Raspberry PiとAndroidを使用してLEDストリップを制御します

こんにちは、Habrのレギュラーでゲスト。

私はHabrを長い間読んでいますが、記事を書く理由はありませんでした。再び取り上げられるまで、彼らはRaspberry Piの存在とWS2801 LEDストリップのようなものを思い出させませんでした。 ここですでに彼らは同様のものについて書いたが、Arduinaとのコミュニケーションのために、Embilightを得るために、私はチャンスを取り、 レゴとコチコフと私の記事を書くことにした 。

この記事には、写真、ビデオ、テキストはほとんどなく、主題に応じた叙情的な余談や非常に少ないコードが含まれますが、最後にはGithubのプロジェクトへのリンクがあります。 そして今、まず最初に：

それは、ある同僚がRaspberry Piesを定期的に運んでいて、特に同僚に最小限の追加料金で販売していることを知ったという事実から始まりました。 もう一度、パイについて聞いて、私は抵抗することができず、彼からそれを手に入れました。 それが何であり、それで何ができるのか、私は伝えません。だから誰もが知っているし、誰も知らない、彼らは検索できる、たくさんの記事があります。 私自身も彼と1、2週間遊んで、必要なものに合わせて落ち着きました。


しかし、ここで同じ同僚が興味深い情報を投げました：制御された（アドレス）「 ガーランド 」をIbeiから注文できます（+ 電源 、 コネクタ 、および好みと色への接続ワイヤ ）、たとえばここで説明したDYI Ambilightを取得する最も簡単な方法です 。 または、好きなようにこのガーランドで簡単に遊ぶことができます：理論的には、任意の電球を任意のRGB色でいつでも点灯できましたが、私は数年間そのようなものを所有することを夢見ていました！

ためらうことなく、彼は伊兵衛で必要な部品を注文しました。 推定配達時間は約3週間だったので、1週間のスウェーデンへの休暇旅行の準備をして気を散らす時間がありました。 帰国後、私はまだ家に1週間滞在していたので、ガーランドの接続方法について可能な限り多くの情報を見つけようとし、独自の制御アルゴリズムを作成するためのさまざまなスクリプトとライブラリを探しました。 賢明なHabraの記事はそれほど多くありませんでしたが、それはArduinaとの束についてであり、いくつかのリンクがこの Pythonプロジェクトにつながりました。 埋め込みのタスクがなかっただけで、私の魂はPythonにうそをついていないので（私はJavaとAndroidが大好きです）、自分にとって有益な情報はあまり見つかりませんでした。 空き時間があったので、ガーランドは来ませんでした。Androidで簡単なガーランドシミュレーターアプリケーションを実行し、後者の制御アルゴリズムをいくつか作成することにしました。 アプリケーションは非常にシンプルで、曲がっていないため、誰にも見せることもありませんでした。

先週末、待望のレゴ42009の箱がノボシビルスクから持ち込まれました。これは、ガーランドについての私の考えを一時的に覆い隠してしまいました。

レゴの組み立て計画は、中国からの小包の到着が予想される来週末に設定されました。 レゴボックスのグランドオープンと現在のトップレゴテクニックセットの組み立て、または過去数年の夢のあるゲーム-長い間考えていました。 パッケージは金曜日の夕方に到着し、土曜日の朝にデザイナーの組み立てとタイムラプスアセンブリプロセスの削除を開始する予定でした。
もちろん、金曜日の夜には抵抗できず、パイでガーランドを接続しようとしましたが、必要な配線がなかったため、RPiのGPIOポートへの接続は困難でした。 いくつかの古い投稿を見つけ、古いマウスを解体し、インターネット上の記事を読んで、彼は少なくともなんとかしてガーランドを接続し、トライアルスクリプトを実行しようとしました。 しかし、すべてが無駄でした。 電源がガーランドに接続されると、最初のライトが白色ライトで点灯し、それだけで、パイで何を始めても反応はありませんでした。 多くの苦痛の後、私は問題を朝まで延期することにしました。

午前中、写真家の友人がレゴの組み立てと撮影を手伝いに来ました。彼と一緒に花輪をパイにつなげようとしても失敗しました。 1時間後、彼らはこのビジネスを放棄し、移動式クレーンの組み立てのためにアパートの環境を整えに行きました。
[叙情的な余談]
アセンブリは突然終了し、クレーンはすべての期待を満たしました。それは、思った以上に、アセンブリプロセス自体が困難で魅力的でした。 タイムラプスビデオビルドはこちらでご覧いただけます 。
[/余談]

