Ceas cu afișaj matriceal utilizând Raspberry Pi

Chiar dacă realizarea unui ceas electronic este o sarcină simplă care se poate realiza utilizând cam orice platformă programabilă (inclusiv o placă Arduino) utilizarea unui  unui ecran de dimensiuni mari format din leduri RGB pentru afișare este o sarcină puțin mai dificilă. Dificultatea provine atât din necesarul de memorie cât și din necesarul de putere de prelucrare. Tocmai din aceste motive, în cadrul proiectului de față, ne propunem să prezentăm implementarea unui ceas / calendar utilizând o platformă Raspberry Pi și o placă Adafruit RGB Matrix + Real Time Clock – placă ce reprezintă combinația ideală pentru proiectul nostru deoarece conține atât componenta de RTC cât și componenta de comandă pentru matrici RGB.

2

https://www.robofun.ro/raspberry-pi-si-componente/adafruit-rgb-matrix-hat-rtc-for-raspberry-pi-mini-kit

Pentru mai multe informații legate de punerea în funcțiune și utilizarea plăcii Adafruit RGB Matrix + Real Time Clock se poate consulta și:

Adafruit RGB Matrix + Real Time Clock HAT for Raspberry Pi

https://learn.adafruit.com/adafruit-rgb-matrix-plus-real-time-clock-hat-for-raspberry-pi

Atenție!!! Pentru buna funcționare a modulului RTC este nevoie de o baterie de 12mm (de exemplu CR1225) ce nu este inclusă în kit. Placa Adafruit RGB Matrix nu vine cu afișajul RGB inclus, se poate utiliza unul sau se pot inseria mai multe module Adafruit Matrice LED RGB 32×32:

3

https://www.robofun.ro/electronice/led/matrice-led-rgb-32×32

Pentru mai multe informații despre inserierea și alimentarea corectă a acestor module LED RGB se poate consulta și următorul material:

32×16 and 32×32 RGB LED Matrix HUNDREDS of pixels of eye-blasting LED glory!

https://learn.adafruit.com/32×16-32×32-rgb-led-matrix/

Pentru implementarea funcționalității propuse vom efectua două operații: vom configura placa Raspberry Pi să utilizeze circuitul RTC DS1307 prezent pe placa Adafruit și vom scrie programul ce afișează data și ora pe afișajul matriceal RGB.

Configurarea plăcii Rapberry Pi pentru a utiliza circuitul RTC DS1307 este similară cu configurarea prezentată în proiectul ”Conectarea unui RTC I2C la o placă Raspberry Pi”. Se va instala suportul software pentru comunicația I2C:

sudo apt-get install -y python-smbus

sudo apt-get install -y i2c-tools

și se va activa comunicația I2C utilizând utilitarul raspi-config:

sudo raspi-config

Pentru a verifica conexiunea între placa de dezvoltare și componenta RTC se poate utiliza următoarea comandă:

sudo i2cdetect -y 1

ce va indica adresa I2C a modulului conectat: 0x68 pentru DS1307.

4

Dacă conexiunea între modulul RTC și placa de dezvoltare este în regulă putem configura fișierele de inițializare a sistemului de operare pentru a utiliza modulul RTC.

În fișierul /boot/config.txt se adaugă următoarea linie:

dtoverlay=i2c-rtc,ds1307

Se va înlătura serviciul sistemului de operare ce emulează ceasul hardware:

sudo apt-get -y remove fake-hwclock

sudo update-rc.d -f fake-hwclock remove

în fișierul /lib/udev/hwclock-set se vor comenta următoarele linii

#if [ -e /run/systemd/system ] ; then

# exit 0

#fi

și se va reporni sistemul:

sudo reboot

După repornire se poate verifica funcționarea corectă a modulului RTC și a mecanismelor specifice sistemului de operare prin următoarele comenzi:

Prima inițializare a modulului RTC se va face prin intermediul comenzii:

sudo hwclock -D -r

Sincronizarea timpului sistemului cu modulul RTC se va face prin comanda (scrierea datei sistem în memoria modulului RTC):

sudo hwclock -w

Consultarea informațiilor din modulul RTC se va face prin comanda:

sudo hwclock -r

După setarea inițială a modulului RTC sistemul Raspberry Pi se va sincroniza automat la fiecare repornire cu informațiile stocate în memoria internă a modulului RTC – la fiecare repornire ora și data se vor inițializa cu ajutorul modulului RTC care păstrează infomarțiile și în lipsa alimentării cu energie electrică.

