meu Witching Hour Halloween Display Instructable.

Etapa 1: Coisas que você precisa

Para recriar o Pumpkin Pi, você precisará das seguintes ferramentas e componentes:

Ferramentas

• Ferro de solda
• Multímetro
• Cortadores de arame
• Chave de fenda (usei uma pequena lâmina chata com meus blocos de terminais)
• Broca e brocas (usei brocas de carboneto de 0,7 mm e 1,0 mm)
• PCB Etching Kit

Componentes

• Placa de PCB de cobre 1x (102 mm X 70 mm aprox.)
• 14x resistores 1kΩ
• 2 resistores de 10kΩ
• 1x resistor 4k7Ω
• 1x capacitor (opcional)
• 1x LED vermelho de 5 mm e um resistor de limitação de corrente adequado
• 12x LEDs amarelos de 5 mm com resistor integrado para alimentação de 12 V
• 3 matrizes de transistores de par Darlington ULN2074B Quad NPN
• 3x soquete IC de 16 vias
• 1x DC Jack
• 1x Cabeçalho de 2 vias
• 2x Cabeçalho Macho 2x20 de 40 pinos
• 7x Bloco de terminais de parafuso de montagem vertical para PCB de 5 mm de 3 vias
• 1 sensor PIR (opcional)

The Raspberry Pi

Você também precisará de um Raspberry Pi (ou dois) com tudo o que é necessário para utilizar o Pi. Isso inclui a fonte de alimentação Pi, o cartão MicroSD e o software Raspbian. Para obter o melhor desempenho de vídeo, eu recomendaria o Raspberry Pi 3.

Para a reprodução de vídeo, usaremos o OMXPlayer com o OMXPlayer-Wrapper (mas mais sobre isso mais tarde!).

Nota: Este Instructable assume que você tem alguma experiência ou conhecimento prático de Eletrônica, Solda, fabricação de PCB e Raspberry Pi. Se você está tentando alguma dessas habilidades pela primeira vez, recomendo que dê uma olhada em alguns dos seguintes recursos:

• Aula de eletrônicos. Inclui um guia de primeiros passos e cobre coisas como soldagem e componentes básicos.
• Tornando PCB instrutível por ASCAS. Abrange a técnica de fabricação de transferência de toner usada aqui.
• Se você quiser ir mais longe com as placas de circuito, consulte a classe de design de placas de circuito.
• Classe Raspberry Pi. Descubra mais sobre o Raspberry Pi, aprenda como configurá-lo e como usá-lo.

Etapa 2: os eletrônicos

Criando o Circuito

A primeira coisa que você precisa fazer é criar seu circuito. A maneira mais fácil de reproduzi-lo é fabricar o PCB usando o método de transferência de toner com os PDFs de circuito imprimíveis anexados. Se você ainda não tentou isso, é muito mais fácil do que você imagina e você só precisa de alguns itens para começar. Eu sempre recomendo a DIY Customized Circuit Board (PCB Making) Instructable by ASCAS.

Observação: também incluí o arquivo de design PCB que criei usando o DesignSpark.

Você vai precisar de um ferro de solda e algumas habilidades básicas de solda para montar tudo no PCB, há uma abundância de Instructables em soldagem, caso você seja novo nisso, há uma boa aula de Eletrônicos Instructables também!

Se o processo de fabricação do PCB não for para você, você também pode recriá-lo na placa strip (vero) ou em uma breadboard (eu fiz breadboard meu protótipo, como mostrado na imagem acima). No meu protótipo, usei transistores de pares darlington NPN individuais em oposição aos arranjos de transistores em um I. C. (circuito integrado).

Como funciona

É basicamente uma placa de breakout para o Pi que conecta doze dos pinos GPIO do Pi aos transistores de par darlington NPN (na forma de três matrizes de transistores). Quando a saída de Pi relevante fica alta, ele alterna o transistor para completar o circuito.

Existem também mais dois pinos GPIO que 'ligam' os dois Pis através de resistores pull-down que atuam como gatilhos (mais sobre isso na etapa 'Programando o Pi' posteriormente).

Como é alimentado

O Pumpkin Pi é alimentado por sua própria fonte de alimentação externa de 12v. Com o uso dos transistores que selecionei, ele é capaz de corrente de até 1,75 Amp por saída (ou 1 Amp neste caso devido à minha escolha de terminais de parafuso). Os Pis são alimentados por suas próprias fontes de alimentação Pi, o Pumpkin Pi exige muito pouco dos recursos de energia do Pi, pois é usado apenas para alternar transistores. O circuito inclui a opção de um capacitor de suavização, mas não é essencial. Usei um 2200uF avaliado em 16v (o que é exagero, mas eu os tinha em mãos).

LEDs indicadores e resistores

Existem doze LEDs indicadores de saída amarelos e um LED vermelho de status de energia. Certifique-se de usar o LED de limitação de corrente correto com o LED de status vermelho, o meu tem uma tensão direta de 3,2 V e uma corrente direta de 20 mA, então selecionei um resistor de 470Ω (com base na corrente de entrada de 12 V). Se você não tiver certeza de como selecionar o resistor correto para o seu LED, verifique este assistente de calculadora.

