Цвет-пи: 9 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

В этом руководстве показано, как использовать Raspberry Pi для голосового управления светодиодной лентой RGB через веб-сайт, используя интерфейсы Web Speech API для SpeechRecognition и SpeechSynthesis.

В этом примере показано, как

• Создайте базовый веб-сайт, используя Node.js через
• Используйте интерфейсы Web Speech API для SpeechRecognition и SpeechSynthesis.
• Используйте фреймворк Cylon.js для управления светодиодной лентой RGB на Raspberry Pi
• Обмен данными через WSS (защищенные веб-сокеты) с веб-страницы в Cylon.js для управления цветом светодиода.

Примечание

• Вам понадобятся динамики или наушники, чтобы слышать синтезатор речи.
• Вам нужно будет предоставить доступ к микрофону, чтобы функция распознавания голоса работала.
• Поскольку это доступ к вашему микрофону, сайт должен работать под
• Библиотека cylon-api-socketio в настоящее время не поддерживает https. У меня есть пул-реквест, ожидающий объединения, но до тех пор вам нужно заменить /node_modules/cylon-api-socketio/lib/api.js файлом из этого репозитория.
• Для этой работы необходим пи-бластер.

Шаг 1: оборудование

1. Raspberry Pi - я использовал Raspberry Pi 2B, который у меня был, но вы можете получить стартовый комплект Raspberry Pi 3 примерно за 100 канадских долларов.
2. Светодиодная лента RGB - я играл со светодиодной лентой Minger 32,8 фута / 10 м, 600 светодиодов RGB SMD 5050. Он поставляется с контроллером и источником питания примерно за 40 канадских долларов.
3. Разъем Barrel Jack - я купил его в местном магазине электроники, что-то вроде этого. Просто убедитесь, подходит ли он вашему блоку питания
4. Разъемы перемычки / провод - у меня было несколько соединительных кабелей между мужчинами и женщинами и несколько сплошных соединительных проводов калибра 22, лежащих вокруг
5. Макетная беспаечная печатная плата Prototype PCB Board - что-то вроде этого
6. 3 резистора 10 кОм
7. 3 N-канальных полевых МОП-транзистора для управления светодиодами - я купил несколько IRL3303 в своем местном магазине электроники. Важно, чтобы пороговое напряжение затвора было макс. 3,3 В, чтобы он мог управляться контактами RPi; обычно обозначается буквой «L» (логический уровень) в названии.

Шаг 2: настройка Raspberry Pi

Операционная система

Обычно я использую последнюю сборку Raspbian. Скачайте образ и запишите его на SD-карту. Если вы используете компьютер с Windows, вы можете использовать Win32 Disk Imager для записи образа на SD-карту.

Node.js

Установите последнюю версию Node.js. На момент написания я использую 8.9.1

curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_8.x | sudo -E bash -

sudo apt-get install nodejs

Установить Git

sudo apt-get install git

Шаг 3: пи-бластер

pi-blaster включает ШИМ на выводах GPIO, которые вы запрашиваете у Raspberry Pi. Используемый метод чрезвычайно эффективен: не использует процессор и дает очень стабильные импульсы.

Эта широтно-импульсная модуляция позволяет Raspberry Pi управлять яркостью каждого из красных, зеленых и синих каналов для светодиодной ленты.

Сначала клонируйте репозиторий

cd / opt /

sudo git clone https://github.com/sarfata/pi-blaster.git sudo chown -R pi: pi pi-blaster

Затем соберите и установите

cd / opt / pi-blaster./autogen.sh &&./configure && make && sudo make install

Наконец, настройте, какие контакты вы хотите использовать

Под учетной записью root или с помощью sudo создайте и отредактируйте файл

/ и т.д. / по умолчанию / пи-бластер

Добавьте следующие строки

DAEMON_OPTS = - GPIO 23, 24, 25

Эти контакты gpio должны совпадать с контактами, которые вы подключаете к своей светодиодной ленте.