Pentru a implementa funcționalitatea de ceas (afișarea datei și orei pe ecranul LED RGB) se va pleca de la proiectul:

RGB LED Matrx and matrix hat + RTC From Adafruit

https://www.youtube.com/watch?v=7iGx401DEs0

Codul sursă a acestui proiect se poate descărca de la adresa:

https://drive.google.com/open?id=0ByaorJ43ehItV3laTHdjenR2bms

Acest proiect utilizează biblioteca BiblioPixel ce permite realizarea de animații pentru mai multe tipuri de afișaje:

https://github.com/maniacallabs/bibliopixel/

Utilizarea acestei biblioteci necesită instalarea următoarelor componente:

sudo pip install BiblioPixel

sudo pip install pillow

sudo pip install spidev

sudo pip install pyserial

După instalarea componentelor software și după copierea codului sursă a proiectului se va edita fișierul clock.py și se va putea observa codul necesar implementării funcționalității de ceas (funcția ShowDateTime) scris în limbajul Python:

global image

global draw

blink=0 

for n in range(1,seconds*2):

font = ImageFont.truetype(‘font/Generica Condensed

Std Bold.otf’, 17)

fonts = ImageFont.truetype(‘font/pixelmix.ttf’, 8)

if blink == 0:

if mode == 0:   

for n in range(1, 9):

draw.line((1, n, 30, n),fill=colors.Black)

draw.text((4,1),datetime.now().strftime(‘%H’),

font=fonts, fill=Timecolor)

draw.text((18,1), datetime.now().strftime(‘%M’),

font=fonts, fill=Timecolor)

draw.text((16,1), ‘:’, font=fonts, fill=Timecolor)

draw.text((3,11), datetime.now().strftime(‘%d/%m’),

font=fonts, fill=Datecolor)

draw.text((6,21), datetime.now().strftime(‘20%y’),

font=fonts, fill=Yearcolor)

blink=1

elif mode == 1: 

for n in range(1, 16):

draw.line((1, n, 30, n), fill=colors.Black)

draw.text((1,2), datetime.now().strftime(‘%H’),

font=font, fill=Timecolor)

draw.text((17,2), datetime.now().strftime(‘%M’),

font=font, fill=Timecolor)

draw.text((15,0), ‘:’, font=font, fill=Timecolor)

draw.text((3,21), datetime.now().strftime(‘%d/%m’),

font=fonts, fill=Datecolor)

blink=1

else:

if mode == 0:   

for n in range(1, 9):

draw.line((1, n, 30, n), fill=colors.Black)

draw.text((4,1), datetime.now().strftime(‘%H’),

font=fonts, fill=Timecolor)

draw.text((18,1), datetime.now().strftime(‘%M’),

font=fonts, fill=Timecolor)

draw.text((3,11), datetime.now().strftime(‘%d/%m’),

font=fonts, fill=Datecolor)

draw.text((6,21), datetime.now().strftime(‘20%y’),

font=fonts, fill=Yearcolor)

blink=0

elif mode == 1: 

for n in range(1, 16):

draw.line((1, n, 30, n), fill=colors.Black)

draw.text((1,2), datetime.now().strftime(‘%H’),

font=font, fill=Timecolor)

draw.text((17,2), datetime.now().strftime(‘%M’),

font=font, fill=Timecolor)

draw.text((3,21), datetime.now().strftime(‘%d/%m’),

font=fonts, fill=Datecolor)

blink=0

matrix.SetImage(image.im.id, 0, 0)

time.sleep(0.5)

Bineînțeles, pe lângă funcționalitatea de ceas / calendar, ansamblul format din platforma Raspberry Pi și placa Adafruit Matrice LED RGB permite implementarea de funcționalități diverse (inclusiv proiectul dat ca exemplu adaugă funcționalitatea de stație meteo). Se pot explora diverse dezvoltări ulterioare parcurgând și următoarele proiecte:

RGB Matrix In Architectural Model

https://blog.adafruit.com/2015/04/28/rgb-matrix-in-architectural-model-arttuesday/

Raspberry Pi RGB LED Matrix Webapp

Control RGB LED panels from a Web application using Raspberry Pi.

https://learn.adafruit.com/raspberry-pi-rgb-led-matrix-webapp

DIY LED Video Wall

Tile together multiple RGB LED panels to create a giant LED wall!

https://learn.adafruit.com/adafruit-diy-led-video-wall/