Dzisiejszy artykuł przedstawia stację pogody z dość unikatowym sposobem przedstawienia danych. Projekt ten zawiera macierz adresowalnych diod LED o wymiarach 22 x 13, umieszczonych w celu podawania aktualnej pogody w postaci słów. Jednostką obsługującą diody jest Raspberry Pi, który wykonuje program napisany w języku Python. Kod działa w taki sposób, że pobiera prognozę pogody z API w stałych odstępach czasowych, a następnie wyodrębnia z niej dane. Po pobraniu informacji i ich przetworzeniu, odpowiednie diody są zaświecane reprezentując słownie obecną pogodę. Konstrukcja ta może być zamontowana na półce, biurku czy powieszona na ścianie.
Poniżej znajduje się szczegółowy opis budowy stacji.
Krok 1: Potrzebne Materiały
Do wykonania konstrukcji potrzebujemy:
Hardware
• Raspberry Pi z zainstalowanym Raspbianem i skonfigurowanym połączeniem z internetem (w tym projekcie autor prototypował na Rpi 3, a finalny projekt zrobił na Raspberry Pi Zero)
• Zasilacz 5V o wydajności prądowej powyżej 4A
• Gniazdo 2.1mm jack lub konektor MicroB USB (w zależności od wtyczki z zasilacza)
• Kondensator – 1000 µF, o napięciu znamionowym 6.3V lub wyżym
• Rezystory (300-500Ω)
• Układ scalony 74AHCT125
• 5 metrów adresowalnych diod LED RGB (60 ledów na metr)
• Płytka stykowa, przewody połączeniowe
* Należy zauważyć, że w przypadku prototypowania na Rpi Zero, musimy również mieć:
• przejściówkę męski micro USB na żeński USB
• przejściówkę mini HDMI na standardowy HDMI
Software
• Biblioteka NeoPixel dla Raspberry Pi - rpi_ws281x library (link)
• Program Files - apiboot.txt i weather_word.py (link)
• Klucz API z WeatherUnderground (link)
Inne materiały
• Rama o wymiarach 28 x 35,5 cm Shadow Box Frame
• Arkusz przezroczystego materiału o wymiararze 28 x 43 (np. Acetat)
• Tektura
• Czarna torba na śmieci
• Pistolet do kleju na gorąco i klej
• Taśma dwustronna (w celu montażu ledów, płytki stykowej i Rpi)
• Odpowiedni klej (do przymocowania szablonów)
Specialne narzędzia
• Lutownica (do łączenia rzędów adresowalnych diod oraz do lutowania złącz w Rapsberry Pi Zero
• Nożyczki i noże
• Drukarka laserowa (do drukowania na przezroczystym tworzywie)
Szablony
• Dół (Link do pobrania)
• Góra (Link do pobrania)
• Bok (Link do pobrania)
Krok 2: Górne i dolne wzory
W tym projekcie istotne jest wyśrodkowanie dolnej i górnej warstwy szablonu w ramie, aby nie blokowały przebiegającego światła. Żeby to zrobić mierzymy szerokość i długość obudowy. W przypadku konstrukcji autora to: 27,94 x 35,71 cm.
Następnie wycinamy kawałek tektury o wymiarach zmierzonych wcześniej i sprawdzamy czy otrzymany element pasuje do posiadanej obudowy. Będzie on podstawą dla wszystkich kolejnych elementów: diod, przegród świetlnych oraz elektroniki.
Po spasowaniu tektury wycinamy ponownie arkusz o wymiarach około 35 x 10 cm, posłuży on za przegrodę świetlną oddzielające słowa (opis wykonania w dalszych krokach).
Po wycięciu przyszłych przegród, drukujemy dwukrotnie dolny szablon z literami na kartce o wymiarze A3 (musimy być pewni, że drukujemy obraz niewyskalowany przez komputer). Po wydrukowaniu przyklejamy go na wcześniej przygotowaną tekturę i upewniamy się, że większość papieru dobrze przylega do tektury (jest to ważne, ponieważ ledy i przegrody będą na niej umieszczone). Drugą kopie szablonu zostawiamy na później w celu ewentualnych pomiarów i porównań z górnym szablonem.