ПРИМЕЧАНИЕ. Между GPIO и номером пина есть разница. В этом примере используются следующие

Светодиод - синий, GPIO-23, контакт - 16

Светодиод - красный, GPIO-24, контакт - 18 Светодиод - зеленый, GPIO-25, контакт - 22

Дополнительные настройки

Запустить пи-бластер

sudo сервис pi-blaster start

Перезапустите пи-бластер

перезапуск службы sudo pi-blaster

Остановить пи-бластер

sudo service pi-blaster stop

Автоматический запуск pi-blaster во время загрузки

sudo systemctl включить пи-бластер

Предупреждения и другие предостережения

Контакты, используемые pi-blaster, будут сконфигурированы как выходы. Не подключайте что-либо ко входу, иначе вы можете его разрушить! Этот демон использует аппаратный ШИМ-генератор Raspberry Pi для получения точных таймингов. Это может помешать работе вашей звуковой карты.

Шаг 4: Настройка примера кода

Клонировать пример кода

1. Настройте базовую папку для установки в

cd / opt

sudo mkdir com.jonhaydock sudo chown pi: pi com.jonhaydockcd com.jonhaydock

2. Клонируйте пример репозитория git.

git clone

или

git clone [email protected]: haydockjp / color-pi.git

3. Установите зависимости

cd color-pi

npm install

Это может занять 2-3 минуты.

4. Этот проект должен обмениваться данными через HTTPS и WSS. В настоящее время cylon-api-socketio не поддерживает SSL-соединения. Существует открытый запрос на добавление этой поддержки, но до тех пор, пока он не будет объединен, в этом репозитории есть файл исправления. После установки npm выполните следующую команду

git checkout node_modules / cylon-api-socketio / lib / api.js

Шаг 5. Создайте самоподписанный сертификат SSL

1. Создайте файл закрытого ключа.

cd /opt/com.jonhaydock/colour-pi/certs

openssl genrsa -out цвет-pi-key.pem 2048

2. Создайте CSR (запрос на подпись сертификата).

openssl req -new -key color-pi-key.pem -out цвет-pi-csr.pem

На этом этапе вам будет предложено ввести некоторую информацию для запроса сертификата. Поскольку это самоподписанный сертификат, вам решать, насколько точно вы заполните данные. Вот пример

Название страны (двухбуквенный код) [AU]: CA

Название штата или провинции (полное название) [Some-State]: Название населенного пункта Британской Колумбии (например, город) : Название организации в Ванкувере (например, компания) [Internet Widgits Pty Ltd]: Название организационной единицы Color Pi (например, раздел) : Общее имя (например, полное доменное имя сервера или ВАШЕ имя) : color-pi Адрес электронной почты : [email protected]

Пароль вызова :

Необязательное название компании :

В этом примере просто нажмите клавишу возврата, чтобы оставить пароль проверки пустым.

3. Создайте сертификат.

openssl x509 -req -days 1095 -in color-pi-csr.pem -signkey color-pi-key.pem -out color-pi-cert.pem

4. Для дополнительной безопасности мы также создадим файл параметров Diffie Hellman.

openssl dhparam -out dh_2048.pem 2048

Это может занять 15-20 минут.

Шаг 6: Подключение схемы

Питание светодиодной ленты

Светодиодная лента питается от 12 вольт. Raspberry Pi способен выводить только 3,3 В или 5 В и не способен выводить сигнал где-либо рядом с усилителями, необходимыми для управления таким количеством светодиодов.

Важно не подключать блок питания 12 В к Raspberry Pi. N-канальные MOSFET-транзисторы используются для разделения 3,3 В на выводах RPi и 12 В источника питания светодиода.

MOSFET имеет три контакта Gate, Drain и Source. Если вы не уверены в том, какой Google для таблицы данных транзистора, который вы используете, например IRL3303

Мы собираемся подключить вывод Raspberry Pi к воротам, провод светодиода - к стоку, а общее заземление - к источнику. Когда вывод становится высоким, напряжение между стоком и источником активирует ворота и соединяет ворота с источником.

Мы также собираемся установить резисторы 10 кОм между затвором и источником, чтобы, когда на выводе RPi находится высокий уровень, мы могли защитить вывод, уменьшив ток, проходящий через него.

Следующие шаги выполняете на свой страх и риск. Я не несу ответственности ни за что, что может пойти не так

Выше есть фриттинг и фото самой схемы.

Я бы порекомендовал сделать это, когда питание RPi и светодиодной ленты отключено.

