Доска сообщений IoT RPi LED: 3 шага (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

В этом руководстве я сделал светодиодную доску сообщений с подключением к Wi-Fi, используя Raspberry Pi (RPi). Пользователи будут подключаться к веб-серверу Raspberry Pi с помощью своих браузеров для отправки коротких сообщений, которые будут отображаться на светодиодном дисплее 8x8. Поскольку взаимодействие светодиодной матрицы 8x8 с драйвером MAX7219 в Python хорошо задокументировано другими пользователями в Интернете, этот проект фокусируется на создании интерфейса веб-сервера и использовании ZeroMQ Messaging для управления входящими сообщениями.

Обновление: вот следующий проект IoT Decimal / Hexadecimal 8x8 LED Matrix Drawing Board.

(Я являюсь фасилитатором клуба Girls Who Code Club, и я придумала этот простой проект, чтобы научить студентов дизайну веб-интерфейсов и обмену сообщениями.)

Шаг 1. Настройка оборудования

Для этого проекта требуется следующее оборудование:

• Raspberry Pi
• Источник питания USB, такой как Anker, с коротким кабелем USB - MicroUSB
• Матричный модуль MAX7219 с ленточным кабелем (Aliexpress менее 2 долларов)
• Корпус (я сделал его из картонной коробки и покрасил аэрозольной краской в черный цвет)

Настройка оборудования - самая простая часть. Просто подключите 5-жильный ленточный кабель от светодиодной матрицы к RPi согласно документации библиотеки MAX7219.

LED-> RPi ======== VCC-> GPIO Pin # 2 (5v) GND-> GPIO Pin # 6 (GND) DIN-> GPIO Pin # 19CS -> GPIO Pin # 24CLK-> GPIO Pin # 23

Я использовал двустороннюю ленту из вспененного материала, чтобы прикрепить светодиодный блок к корпусу RPi. Затем я сделал корпус из картонной коробки для размещения RPi и аккумулятора.

Шаг 2: установка программного обеспечения

RPi должен иметь следующее программное обеспечение:

• Python 3
• Веб-сервер Apache 2
• Драйвер Max7219 для Python
• Обмен сообщениями ZeroMQ

Python 3

В RPi должен быть предварительно установлен Python 3. Хотя мой код написан для Python 3, Python 2 должен работать с небольшими изменениями.

Apache 2

Настройте Apache и включите сценарии Python CGI. Ниже приведены несколько отличных ресурсов по настройке Apache на RPi, поэтому я не буду здесь повторяться. Просто следуйте инструкциям ниже, чтобы настроить Apache и CGI. Убедитесь, что скрипты *.py запускаются из браузера.

• https://raspberrywebserver.com/cgiscripting/
• https://www.knight-of-pi.org/apache-web-server-with-cgi-for-python/

Драйвер Max7291

Установите драйвер Max7219, следуя последнему руководству по установке:

https://max7219.readthedocs.io/en/latest/install.html

После установки запустите пример кода matrix_test.py для каждого руководства по установке, чтобы отобразить «Hello World» на светодиодной матрице. Это должно сработать, прежде чем переходить к следующему шагу.

Обмен сообщениями ZeroMQ

Зачем нам нужен обмен сообщениями? Попробуйте запустить приведенный выше пример кода, matrix_test.py, на двух экранах терминала одновременно. Система позволит запускать несколько кодов одновременно, но вы увидите, что сообщения накладываются друг на друга, что нежелательно. В однопользовательской среде это может не быть проблемой, поскольку вы можете убедиться, что одновременно может работать только одна программа. В многопользовательской среде, такой как Интернет, система должна создать очередь FIFO (First-In-First-Out), чтобы убедиться, что только один человек может выполнить код, пока другие ждут. Хотя для этого могут быть другие решения, я решил использовать ZeroMQ для управления очередью FIFO. Код сервера ZeroMQ содержит фактический вызов функции для отображения сообщения на светодиодной матрице по одному, в то время как веб-сервер действует как клиент ZeroMQ для запроса и отправки сообщений на сервер ZeroMQ. Таким образом, хотя несколько пользователей могут отправлять сообщения через веб-страницу одновременно, сервер ZeroMQ будет отображать только одно сообщение за раз.

Для этого проекта мы просто установим пакет Python pyzmq, а не весь пакет ZeroMQ.

запустить:

sudo pip3 установить pyzmq

Прочтите руководство по ZeroMQ на https://zguide.zeromq.org и попробуйте пример сервера и клиента hello world на Python. Скопируйте пример кода Python для сервера и клиента в RPi и убедитесь, что они работают, прежде чем переходить к следующему шагу.

Шаг 3. Настройка веб-страницы

На веб-странице я использовал фреймворк начальной загрузки css / js, чтобы страница выглядела красиво. Это совершенно необязательно.

Загрузите прикрепленный файл led_msg.tar.gz в корень или подкаталог Apache. Чтобы распаковать tar-файл с gzip, запустите:

tar -xzvf led_msg.tar.gz

Это создает следующие файлы:

msg.py (основная программа)

templates / interstitial.html (шаблон html) templates / send_msg.html (шаблон html) static / img / led_150x150-j.webp

При желании установите фреймворк начальной загрузки css / js в статический каталог.

Введите URL-адрес msg.py в вашем браузере и убедитесь, что открылась веб-страница. Не отправляйте пока сообщение !!!

Перед отправкой сообщений необходимо запустить сервер ZeroMQ, чтобы принимать сообщения от клиента веб-страницы и отображать их на светодиодной матрице. На экране ничего не будет отображаться, если сервер ZeroMQ не запущен.

Загрузите прикрепленный код max7219_server.py в свой домашний каталог, а не в корневой каталог Apache, где он может быть выполнен веб-пользователями. Запускаем как root:

sudo python max7219_server.py

Теперь сервер ZeroMQ готов принимать сообщения с веб-страницы. Введите и отправьте простое сообщение с веб-страницы. Если все настроено правильно, вы увидите это сообщение на экране сервера ZeroMQ, а также на светодиодной матрице.

Если вы хотите выключить сервер, просто нажмите Control-C, чтобы закрыть экран сервера.

Вот и все. Надеюсь, вам понравится этот проект так же, как и мне.

Одно из усовершенствований, которое вы могли бы сделать, - это сделать связь ZeroMQ между сервером и клиентами асинхронной, чтобы веб-страница не ожидала, пока отображаются другие сообщения. Также вы можете подключить дополнительную светодиодную матрицу в каскадном режиме. Я оставлю это на ваше усмотрение.