Gestione pannelli a led RGB con Raspberry

Appunti sul funzionamento dei pannelli a Led RGB usando Raspberry Pi model B ed il software rpi-rgb-led-matrix di Henner Zeller

Cosa si può fare rpi-rgb-led-matrix

Rpi-rgb-led-matrix è un progetto creato da Henner Zeller che consente di pilotare dei pannelli RGB a led direttamente dai pin di I/O della Raspberry Pi senza dover usare nessun ulteriore controller.

Con questo sistema si possono pilotare, a detta dell'autore, fino a tre righe di 12 pannelli ognuna con una Raspberry Pi 2 Model B.

Quello che si può visualizzare sono immagini statiche, gif animate, scritte e grafica dinamiche. Non è possibile mandare video. Per i video occorre dell'hardware aggiuntivo di cui discuteremo in un altro articolo.

Tutti gli schemi elettrici e la documentazione per pilotare pannelli è descritta sul repository GitHub di Henner Zeller disponibile su questo indirizzo:

Cosa serve per provare in pratica

  • Un PC (Linux o Windows) o un Mac
  • Una Raspberry Pi model B (meglio se di tipo 2)
  • Una microSD da almeno 2GB almeno classe 4
  • Una alimentatore per Raspberry
  • Una alimentatore per Pannello RGB
  • Almeno un pannello RGB con relativi cavetti
  • Una connessione di rete

E' possibile acquistare buona parte del materiale elencato in fondo a questo articolo. ad eccezione dell'adattatore tra il connerrore Raspberry ed il connettore del pannello RGB che andrà filato a mano.

Come funziona un pannello RGB 32x32

I pannelli RGB hanno un connettore di ingresso a 16 pin dove inviare i dati da visualizzare ed un connettore di uscita a 16 pin dove inviare i dati per il pannello successivo.

Più pannelli possono essere messi in cascata e connessi tra loro tramite cavi flat a 16 pin.

L'alimentazione a 5 volt viene fornita su un connettore a parte. Ogni pannello può consumare quando acceso tutto bianco alla massima intensità fino a 4 ampere.

I segnali sul connettore dati sono:

  • Tre linee dati per i colori R0, G0 e B0 del primo blocco di 16 linee
  • Tre linee dati per i colori R1, G1 e B1 del secondo blocco di 16 linee
  • Una linea di clock (CLK)
  • Una linea di strobe (STD)
  • Una linea di output enable (OE)
  • Quattro linee dati (A,B,C and D) per selezionare la riga a cui inviare i dati Rx,Gx and Bx

Il pannello è logicamente diviso in due sezioni:

  • Le prime 16 linee composte ognuna da 32 led a 3 colori
  • Le secondo 16 linee composte ognuna da 32 led a 3 colori

Questo è uno schema a blocchi delle struttura interna di un pannello RGB

Connessioni elettriche

Sul repository rpi-rgb-led-matrix sono descritte molto bene le interconnessioni elettriche tra la Raspberry Pi ed i pannelli RGB. Per i nostri esperimenti io ho usato le seguenti connessioni per poter per 4 pannelli su singola riga (128x32 pixel).

E' possibile realizzare le connessioni usando una basetta millefori come illustrato in questa foto:

Oppure aspettare qualche giorno e acquistare l'adattatore a tre vie prodotto da Acme Systems.

Esempi

Immagini e animazioni con led-image-viewer

Led-image-viewer è un eseguibile di esempio che consente di visualizzare immagini sul display lcd.

Provate a scaricare ad esempio questa gif animata (per 4 pannelli):

E lanciate l'animazione con il seguente comando:

sudo ./led-image-viewer -c4 -b50 pesci.gif

Oppure scaricare questa immagine jpg

E visualizzatela con il seguente comando:

sudo ./led-image-viewer -c4 -b50 eyes.jpg

Scaricare questa immagine png con sfondo trasparente

E visualizzatela con il seguente comando:

sudo ./led-image-viewer -c4 -b50 g.png

Generazione GIF animate da Keynote

Per creare le animazioni d'esempio ho usato Keynote su Mac. Questi sono i passaggi necessari per farlo.

Creare l'animazione in un formato proporzionale gestibile da Keynote.

Ad esempio per un pannello composto da una riga di 4 moduli pari 128x32 pixel, su Keynote andrà fatta un'animazione da 1024x256. Sotto questa misura Keynote non è in grado di lavorare. Il formato dell'animazione si può settare dal pannello Document, Slide size Custom 1024x256.

Esportare l'animazione come video QuickTime

Selezionare il formato di esportazione Custom 1024x256.

Trasformare il video in gif animata

Per poter visualizzare l'animazione sul pannello a led con il software sviluppato da Henner Zeller bisogna convertire il file video in una gif animata di dimensioni pari alla risoluzione del pannello da usare.