Настройте транзисторные схемы, по одной на каждый цветовой канал

1. Вставьте один из транзисторов в макетную плату, как показано на схеме.
2. Вставьте один из резисторов 10 кОм через выводы стока и истока транзистора. Это первая и последняя булавка
3. Используйте какой-нибудь провод, чтобы соединить вывод источника (последний вывод) с землей на макетной плате.
4. Повторите шаги 1–3 еще два раза, чтобы у вас было три набора - по одному на цвет (красный, зеленый и синий).

Подключите контакты RPi к плате

1. Подключите контакт 16 к контакту затвора (первый контакт) первого транзистора - это будет канал синего светодиода.
2. Подключите контакт 18 к контакту затвора (первый контакт) первого транзистора - это будет канал красного светодиода.
3. Подключите контакт 20 к одной из линий заземления на стороне макета.
4. Подключите контакт 22 к контакту затвора (первый контакт) первого транзистора - это будет канал зеленого светодиода.

Я использовал соответствующие цвета проводов светодиодам: синий, красный и зеленый. Я использовал черный цвет для земли

Подключите бочонок

1. Подключите белый провод к плюсовому концу цилиндрического гнезда.
2. Подключите черный провод к минус-концу штекерного разъема.
3. Подключите черный провод к той же линии заземления на макетной плате, к которой был подключен вывод 20 RPi.
4. Подключите белый провод к + линии на макете.

Подключение светодиодной ленты

Моя светодиодная лента поставлялась с разъемом достаточно хорошего размера, чтобы ее можно было временно подключить к макетной плате. Я вставил разъем в макетную плату и подключил его к тестовой цепи.

1. Первый транзистор подключен к контакту 16. Я провел синий провод от контакта слива (средний контакт) к синему проводу на разъеме светодиодной ленты.

2. Второй транзистор подключен к контакту 18. Я проложил красный провод от

   Осушать

   контакт (средний контакт) к красному проводу на разъеме светодиодной ленты

3. Третий транзистор подключен к выводу 22. Я проложил зеленый провод от

   Осушать

   контакт (средний контакт) к зеленому проводу на разъеме светодиодной ленты

4. Наконец, я протянул белый провод от линии + на макетной плате, которая была подключена к гнезду цилиндра, к белому проводу на разъеме светодиодной ленты.

Власть

После проверки схемы вы должны включить Raspberry Pi и подключить источник питания 12 В к гнезду цилиндра.

Шаг 7. Код на стороне сервера

Запуск кода на стороне сервера

cd /opt/com.jonhaydock/colour-pi

sudo npm start

Это запустит веб-сервер и начнет прослушивать запросы HTTPS и WSS.

ПРИМЕЧАНИЕ: не забудьте сначала запустить pi-blaster.

Переменные среды

Порт веб-сайта по умолчанию - 443, но вы можете переопределить это, установив переменную среды перед запуском кода. Например

экспорт COLOUR_PI_PORT = 2443

Порт веб-сокета по умолчанию - 1443, но вы можете переопределить это, установив переменную среды перед запуском кода. Например

экспорт COLOUR_PI_WSS_PORT = 3443

Примечание. Поскольку веб-сокет обрабатывается с помощью cylon.js, а не на основном веб-сайте, они должны быть на разных портах.

Контакты, которые используются для синего (контакт 16), зеленого (контакт 18) и красного (контакт 22), также могут быть переопределены. Например

экспорт COLOUR_PI_PIN_BLUE = 36

экспорт COLOUR_PI_PIN_RED = 38 экспорт COLOUR_PI_PIN_GREEN = 40

Примечание. Они должны соответствовать используемым физическим контактам. Если вы их измените, вам также потребуется обновить GPIO, определенные в файле / etc / default / pi-blaster. Например

DAEMON_OPTS = - GPIO 16, 20, 21

Код основного сервера можно найти в файле app.js. Этот файл запускает веб-сервер HTTPS, а также через платформу Cylon.js использует socket.io для прослушивания запросов веб-сокетов на отдельном порту.

Чтобы получить доступ к веб-сайту, вы должны открыть веб-браузер на своем основном компьютере (я тестировал это только в Chrome) и использовать IP-адрес Raspberry Pi, например

10.0.1.2/

Вы можете узнать свой IP-адрес из командной строки Raspberry Pi.

ifconfig

Веб-сервер будет обслуживать любой контент из общей папки. По умолчанию отображается страница index.html.