Você deve ter notado que não há resistores no circuito para cada um dos doze LEDs indicadores amarelos. Como eu queria economizar espaço na placa de circuito impresso, optei por usar LEDs com resistores integrados para alimentação de 12v.

Gatilho de movimento (sensor PIR) e substituição

O circuito inclui a opção de um gatilho de movimento. Ele utiliza um resistor pull-up, então sempre que o pino de alarme (rotulado como AL no PCB) fica baixo, ele aciona uma ação. Isso é útil se você deseja que a reprodução da decoração digital seja ativada por movimento.

O circuito também inclui um cancelamento de gatilho. Quando o override está em um estado fechado, ele vincula a entrada ao aterramento, permitindo que você dispare manualmente a ação. Use o cabeçalho de substituição de dois pinos com uma chave ou um 'jumper'.

Etapa 3: Configurando o Raspberry Pi

Instalando o Raspbian

Para começar a configurar o Raspberry Pi, você precisa preparar seu cartão MicroSD com a imagem Raspbian. Baixe a imagem mais recente aqui (Raspbian Stretch era a versão mais recente no momento em que este artigo foi escrito).

Com seu cartão MicroSD pronto, insira-o no Pi e ligue-o. Você provavelmente vai querer uma TV, teclado e mouse conectados neste momento. Por padrão, o Pi deve inicializar no sistema operacional GUI da área de trabalho, recomendo que você defina a data e o fuso horário corretos no seu Pi e talvez se conecte ao seu WiFi.

Neste ponto, geralmente certifico-me de que a conectividade SSH está habilitada para que eu possa acessar o terminal Pi pela rede via PuTTy, então eu defino o Pi para inicializar na CLI (interface de linha de comando) por padrão em vez da área de trabalho da GUI, mas isso Cabe a você.

Observação: este Instructable assume que você já está familiarizado com o Raspberry Pi, caso contrário, siga o guia oficial do Raspberry Pi para instalar imagens do sistema operacional em seu ambiente aqui: Windows, MacOS, Linux.

Dica: Se você é completamente novo no Raspberry Pi, eu recomendo que você dê uma olhada nesta Aula Instructables.

Uma vez que seu Pi esteja instalado e funcionando com Raspbian e a configuração básica esteja completa, você está pronto para fazê-lo funcionar como um reprodutor de Decoração Digital que suporta reprodução de Áudio e Vídeo. Lembre-se de que se estiver usando dois Raspberry Pi para a funcionalidade de reprodução dupla, você precisará repetir todas essas etapas no segundo Pi.

OMXPlayer-Wrapper para Python

Para reproduzir nossos vídeos de decoração digital, usaremos o OMXPlayer. Isso oferece suporte a vídeos de alta resolução (incluindo HD) em vários formatos de vídeo comuns. Embora o OMXPlayer esteja incluído no Raspbian 'pronto para uso', para torná-lo um bom jogo com os scripts Python personalizados que iremos criar, você precisará instalar o OMXPlayer-Wrapper.

Antes de instalar o wrapper, recomendo atualizar os pacotes do sistema. Execute os seguintes comandos de um terminal CLI (o Pi deve estar conectado à Internet para que isso funcione):

Atualize a lista de pacotes do sistema:

sudo apt-get update

Atualize todos os seus pacotes instalados para as versões mais recentes:

sudo apt-get dist-upgrade

Limpe o espaço usado para baixar os pacotes de atualização:

sudo apt-get clean

Em seguida, você vai querer baixar o próprio OMXPlayer-Wrapper. Para fazer isso, execute o seguinte comando, novamente a partir de um terminal CLI com o Pi conectado à Internet:

Instale o OMXPlayer-Wrapper:

sudo python3 -m pip install omxplayer-wrapper

Para obter mais informações sobre o omxplayer-wrapper, verifique os documentos aqui.

Dica: Se você encontrar erros de conexão DBUS ao tentar reproduzir vídeos usando o OMXPlayer-Wrapper, tente instalar o python3-dbus com o seguinte comando:

sudo apt-get install python3-dbus

Outras configurações e ajustes

Saída de áudio padrão

O Raspberry Pi oferece suporte à reprodução de áudio via HDMI ou jack de 3,5 mm. No entanto, se o Pi detectar que o dispositivo HDMI conectado oferece suporte a áudio, o padrão será o dispositivo HDMI. Se, como eu, você tem um dispositivo HDMI com capacidade de áudio, mas deseja que sua saída de áudio seja padronizada para o conector de 3,5 mm, você pode forçá-lo a fazer isso adicionando a seguinte linha ao arquivo config.txt no Pi:

hdmi_ignore_edid_audio = 1

Defina a saída do console como em branco

Se você não quiser que a saída de vídeo do Pi exiba a tela do console após a inicialização, você pode definir o console como em branco adicionando o seguinte ao final do arquivo /boot/cmdline.txt no Pi. Observe que é um parâmetro de comando do kernel e deve estar em uma única linha de texto:

consoleblank = 0