彼らは計画よりも遅れて開始し、さらに遅く終わったので、彼らはもうガーランドに戻りませんでした。 しかし、翌日の午後、もう一人の友人が到着しました。彼はすでに専門家であり、鉄片であり、同時にガーランドをパイに接続するために非常に必要な長さの異なるワイヤーとコネクターを持ってきました。 彼らは彼と一緒に座って選んだ。 おそらく5時間を費やし、おそらく無駄に思えます。 最初は、花輪は外部刺激、つまり私たちの刺激にまったく反応しませんでした。 その後、パイに接続するためのコネクタに触れると、最初のいくつかのライトが点滅し始めることがありました。 1時間後、指でパイに行くワイヤを閉じると、ガーランドの最初のいくつかのライトが点灯または消灯することがわかりました。 そのため、スクリプトはまだ機能していますが、スクリプトが機能しない理由を理解する必要がありました。 Pythonスクリプトの簡単な分析により、デバイス/dev/spidev0.0使用されて/dev/spidev0.0ました。 /dev/spidev0.0 、デバイス/dev/spidev0.0システムに存在していました。 並行して、私は問題をグーグルで調べて、何かを見つけ、彼らの言うことを適用したが、役に立たなかった。

一日の終わりまでに、完全に疲れ果てて、ゲストは私を去りました、そして、彼が家を運転している間、私はパイの構成にさまようことに決めました
raspi-config
そして、過去数日間の主な叙事詩の失敗、つまり私のSPIがオフになったことを見つけます...
含まれています。 スクリプトは機能し、すべてのダイオードを白でオン/オフし、2つの無限のアクションを実行できました-フェード（段階的な外観とランダムな色でのフェード）、またはチェイス-最初から最後まで連続して点灯するライト。

幸いにも制限はありませんでした。 彼は、花輪に照らして組み立てられたレゴクレーンの写真を2枚も撮りました。




スクリプトの貧弱な機能はすぐに退屈になり、Pythonで独自の何かを書くことは非常に問題でした。 したがって、Raspberry用の単純なJavaアプリケーションを作成し、明日から開始することが決定されました。 しかし、「明日」-それは月曜日でした。 今週の月曜日に、他のすべての月曜日よりも早く仕事に行きたくなかった。 月曜日に生き延び、早めに仕事から逃げ出し、天井の下、カーペットの上端に花輪をぶら下げて、壁紙の大きな穴をぶら下げて閉じます、私のアパートでは、コードに座っていましたが、ここでは別のキャッチが待っていました。
必要なすべてのJavaパッケージをインストールしたので、Hello Worldを作成し、コンパイルしてすぐに実行することにしました。 Rapsberry Piでこのような単純なアプリケーションをコンパイルするのにも数秒かかりましたが、約5秒、さらにコードについて言うことができますか？ これは、通常のIDEの欠如と同様に、非常に不便でした。 したがって、大きなPCでコードを記述し、パイのftpにコンパイル済みクラスをアップロードし、そこでそれらを実行することが決定されました。 その後、プロジェクトが多数のファイルに成長すると、すぐにjarに収集され始めました。 最も興味深いものに到達しました。 主な質問は、Javaを使用して花輪を点火する方法です。 Googleで検索しても何も得られませんでした。CにはライブラリとPythonのスクリプトを使用したソースがありました。 最後に、このように見えました：

 spidev = file("/dev/spidev0.0", "wb") spidev.write(pixels) time.sleep(refresh_rate/1000) 

ここで、 ピクセルは花輪の球根の数の3倍のバイトの配列です。 配列内の3つの要素ごとに、各電球のRGBチャンネルの値があります。 50個の電球のガーランドがあり、それをすべて照らすには、フォーム{R0, G0, B0, R1, G1, B1, ... R49, G49, B49} 。 ヘッダーはなく、バイトの配列とflush 。
主なアイデアは、1つの電球を点灯したい場合でも、 常に配列全体をファイルに書き込む必要があるということでした。 テープ上のすべての変更を表示するには、時間遅延が必要ですが、必要に応じて変更できます。



Javaに戻ると、ファイルに書き込むためのコードはほとんど同じように見えます（ try-catch省略されています）。

 FileOutputStream spidev = new FileOutputStream(new File("/dev/spidev0.0")); spidev.write(bytes); spidev.flush(); Thread.sleep(); 

実際、デバイスでの作業の簡単なクラスを書いたので、特定の電球を特定の色で照らす、ガーランド全体を同じ色で追いかける、フェードするなど、さまざまな簡単なアクションのためのラッパークラスをいくつか書きました。 1日後、私はスタックと他の何かの別の視覚化を台無しにしました。



しかし、再び、これらの「アルゴリズム」を起動することはほとんど関心がなく、またすぐに疲れます。 直接コントロールが欲しかった。 文字列データを受け入れ、解析し、送信された「コマンド」に基づいてガーランドとやり取りする単純なサーバーを再びJavaで作成することが決定されました。 便宜上、ポート、ガーランドの電球の数、およびデバイス（ /dev/spidev0.0 ）が、サーバーの起動時にパラメーターを使用して設定されるように作成されました。
クライアントは、Android上にあります。 クライアントの最初のバージョンでは、最小限の機能がありました-オン/オフ、RGBスライダーを使用して色を設定し、別のスライダーでライトを「移動」します。 クライアントサーバーコードでの幼少期に対する嫌悪感にもかかわらず、記述されたコードは正しく機能しました。
すぐに私は50個の電球では十分ではないことに気づき、後で10x10の正方形に折り畳むことができると期待して同じ量を注文しました。これはファンタジーの飛行のための新しいフィールドです。ここでは少なくとも古典的なヘビを作ることができます。
少し後に、私の友人である学生が、クライアントサーバーコードをより正確なアーキテクチャに書き換えるのを手伝いました。今では、クライアントは所定のコマンドセットを使用してサーバーと通信し、 Objectタイプのパラメーターが各コマンドのデータとして機能するため、何でも可能です。 また、「不正アクセス」から保護するために、パスワードフィールドがサーバーに追加され、クライアントでは最初のコマンドで送信されました。 適合しない場合、サーバーはクライアントを切断しました。 これは、誰かが私のパイがどんな名前/ IPとポートで利用できるかを知っていて、ガーランドで遊ぶことができないようにするために行われました。
新しいアーキテクチャ用のコードを作り直した後、彼は機能を幅広く拡張し始めました。新しいインターフェース要素と新しい光制御アルゴリズムを追加しました。

