這篇文章來源于DevicePlus.com英語網站的翻譯稿。

圣誕節將近，我們打算制作一個可愛的LED圣誕裝飾！通過使用全彩LED和WebIOPi，我們可以用無線控制的方式實現裝飾彩燈在紅色、藍色和綠色之間的切換。

關于全彩 LED

圖1：RGB全彩5mm LED

RGB全彩5mm LED包含三種基本顏色：紅色，綠色和藍色。通過三種顏色相混合可以得到全彩光源。您可以使用任何的透明RGB LED，從Sparkfun，Amazon等可以購買到這些產品。

要控制三種顏色，需要使用4個引腳（3個控制顏色的引腳+GND）。LED的尺寸大于一般的單色LED尺寸。

圖2：摘自OSTA5131A 數據表

LED的方向取決于引腳的長度。最短的引腳為圖2中左側的①。光源的三基色分別分配到每個引腳上：①綠色； ②藍色以及 ④ 紅色。③是“共陰極組”，指一組擁有陰極公共端的電子元器件。在本項目中，它對應的是LED的負極，需要將其連接到GND端。

圖3：將全彩LED連接到Raspberry Pi 2

該處的接線非常簡單。這次，我們將綠色連接到引腳11（GPIO 17），藍色連接到引腳13（GPIO 27），紅色連接到引腳15（GPIO 22）。根據LED 引腳來使用三個對應并列的引腳可以使接線更加清晰易懂。

現在，讓我們來點亮全彩LED！我嘗試從WebIOPi默認屏幕上的“GPIO 標頭”進行操作。（如果您使用的是WebIOPi，可以通過將設置恢復到原始狀態來顯示WebIOPi默認屏幕。取消掉[SCRIPTS]中的myproject和[HTTP]中的doc-root注釋）

如視頻中所示，光照強度很大，所以請注意不要直視它！如果您使用了LED漫射器（如橡膠帽等），就可以調低光線亮度。另外，全彩LED的光照強度存在個體差異，所以我們通過更改電阻值對光照強度進行調整。

Raspberry Pi的GPIO引腳是數字輸出，所以輸出值為1或0（開/關）。一共有2種模式×3種顏色，除了關閉狀態，可以展現出7種顏色，如圖4所示。

圖4：加成色

雖然可以表達出七種顏色，但如果僅僅是這樣，就太浪費了。這種情況下，對WebIOPi編程就可以派上用場了。通過對WebIOPi進行編程，您可以將燈光調整為自己喜歡的顏色。

關于 PWM

為了從WebIOPi控制全彩LED，需要使用脈沖寬度調制（PWM）的方法。

PWM – Arduino

脈寬調制（PWM）是一種通過數字處理方式獲取模擬信號的技術。數字控制用于創建方波信號，即一種在開和關兩種狀態之間切換的信號。這種開關模式可以通過改變信號處于開狀態所用時間與信號處于關狀態所用時間之間的比例來模擬開（5V）至關（0V）之間的電壓。“開通狀態”所持續時間被稱為脈沖寬度。為了獲得變化的模擬值，您可以更改或調制脈沖寬度。例如，如果將LED以足夠快的頻率重復這種開關模式，最終呈現出來的效果就會和輸出了0V到5V之間的用于控制LED亮度的穩定電壓一樣。

在數字信號中，只有ON（開）和OFF（關）這兩種類型的信號。通過使用在一個周期內接通（ON）時間和關閉（OFF）時間之間的比例（占空比），可以處理0 至100%之間的值。

圖5：占空比

上圖中有關占空比的內容很容易理解。再次說明，波形處于5V時是ON，處于0V時是OFF。該比例是通過計算一個周期內的占比獲取的。

現在，我們來看一看WebIOPi中的一些便捷函數。

創建HTML文件

我們從HTML文件開始。WebIOPi中內置有用于PWM控制的滑塊部件。

Javascript 庫

// Only for Chrome and Safari, create a slider that pulse out 
a 0-100% duty cycle ratio on GPIO 8
button = webiopi().createRatioSlider(8);
content.append(button);

該部件代碼內含在示例中的51至53行。注釋文本中顯示“僅適用Chrome 和Safari”，但其實也適用Windows Internet Explorer、Opera以及Firefox等其他瀏覽器。

