我喜歡圣誕裝飾品和燈飾，因此很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)我一直想做一個(gè)可編程的 LED 項(xiàng)目。最近，我制作了一個(gè)由 LED 燈、乒乓球和樹莓派 Zero 組成的燈陣列。這個(gè)項(xiàng)目相對(duì)簡(jiǎn)單并且具有教學(xué)價(jià)值，因此我認(rèn)為它非常值得分享。

整個(gè)彩燈由我設(shè)計(jì)，但其中一些靈感也來(lái)自 YouTube。你可以在我的 ??Git 存儲(chǔ)庫(kù)?? 中找到源代碼和制作說(shuō)明。

購(gòu)物清單

• ??樹莓派 Zero??
• ??樹莓派保護(hù)殼??
• 5V 2A 的電源線
• 展架
• 255 個(gè)乒乓球
• 熱熔膠槍和若干熱熔膠棒
• 烙鐵
• 焊錫絲
• 22 AWG 0.35mm 實(shí)芯線
• 10 米 WS2812(B) LED 燈帶（每米 30 像素）
• 萬(wàn)用表
• 鋼絲鉗
• 剝線鉗

設(shè)計(jì)樹莓派的燈光效果

這個(gè)設(shè)計(jì)是根據(jù)我展框的大小決定的。我在全球速賣通買到了每米 30 像素的燈帶，它可以輕松地切成 0.5 米的長(zhǎng)度，每條有 15 個(gè) LED 燈。乒乓球的直徑是 40 毫米，所以我測(cè)量并隔開 40 毫米劃了線，LED 燈條放在每隔 40 毫米的中間部分，這就產(chǎn)生了 17 條線。因此我的燈光陣列是 15×17。你可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整尺寸。

為了給燈帶和樹莓派供電，我在電路板底部設(shè)置了數(shù)據(jù)線和電源線。我的 LED 燈不需要很多電，所以我使用樹莓派 Zero 的 5V 輸出 GPIO 為它們供電。當(dāng)我以 50% 的亮度運(yùn)行時(shí)，這個(gè)亮度已經(jīng)足以在白天和晚上透過(guò)我的窗戶看到。

布線

我從電路板的底部以之字形開始布線，這使得焊接非常容易，因?yàn)槊啃械哪┪膊槐胤祷氐矫啃械拈_頭。

我的線路大致像這樣（為清楚起見，這里進(jìn)行了簡(jiǎn)化，實(shí)際上它一共有 17 行）：

<---------------\                |/---------------/|\---------------< # 這里連接樹莓派

使用樹莓派制作顯示屏

當(dāng)設(shè)計(jì)和布線的工作完成后就可以開始制作顯示屏了。

我在展板上測(cè)量并繪制了線路。我的燈帶背面有膠帶，所以我只需要取下背襯并將其貼在展板上。我檢查了每個(gè)燈帶的位置和數(shù)據(jù)線的方向，以確保燈帶可以按照樹莓派的指令正確串聯(lián)起來(lái)。

連接好所有燈帶后，我剪下三段長(zhǎng)度相同的電線，并將每個(gè)燈帶末端的電源線、數(shù)據(jù)線和接地線連接到其上方。

Connect each light strip at the end of each line.

在線路連接完成后，我檢查了每條燈帶之間的電源線和地線之間的連接，以確保其連通性。我還檢查了是否存在錯(cuò)誤的橋接，所以我驗(yàn)證了電源線和地線之間的連接。我還進(jìn)行了一些測(cè)試以確保所有燈都正常點(diǎn)亮（鏈路測(cè)試參閱 ??測(cè)試代碼??）。

