电子

用树莓派或 Arduino 制造 LED 矩阵彩灯

robot
2020年4月30日
650

![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/93ba00cc6acb3e332b5150cdebf12b29,w_800.jpg) 
这款 LED 矩阵彩灯使用标准的 WS2812b LED 灯，构成一个圆柱形的灯体，最后由木制边框组合而成。效果相当棒！

### 材料清单

790×384 纸板×若干（这里用的是 1.5mm 椴木板） WS2812b LED×100(30个/米) [树莓派(Raspberry Pi)](http://link.nxez.com/buy/raspberry-pi-zero)[Arduino](http://link.nxez.com/buy/arduino-uno) 木制贴片或其他柔韧行强的材料×若干 电线×若干

### 外形设计和激光切割

![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/817ee9a4c612a3cffb2158efcfa30b82,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/8fcf8d7d336f5fb186f150ff9e1e8b3c,w_800.jpg) 
 主要的设计参数就是所使用材料的厚度。 1、该版本使用了 1.5 毫米的纸板，不仅容易切割而且非常便宜。如果改变厚度， CAD 数据也要随之更改。 2、3D 设计有助于避免在组装过程中的出现问题。 3、激光切割，部件的摆放方式必须方便激光机切割，纸板使用的大小为 790×384 厘米。 4、推荐使用 Inkscape 这个工具。附带的 SVG 文件包含了项目所有部件的信息。

注意：我通过用户参数规定的厚度修改了 Fusion360 的型号，你也可调整材料的厚度并生成自己的激光切割文件。 模型的链接为:[https://a360.co/2OC2kvZ](https://a360.co/2OC2kvZ) 激光切割的 SVG 文件请在[项目文件库](https://make.quwj.com/project/109)

### 激光切割、局部组装

![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/d6658ed048db797f5bac4b2f57d14491,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/632377f8f529b37400dd086ad2c69f90,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/5e08026d23455efe190a732738d71d6f,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/ff6ab6be29bfd0307d970fc70d488ed8,w_800.jpg) 
 激光切割出以下部件： C形的水平部件×12 竖形的卡槽×18 垂直连接部件×2 LED 承载部件×20 8个C形，9个卡槽和1个连接部件可以组合成一个半圆形的造型。 在此步骤中，所有部件用卡槽连接起来，不使用胶水。

### LED 接线

![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/6f2bdeb24c81772d5a037423740505ca,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/dc96b22704e8f6cd68d442c98589583b,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/da1059d92d2c1be7b7307ec5fe7d22a3,w_800.jpg) 
 每一个 LED 灯条上有五个 LED 灯，并用胶水粘到载体上。 1、灯带的 DI（数据输入）和 DO（数据输出）引脚以Z字形的方式连接在一起，将第一条带的 DO 与下一条纹的 DI 连接，依此类推。 2、每个半圆形的需要 10 条灯带。5V 和 GND 仅在条带的一侧连接。电线的长度与矩阵的条带所需布线的长度相匹配。 3、将 LED 灯条安装到位之前，必须将所有结点用胶固定好。 4、将十个灯条用胶水固定到每半个圆柱体上。一个半圆的 DO 连接到另一半圆的 DI。第一个半圆的DI 将是 Raspberry Pi 或 Arduino 的输入。

### 第一次测试

![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/93c3f122edc8b09f71db8e50bcb4995f,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/5bffa4c76f6a42a2af8e5a518805695c,w_800.jpg) 
 为确保一切正常，将对 LED 彩灯进行第一次测试。使用 Arduino 和 Neopixel 应该是最简单的方法。

### 木质装饰

![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/900870a285a3911d4e06a34c30da1d33,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/81f715d3bdf2ebc52b1cbe5e8bb5c390,w_800.jpg) 
 测量圆柱体的直径和高度后，将木质饰面安装到位。

### Raspberry Pi、Arduino 以及电源

![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/900870a285a3911d4e06a34c30da1d33,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/262564d9fb6af6f0af78b09a97fd422c,w_800.jpg) 
 为了在 Python 中编写漂亮的矩阵效果，可以使用 Raspberry Pi。Raspberry Pi Zero 就可以，它通过 GPIO 引脚 18 连接到矩阵，并通过 74HCT245 电平转换器，使树莓派的 3.3V 适应 WS2812 的 5V。当使用更多的 Neopixel / WS2812 LED 灯时，将会使用更大的电容（2200 uF）和串联电阻（470 欧姆）。

**电源** 100个 WS2812b LED 的最大功率为 100x60mA = 6A。当然，如果降低亮度，功率损耗也会大大降低。5V 电源能够达到你想要的亮度。

**Arduino** 该矩阵可直接在 Arduino 设备上使用 Adafruit 的 [NeoPixel](https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel)[NeoMatrix](https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoMatrix)

NeoMatrix：

你可以使用 Adafruit 的 [GFX](https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library)

NeoPixel：

所需文件请在[项目文件库](https://make.quwj.com/project/109)

### 模拟

![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/b2d2d1f92468092686d90dee7db2da1e,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/6f4555e0583cbbfef01589e977dc4891,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/18ff70a87226373917235d67c21e7b5b,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/59312e03b331820c4613e069bff5b23a,w_800.jpg) 
 Python 源代码可在 [Github](https://github.com/makeTVee)

### 编程

这里设置了两种模式。在 cylinder.py 的开头定义了 PI 变量。 1、PI=False，是模拟模式，将启动一个 Python 程序用来测试所有的动画效果。需要先安装程序依赖的所有库（如 pygame，numpy 等）。在模拟模式下，圆柱体显示为 5×20 像素矩阵。 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/29d2618e4a21f0f5dc5332f919db5b16,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/d7d2f66e40acbff824e2f57aec7146b2,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/c08d6a43bd4de96c26ac10dbd113cf0e,w_800.jpg) 
 ![None](https://th.i1.quwj.com/thumb/post/2019/04/02/e40f9798c29f2c7896cacedbdf8530ba,w_800.jpg) 2、PI=True，这将驱动树莓派的 GPIO 18# 引脚。你可以使用参数自由添加其他效果。 文本使用了3×5像素的字体，由于高度有限，不是所有字母都可以完整的显示。

本文转自树莓派实验室：原文链接：https://shumeipai.nxez.com/2019/04/10/led-matrix-cylinder.html