Teraz drukujemy jedną kopię szablonu na którym są narysowane linie oddzielające słowa (Bok) na papierze o rozmiarze A3. Tutaj również upewniamy się, że drukujemy w 100% skali, bez ingerencji oprogramowania do drukowania. Linie widoczne na tym szablonie powinny oddzielać kolejne rzędy liter na dolnym szablonie oraz służyć jako pomoc w zrobieniu prostych przegród świetlnych. Po wydrukowaniu przyklejamy go na wcześniej przyklejony szablon z literami.
Kolejnym krokiem będzie drukowanie trzech kopii szablonu górnych liter (Top Word Template) również na przezroczystym arkuszu A3 z wykorzystaniem drukarki laserowej (autor udał się w tym celu do lokalnej drukarni). Znowu upewniamy się, że drukujemy w rzeczywistych wymiarach i że drukowany obraz jest wycentrowany na przezroczystym arkuszu. Następnie porównujemy otrzymany wyrób z wcześniej odłożoną kopią dolnego szablonu - powinny być w miarę takie same. Potem przycinamy każdą kopię tak, aby pasowała do obudowy konstrukcji i przyklejamy je do niej.
krok 3: Przygotowanie diod LED
Macierz diod zamontowana w stacji pogody jest zbudowana z 22 rzędów pasków z adresowalnymi diodami LED RGB (13 diod na rząd). Ponieważ diody dostajemy w wielometrowych odcinkach, musimy przyciąć każdy pasek sami. Robimy to poprzez dokonanie cięcia pomiędzy padami trzynastej i czternastej diody.
Po wycięciu pasków, przyklejamy każdy rząd do dolnej podstawy za pomocą taśmy dwustronnej. Robimy to w następujący sposób:
• umieszczamy pierwszy pasek na górze szablonu i upewniamy się, że strzałka (wydrukowana na paskach) pokazuje na prawo
• kolejny kawałek umieszczamy tak, żeby strzałka pokazywała w lewo
• ponawiamy schemat działania dla pozostałych 20 pasków.
Po przyklejeniu diod łączymy wszystkie piny danych ze sobą, a zasilanie (plus i minus) lutujemy w grupach po 5 rzędów. Autor radzi, żeby na końcu każdego rzędu wywiercić otwór na przewody i ułożyć je pod podstawą. Takie rozwiązanie ułatwia późniejsze układanie bocznych przegródek świetlnych. Widoczne na poniższych zdjęciach wystające kable spowodowały, że trzeba było wyciąć rowki w przegródkach.
Krok 4: Przygotowanie i budowa przegród świetlnych
Przygotowanie:
Na początku musimy zdobyć cienką tekturę z której wytniemy przegrody. Autor w tym przypadku użył pudełka od płatków śniadaniowych. Po zdobyciu materiału wycinamy 46 pasków o rozmiarze 22 x 2,5 cm i przy pomocy taśmy dwustronnej sklejamy każde 2 paski ze sobą, w sumie otrzymując 23 przegrody. Robimy to w celu uzyskania lepszej stabilności każdej z przegród. Następnie wycinamy dodatkowych 5 pasków z których później ułożymy słowa.
Budowa przegród:
Przegrody oddzielające rzędy i słowa:
Odseparowanie poszczególnych rzędów robimy w taki sposób, że przyklejamy tekturki do podstawy za pomocą kleju na gorąco. Tym samym pamiętamy, aby użyć dość dużej ilości kleju oraz działać szybko w celu uzyskania dobrego kontaktu z klejem. Także uważamy, by każdy rząd był na równi ze wzorem przyklejonym wcześniej. Po zrobieniu barier oddzielających słowa wycinamy 47 przegród, które będą blokowały światło a przez co będą tworzyły świetlne słowa. Pamiętamy, aby nasze elementy dobrze pasowały pomiędzy tekturami. Po dopasowaniu przyklejamy je za pomocą kleju na gorąco.
Przegrody boczne:
Przycinamy kawałek z przyklejonym szablonem przygotowany w kroku drugim (35x10) na 2 paski o wymiarach 33.65 x 2.54 cm. Teraz przykładamy przygotowaną tekturę do naszej konstrukcji w taki sposób, aby linie ze wzoru były na równi z liniami rzędów na dolnym szablonie. Po spasowaniu przyklejamy paski z lewej i prawej strony za pomocą kleju na gorąco.
Dyfuzor:
Ostatnim krokiem jest znalezienie czarnego worka na śmieci i przycięcie go w taki sposób, aby przykrył całą konstrukcję. Worek spełnia dwie funkcję: rozprasza światło z diod LED oraz służy jako dodatkowa bariera świetlna.