Cylon.js создает конечную точку, к которой вы можете подключить Socket.io.

10.0.1.2:1443/api/robots/colour-pi

Вы можете отправить сообщение set_colour через сокет, чтобы установить значения красного, зеленого и синего цветов.

device.emit ('set_colour', r, g, b)

Это вызывает команду set_colour, которая вызывает функцию setColour в app.js. Эта функция устанавливает уровни яркости для каждого из значений R, G и B от 0 до 255. Где 0 - выключено, а 255 - полностью включено.

например

Красный r = 255, g = 0, b = 0

Зеленый r = 0, g = 255, b = 0 Синий r = 0, g = 0, b = 255 Белый r = 255, g = 255, b = 255 Черный / Выкл. R = 0, g = 0, b = 0

Шаг 8: Код веб-сайта

Общий

Веб-сайт использует распознавание голоса для выбора цветов из заранее определенного списка. Чтобы добавить цвет в список, отредактируйте файл на сервере: public / data / colours.json

например

"красный": "# FF0000", Когда цвет найден или выбран в раскрывающемся списке, в поле вывода будет установлен этот цвет, и через socket.io будет отправлено сообщение на Raspnerry Pi, который установит светодиоды на тот же цвет.

ПРИМЕЧАНИЕ: в зависимости от того, насколько хороши ваши светодиоды, вы можете увидеть или не увидеть похожий цвет. Некоторые легче скопировать, чем другие

При первой загрузке веб-сайта, поскольку вы используете самозаверяющий сертификат SSL, вам нужно будет подтвердить это в браузере. Вы должны увидеть предупреждение системы безопасности о сертификате.

Распознавание голоса

В этом поле есть значок микрофона. Если вы щелкните значок, когда он зеленый, он начнет прослушивать цвета. Во время прослушивания он станет красным. Он будет прослушивать короткое время, а затем остановится. Щелчок по значку микрофона, когда он красный, также остановит его прослушивание.

Поскольку этому сайту требуется доступ к вашему микрофону, вам нужно будет дать ему разрешение при появлении запроса.

ПРИМЕЧАНИЕ. Для этой части вам понадобится микрофон. Я использую камеру на своей веб-камере.

Промежуточная стенограмма

Это поле отслеживает угадывание слов, которые вы говорите, по мере того, как вы их произносите.

Заключительная стенограмма

Этот ящик отслеживает окончательное предположение о том, что вы сказали.

Известные цвета

Это список всех цветов, о которых знает страница. Он создается из файла colours.json. Если вы выберете один из этих цветов, страница будет озвучивать цвет и устанавливать выходной цвет.

ПРИМЕЧАНИЕ. Для прослушивания речи вам потребуются динамики или наушники.

Найденные цвета

Эта веб-страница в настоящее время поддерживает только соответствие цвета. Если слово или слова, которые вы произнесли в микрофон, совпадают с названием известного цвета, или вы выбираете цвет из списка «Известный цвет», он будет добавлен сюда как журнал.

Выход

Здесь будет отображаться последний найденный цвет. Значение Color Hex (например, # 7cb9e8) и значение RGB (например, 124, 185, 232) будут отображаться в виде текста, а фон поля посередине будет установлен на фактический цвет.

Этот цвет также отправляется на Raspberry Pi, и вы должны увидеть изменение цвета светодиодной ленты.

ПРИМЕЧАНИЕ: если вы не видите изменения цвета светодиода, попробуйте перезапустить pi-blaster и / или приложение node.js.

перезапуск службы sudo pi-blaster

sudo npm start

Известные голоса

В этом поле отображается список «Известных голосов» из поддерживаемого SpeechSynthesis. Выбор одного из этих голосов изменит голос и язык, который вы будете слышать, и он будет произносить имя голоса.

Это также изменит язык SpeechRecognition, чтобы он был таким же, как выбранный в списке.

Шаг 9: Наконец

Вот пример того, что вы должны увидеть.

Пожалуйста, дайте мне знать, если у вас возникнут проблемы, и я могу обновить их по мере необходимости.