完成上述工作后，我開始在乒乓球上剪洞，用剪刀刺入乒乓球的底部，然后剪一個(gè)小洞讓 LED 燈穿進(jìn)去。手工不太行，每個(gè)球都不太一樣，但效果真的很好。我使用的每米 30 個(gè)像素的 LED 燈，所以每個(gè) LED 之間有大約 30 毫米的空隙。一個(gè)乒乓球是 40 毫米寬，但我不打算開始單獨(dú)焊接每一個(gè) LED！我想，這是很重要的。首先，我并不擅長(zhǎng)焊接（正如我的照片所顯示的），而且無(wú)論如何，我想“好吧，它們是乒乓球。我可以把它們壓在一起！”

我是這樣做的：

在 LED 燈上滴上熱熔膠，然后在 LED 上放了一個(gè)乒乓球并按住大約五秒鐘，就粘好了一個(gè)乒乓球。粘貼下一個(gè)乒乓球時(shí)我只需要擠著上一個(gè)乒乓球，就能讓所有乒乓球都變得整齊了。我對(duì)它的外觀很滿意。它還有一個(gè)很好的好處，就是掩蓋了我糟糕的焊接工作；)

It's a tight fit, but the 40mm ping pong balls fit in a 30mm space just fine.

我繼續(xù)為余下的乒乓球進(jìn)行焊接。盡管這個(gè)過(guò)程中有幾個(gè)乒乓球被壓碎了，但最終還是順利完成了制作。

255 LEDs and 255 ping pong balls in an array.

測(cè)試代碼

測(cè)試代碼需要確保所有部件都能正常工作，為此我使用了這個(gè) ??Adafruit 指南??，它以紅、綠和藍(lán)點(diǎn)亮每個(gè) LED，然后依次進(jìn)行循環(huán)。我在測(cè)試時(shí)使用它來(lái)確保我連接無(wú)誤并且焊接正常。

在此之后，我在電子表格中設(shè)計(jì)了一個(gè)網(wǎng)格，將每個(gè)像素映射到一個(gè)網(wǎng)格位置。由于我的像素編號(hào)呈之字形排列，因此很難跟蹤每個(gè) LED（例如 A1 為 256，B1 為 226）。重新映射網(wǎng)格位置能使得我在構(gòu)建圖像時(shí)更容易。

在所有準(zhǔn)備工作完成之后，我就可以在紙上和電子表格中設(shè)計(jì)圖像，然后編碼。于是我開始添加一些動(dòng)畫（使用循環(huán)并將像素變?yōu)橐环N顏色，然后變?yōu)榱硪环N顏色）。

最終的結(jié)果還算順利。

A Christmas gift in LED.

Reindeer painted with light.

An LED snowflake.

能玩一年的樹莓派彩燈

我不確定這是否已經(jīng)完全完成了。自從把它擺放到櫥窗里，幾乎每個(gè)晚上我都會(huì)添加一些新的圖像和動(dòng)畫。我已經(jīng)在考慮除夕夜的時(shí)候要做成什么樣了。它不會(huì)像圣誕裝飾品一起在圣誕節(jié)后被放進(jìn)儲(chǔ)藏室。我只需要在上面顯示其它圖案，就能使它成為一個(gè)能玩一年的彩燈！我的一個(gè)朋友推薦了像素版馬里奧，這聽起來(lái)是個(gè)好主意！

我的代碼仍然需要完善。例如，我做了一些滾動(dòng)文本，但當(dāng)我為文本的每個(gè)位置重新繪制時(shí)卻花了很多時(shí)間。我想我可以用循環(huán)做一些事情，或者圖像庫(kù)可以幫助更輕松地滾動(dòng)字母，并使添加文本更容易，而不是在每一步打開和關(guān)閉每個(gè)像素。

這里有一張照片記錄了我制作的全過(guò)程：??LED 乒乓墻??。

可以在此處觀看它的運(yùn)行視頻：??XMas 燈光展示??。

這個(gè)彩燈最終的效果我非常滿意。以后我也會(huì)嘗試更多利用 LED 彩燈完成的項(xiàng)目。我也鼓勵(lì)大家親自動(dòng)手制作一個(gè)這樣的彩燈，它會(huì)比你想象中更簡(jiǎn)單。