Step 5: Podłączanie elektroniki
Jeśli wybraliśmy Raspberry Pi Zero jako jednostkę sterującą to musimy pamiętać, że nie posiada ona zamontowanego złącza dla pinów GPIO. Musimy więc przylutować przynajmniej dwa złącza do pinu 6 (masa) oraz pinu 12 (GPIO18).
Po przylutowaniu konektora, całość łączymy w taki sposób:
- minus (GND) zasilacza do minusa 74AHCT12, pinu 1 (1OE) układu 74, masy Raspberry Pi oraz minusa z wszystkich diod LED
- plus z zasilacza (5V) do pinu Vcc scalaka 74AHCT125 i do anody (+) każdej z grup diod led
- pin 12 Rpi (GPIO18) do pinu 1A od 74AHCT125
- pin 1Y od 47AHCT125 do pinu DIN od pierwszego rzędu diod LED
Opcjonalnie:
Oprócz powyższych połączeń, autor zdecydował się na dodanie kondensatora o pojemności 1000uF 6.3V na pinach zasilających w celu wygładzenia napięcia. Dodał również rezystor pomiędzy pinem 1Y układu 74AHCT125 i terminalem wejściowym DIN diod.
Również warto dodać, że prąd z zasilacza jest dostarczany do obudowy za pomocą gniazda DC.
Krok 6: Instalacja biblioteki NeoPixel i testowanie diod
W celu instalacji wyżej wymieniowej biblioteki musimy podążać za instrukcją podaną na stronie Adafruit. Oprócz czynności podanych w poradniku trzeba zainstalować bibliotekę dla języka Python i Python3 poprzez wpisanie:
Code:
cd pyton
sudo python setup.py install
sudo python3 setup.py install
(python 3 jest potrzebny ponieważ program weather_word.py jest napisany w tym języku)
Resztę wykonujemy wg. podanego poradnika na stronie Adafruit. Pamiętamy jednak o zmianie wartości stałej „LED_COUNT”, która musi odzwierciedlać aktualną ilość diod w projekcie (w naszym przypadku 286).
Krok 6: Instalacja programu "Weather Word"
Program „Weather Word” działa w taki sposób, że pobiera prognozę pogody z API w 15 minutowych odstępach i w zależności od otrzymanych danych zapala odpowiednie diody led reprezentujące dane słowa.
W celu uruchomienia API musimy otrzymać klucz API ze strony WeatherUndeground. Otrzymany klucz wprowadzimy później do pliku o nazwie "apiboot.txt".
Teraz do terminala Raspberry Pi wpisujemy następującą komendę:
Code:
git clone https://github.com/aughtnaughtzero/weather_word.git
Spowoduje ona pobieranie i instalację plików „apiboot.txt” i weather_word.py
Następnie edytujemy plik apiboot.txt i dodajemy tam nasz klucz API. Teraz wprowadzamy komendę na otwarcie apiboot.txt w edytorze tekstu:
Code:
sudo nano /home/pi/weather_word/apiboot.txt
Po otwarciu pliku tekstowego usuwamy odpowiednie komentarze do ustawienia naszej lokalizacji. Po dokonaniu poprawek, zapisujemy i zamykamy edytor.
W celu przetestowania naszych zmian, piszemy:
Code:
sudo python3 /home/pi/weather_word/weather_word.py
Po wpisaniu tej komendy, program utworzy swój pierwszy log o nazwie "log.txt".
Jeśli otworzymy plik "log.txt" teraz, to otrzymamy jedynie informację o tym, że program się inicjalizuje. Cały proces trwa około 60 sekund i po tym czasie program pobierze obecną prognozę pogody. Jeśli wszystko zostało ustawione poprawnie pogoda zostanie wyświetlona na ekranie. W przypadku gdy program nie będzie w stanie pobrać prognozy w wyniku braku połączenia, ekran zaświeci się na czerwono.
Podsumowanie
Jak widzimy budowa takiej stacji może okazać się dość pracochłonnym zadaniem, jednak wynagrodzeniem za godziny pracy z pewnością będzie podziw wśród domowników oraz znajomych.
źródło: http://www.instructables.com/id/LED-Weather-Words-Forecast/?ALLSTEPS
Cool? Ranking DIY