RGBカラーとランダムカラーのちらつきと、動くものを含む虹が追加されました。 NFCは、ラベルを読み取るときに電球をオン/オフするためにねじ込まれました（最終バージョンから削除されました）。GoogleSpeechRecognizerがねじ込まれ、文字通り5つのコマンド「赤」、「緑」、「青」、 「黄色」と「虹」。 まあ、私の意見では、面白い機能は、イコライザーとしてのガーランドの全長の使用です...それはおそらくおそらく正しいでしょう：連続して点灯するランプの数は、スマートフォンのマイクによって知覚される音量に依存していました。 これはCaspaトラックの例で特に印象的に見えます-Sir Rock A Lot ：


アプリケーション機能の一般的な概要：


その後、いくつかのアルゴリズム、ルールに少し甘やかされ、サーバーとクライアントでバグを発見し、コードをわずかにリファクタリングしました。 これで、メインコントロール画面は次のようになります。
気になる人のために、すべてのコードはGithub（ ライブラリ 、 サーバー 、 クライアント ）に投稿されています。 彼が何か助けてくれたら嬉しいです。 フォーク自体の計画はバージョン2.0にあり、その機能は最後まで私はまだ決定していませんが、計画は次のとおりです。

1. コントロール画面の選択：ストレートリボン、長方形または正方形。
2. 直線に引き伸ばされたテープの現在の機能の拡張。
3. テープが正方形と長方形に折り畳まれたときのオプションのアルゴリズムのパックを書く：
   
   • 電球制御
   • 正方形の中心からのイコライザー
   • 静止テキスト/クリーピングライン
   • ヘビ
   • 他の何か。 アイデアがあれば、書いてください。私は喜んで議論し、メモします。

時間内に書くのを忘れていたささいなことから：

1.おそらくファイルに書き込む前に各ダイオードの色を調整する必要があります。これは、ライトが「冷たく」なり、値が255-255-255で青く発光するためです。 私が見つけたPythonスクリプトでは、これが行われています：

 def correct_pixel_brightness(pixel): corrected_pixel = bytearray(3) corrected_pixel[0] = int(pixel[0] / 1.1) corrected_pixel[1] = int(pixel[1] / 1.1) corrected_pixel[2] = int(pixel[2] / 1.3) return corrected_pixel 

2.アイコンは、レゴが作成したタイムラップの記録を手伝った同じ人によって描かれました。 それは私の猫の写真に基づいています- 粉


3. /dev/spidev0.0ファイルで説明されているアクションは、 /dev/spidev0.0コントローラーを備えたテープで/dev/spidev0.0機能します。 先週末、彼らはDRに、花輪ではなくリボン（ necrys ）だけを贈りました （今回は刺繍のためだけでした）。 中国から注文する時間はありませんでした。彼らは市内で私たちから購入していました。売り手は、コントローラーには同じものがあると主張しました。 誕生日のお祝いの最中に、彼らは接続を試みることにしました。 数時間の輸送に失敗したため、すべての落とし穴を知っており、誤ってプロトコルをSM16716に変更しようとするまで電源を入れることができなかったようでした。その後、テープを点灯させ、追跡することさえしましたが、それでも外に出たくはありませんでした。 単純なCプログラムを作成しても問題は解決しませんでした。3バイトの配列を書き込もうとすると、その日の作業のロジックを理解できなかったテープのセクションに点火しました。 実験後、翌日の半ばまでに、テープの新しい所有者はテープを操作するアルゴリズムを吸って理解することができました：発光ユニットごとに4バイトの配列を書き込む必要があります。最初のバイトは常に0xFFで、残りはRGBでなければなりません。 最初のバイトの値を変更すると、テープの動作が発生しますが、その意味はまだ理解されていません。 これは、コントローラー、boblightのアセンブリとパッチングの違いを考慮しており、正しく動作し、xbmcに接続するのに数日かかりました。 しかし、結果が達成された後：

残念ながら、大規模なプロジェクトを書いた経験はありませんし、コードを書き始めたとき、それまで成長するとは思いませんでした。 これは、Geetでの最初の経験であり、オープンソースでのコードのレイアウトでもあります。

ありがとう、私はそれが面白かったと思います。