WebIOPi.createRatioSlider

WebIOPi.createRatioSlider (gpio, ratio)

Returns a slider that send its value as a PWM duty cycle ratio

(int) gpio: GPIO number from 0 to 53

(float) ratio: slider’s init value

要使用該函數，只要在第一個參數中輸入GPIO編號就可以了！文檔中聲明了可以為第二個參數設定初始值，但是在當前版本中似乎并沒有對該值作出響應（如果有興趣的話，請參考webiopi.js中第504行）。

現在，我們來為全彩LED創建一個HTML文件吧！

/home/pi/webiopi_sample/html/index.html

input[] { display: block; width: 160px; height: 45px; }

red

green

blue

我們制作了三個滑動條，這樣就可以設置RGB每個顏色的值了。使用createRatioSlider函數之后的HTML輸出如下所示：

該滑動條可以以0.01的步距在0.0至1.0（0至100%）之間滑動。

由于已經分配了id，如果您想要設置初始值（如第21至23行所示），您可以使用jQuery對進行設置。

$("#ratio17").val(0);

當您在瀏覽器中對其進行顯示時，將會出現如下屏幕內容：

圖 6

為了與LED鏈接，必須在Python端執行初始設置。

創建 Python 文件

因為值的設置是在HTML端完成的，所以Python端只需要對初始化及終止處理進行描述就可以了。

/home/pi/webiopi_sample/python/script.py

import webiopi
 
GPIO = webiopi.GPIO
 
RED   = 22
GREEN = 17
BLUE  = 27
 
def setup():
    # Set GPIO to PWM
    GPIO.setFunction(RED  , GPIO.PWM)
    GPIO.setFunction(GREEN, GPIO.PWM)
    GPIO.setFunction(BLUE , GPIO.PWM)
 
def destroy():
   # Light off
    GPIO.pwmWrite(RED  , 0)
    GPIO.pwmWrite(GREEN, 0)
    GPIO.pwmWrite(BLUE , 0)

由于本次使用了PWM，所以將第10到12行setFunction中的第二個參數指定為“GPIO.PWM”。如果指定為“GPIO.OUT”，脈沖信號將不會被識別，并且在您每次移動滑動條時它將會閃爍一秒鐘。

雖然已經在程序末端寫入了關閉LED的處理過程，但是還是需要使用“pwmWrite”函數。

PwmWrite (Channel, Value)

Write An Integer Value To The Given PWM Channel.

REST API: POST / Devices / Name / Pwm / Channel / Integer / Value

Name (Str): Device Name From Configuration File

Channel (Int): Analog Channel Number

value (int): integer value to output from 0 to pwmMaximum

在第一個參數中輸入指定的GPIO引腳編號以及您想要為第二個參數設定的值。如果該值被設置為0，那么狀態變為OFF，LED將會熄滅。

讓我們來運行它！

運行指令

sudo /etc/init.d/webiopi start

我們嘗試通過移動滑動條來調整顯色的光強，如上面視頻所示。當調整紅色，綠色和藍色這些單色光時，您可以以漸變的形式調整光強。另外，將這些單色光進行重疊，就可以顯示出疊加效果的顏色。設置很小的值將會使光強過弱而導致不穩定，所以需要設置一定程度的光強以保證穩定性。

圖7

這非常方便，因為只需要打開電源就可以立即啟用Wi-Fi 和WebIOPi的自動啟動設置了。

圣誕裝飾！

圖8

安裝過程非常簡單，只要將跳線直接插入LED 引腳即可，如上圖所示。有時候線會脫落，所以最好將線焊接進去。

圖9

我將LED放進了一個鐘形的裝飾品中，看起來很酷，不是嗎？

用Raspberry Pi的一個GPIO可以點亮兩個全彩LED。如果您想要連接許多個，可以使用諸如移位寄存器之類的部件來完成。

圣誕節就快到了！為什么不用這些可愛的led圣誕裝飾來增添假日氣氛呢？您也可以制造其他創意產品！比如將其放在透明的裝飾物中或者蠟燭中，或者使用大量LED制造出手工照明燈來作為您的圣誕節裝飾品！

DevicePlus 編輯團隊

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審核編輯黃宇