Per fare questo io ho usato ffmpeg, una utility molto versatilte e popolare disponibile sotto Linux. Occorre usare una release molto recente di ffmpeg in quanto bisogna sfruttare una funzione di filtro di ffmpeg disponibile solo su versioni recenti.

Quella che ho usato io è quella disponibile sull'ultima release di Linux Ubuntu, la 15.10, ed è la versione 2.7.5 da installare con il comando sudo apt-get install ffmpeg

Dato che il formato gif funziona con un pallette di colori massima da 256, per creare un'animazione con i colori simili all'originale occorre eseguire usare una sequenza di comandi ffmpeg per estrarre una pallette dal video originale con i colori più vicini possibili a quelli effettivamente usati per poi riapplicarla nella conversione.

La spiegazione dettagliata di questo processo è descritta su questo link:

#!/bin/sh

palette="palette.png"
filters="fps=30,scale=128:-1:flags=lanczos"
ffmpeg -v warning -i $1 -vf "$filters,palettegen" -y $palette
ffmpeg -v warning -i $1 -i $palette -lavfi "$filters [x]; [x][1:v] paletteuse" -y $2

Oltre a convertire il file, loscript effettua anche un downscale dell'immagine a 128 pixel di larghezza.

Salvate questo file in una directory Linux:

Rendetelo eseguibile con il comando:

$ chmod +x m4vtogif.sh

E lanciate la conversione con il comando:

$ ./m4vtogif.sh pesci.m4v pesci.gif

Compilazione ffmpeg su Raspberry

Per poter convertire direttamente su Raspberry i file video generati da Keynote o altri editor video è possibile compilare ffmpeg in modo da poterlo lanciare direttamente sulla Raspberry.

La procedura di compilazione messa e punto e provata da Alessio è la seguente:

cd /usr/src
sudo git clone git://git.videolan.org/x264
cd x264
sudo ./configure --host=arm-unknown-linux-gnueabi --enable-static --disable-opencl
sudo make -j4
sudo make install

cd /usr/src
sudo git clone git://source.ffmpeg.org/ffmpeg.git
cd ffmpeg
sudo ./configure --arch=armel --target-os=linux --enable-gpl --enable-libx264 --enable-nonfree
sudo make -j4
sudo make install

File utilizzati

Di seguito i file usati per generare l'esempio di animazione dei pesci a 128x32 pixel. Adatto per un pannello da 4 moduli su singola linea

Demo e immagini a scorrimento con led-matrix

Led-matrix è un eseguibile che consente di visualizzare al volo alcune demo e visualizzare immagini a scorrimento orizzontale.

Ecco gli esempi a mio avviso più interessanti:

Quadrato colorato e ruotante al centro del pannello

sudo ./led-matrix -c 4 -D 0 -t 10

Quadrato colorato e ruotante al centro del pannello

sudo ./led-matrix -c 4 -D 4 -b 50 -t 10

Fading tra tonalità di colore diverse

sudo ./led-matrix -c 4 -D 5 -b 50 -t 10

Sfumature B&W e colorate

sudo ./led-matrix -c 4 -D 9 -b 50 -t 10

Scrolling orizzontale

sudo ./led-matrix -c 4 -D 1 -b 50 -t 30 runtext.ppm 

Quest'ultimo comando può essere utilizzato per fare lo scrolling di immagini in formato ppm

Si crea un'immagine alta 32 e lunga 256 o più pixel tipo questa:

Quindi si converte sotto ffmpeg con il seguente comando:

ffmpeg -i landscape.jpg landscape.ppm

Quindi si lancia lo scroll su Raspberry con il comando:

sudo ./led-matrix -c 4 -D 1 -b 50 -t 50 landscape.ppm 

Cubo RGB controllabile via Telegram

Questo programma di esempio scritto in Python consente di pilotare via Telegram un cubo luminoso.

I sorgenti sono disponibili su GitHub:


Ringraziamenti

Ringrazio Alessio Camaioni (www.eliografica.com) per il supporto nella stesura di questo articolo ed il disegno di alcune delle immagini in esso riportare.

The TanzoLab Project

Il TanzoLab è una iniziativa senza fini di lucro, nata da un'idea di Sergio Tanzilli socio fondatore di Acme Systems srl nel Novembre 2015, per trasferire ad appassionati di elettronica e informatica, professionisti e aziende nel settore, le conoscenze necessarie per poter creare prodotti embedded adatti per la produzione industriale.

Le attività del TanzoLab si svolgono ogni mercoledi sera, salvo casi speciali, dalle ore 18:30 presso i locali della Acme Systems srl e consistono in:

  • Talk monotematici a cura di professionisti in vari settori tecnologici
  • Workshop pratici su elettronica embedded, produzione e informatica
  • Progettazione e realizzazione di nuovi prodotti embedded per l'IT

Le attività vengono coordinate tramite questo sito, in cui vengono pubblicati tutti i lavori svolti o in via di sviluppo, e tramite un gruppo Telegram con cui per interagire direttamente via chat con gli altri membri.