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2.4 Buntes Licht

In dieser Lektion erforschen wir, wie man verschiedene Farben mit einer RGB-LED und dem Raspberry Pi Pico 2 W erzeugt. Durch Anpassen der Intensität der roten, grünen und blauen Komponenten können wir Licht mischen, um eine breite Palette von Farben zu erzeugen. Dieses Konzept basiert auf der additiven Methode der Farbmischung.

Was ist additive Farbmischung?

Die additive Farbmischung beinhaltet das Kombinieren verschiedener Lichtfarben, um neue Farben zu erzeugen. Wenn rotes, grünes und blaues Licht in verschiedenen Intensitäten kombiniert werden, können sie jede Farbe im sichtbaren Spektrum erzeugen. Zum Beispiel:

  • Rot + Grün = Gelb

  • Rot + Blau = Magenta

  • Grün + Blau = Cyan

  • Rot + Grün + Blau = Weiß

img_rgb_mix

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

Es ist definitiv praktisch, ein ganzes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

Name

ARTIKEL IN DIESEM KIT

LINK

Pico 2 W Starter Kit

450+

Pico 2 W Kit

Du kannst sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

SN

KOMPONENTE

MENGE

LINK

1

Einführung in den Pico 2 W

1

2

Micro-USB-Kabel

1

3

Breadboard

1

KAUFEN

4

Jumper-Kabel

Mehrere

KAUFEN

5

Widerstand

3(1-330Ω, 2-220Ω)

KAUFEN

6

RGB-LED

1

KAUFEN

Schaltplan

sch_rgb

Die PWM-Pins GP13, GP14 und GP15 steuern die Rot-, Grün- und Blau-Pins der RGB-LED und verbinden den gemeinsamen Kathoden-Pin mit GND. Dies ermöglicht der RGB-LED, eine spezifische Farbe anzuzeigen, indem Licht auf diesen Pins mit verschiedenen PWM-Werten überlagert wird.

Verdrahtungsdiagramm

img_rgb_pin

Die RGB-LED hat 4 Pins: Der lange Pin ist der gemeinsame Kathoden-Pin, der normalerweise mit GND verbunden ist; der linke Pin neben dem längsten Pin ist Rot; und die zwei Pins rechts sind Grün und Blau.

Wir verwenden einen höheren Widerstand für die rote LED, da sie typischerweise heller als die grünen und blauen LEDs bei gleichem Strom ist.

wiring_rgb

Programmierung

Wir werden ein MicroPython-Programm schreiben, das die Intensität jeder Farbe mit Pulsweitenmodulation (PWM) steuert, um verschiedene Farben zu erzeugen.

Bemerkung

  • Öffne die 2.4_colorful_light.py aus pico-2w-kit-main/micropython oder kopiere den Code in Thonny, dann klicke auf „Ausführen“ oder drücke F5.

  • Stelle sicher, dass der richtige Interpreter ausgewählt ist: MicroPython (Raspberry Pi Pico).COMxx.

import machine
import utime

# Initialisiere PWM für die roten, grünen und blauen Pins
rot = machine.PWM(machine.Pin(13))
grün = machine.PWM(machine.Pin(14))
blau = machine.PWM(machine.Pin(15))

# Setze die PWM-Frequenz
rot.freq(1000)
grün.freq(1000)
blau.freq(1000)

def map_value(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    # Mappe einen Wert von einem Bereich in einen anderen
    return int((x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min)

def set_color(r, g, b):
    # Stelle die Farbe durch Anpassen der Tastzyklen ein
    rot.duty_u16(map_value(r, 0, 255, 0, 65535))
    grün.duty_u16(map_value(g, 0, 255, 0, 65535))
    blau.duty_u16(map_value(b, 0, 255, 0, 65535))

# Beispiel: Stelle die Farbe auf Orange ein
set_color(255, 165, 0)

Wenn das Programm läuft, wird die RGB-LED ein orangenes Licht ausstrahlen.

Verständnis des Codes

  1. Importierte Bibliotheken:

    • machine: Um hardware-spezifische Funktionen zu nutzen.

    • utime: Für zeitbezogene Funktionen (nicht in diesem Beispiel verwendet, aber nützlich für Animationen).

  2. Initialisiere PWM-Objekte:

    • Erstelle PWM-Objekte für die mit der RGB-LED verbundenen roten, grünen und blauen Pins und setze die PWM-Frequenz auf 1000 Hz für alle Farben.

    # Initialisiere PWM für die roten, grünen und blauen Pins
rot = machine.PWM(machine.Pin(13))
grün = machine.PWM(machine.Pin(14))
blau = machine.PWM(machine.Pin(15))

# Setze die PWM-Frequenz
rot.freq(1000)
grün.freq(1000)
blau.freq(1000)

  3. Definiere die map_value Funktion:

    • Da die Methode duty_u16 Werte von 0 bis 65535 akzeptiert, aber Farbwerte typischerweise im Bereich 0 bis 255 liegen, müssen wir den Bereich 0-255 auf 0-65535 mappen.

    • Die Funktion map_value skaliert den Eingabewert entsprechend.

    def map_value(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    # Mappe einen Wert von einem Bereich in einen anderen
    return int((x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min)

  4. Definiere die set_color Funktion:

    Diese Funktion nimmt RGB-Werte (jeweils von 0 bis 255) und stellt den Tastzyklus für jeden Farbkanal nach der Mapping ein.

    def set_color(r, g, b):
    # Stelle die Farbe durch Anpassen der Tastzyklen ein
    rot.duty_u16(map_value(r, 0, 255, 0, 65535))
    grün.duty_u16(map_value(g, 0, 255, 0, 65535))
    blau.duty_u16(map_value(b, 0, 255, 0, 65535))

  5. Stelle die gewünschte Farbe ein:

    Rufe set_color(255, 165, 0) auf, um die RGB-LED auf Orange zu stellen. Du kannst die Werte auf jede RGB-Farbe ändern, die du möchtest.

Beispiel: Farbzyklus

Lassen Sie uns den Code erweitern, um verschiedene Farben durchzugehen.

  1. Um die RGB-Werte für verschiedene Farben zu finden, können Sie jede Grafiksoftware oder einen Online-Farbwähler verwenden. Zum Beispiel:

    • Rot: (255, 0, 0)

    • Grün: (0, 255, 0)

    • Blau: (0, 0, 255)

    • Weiß: (255, 255, 255)

    • Lila: (128, 0, 128)

  2. Schreibe den Code.

    Wir definieren eine Liste von RGB-Tupeln, die verschiedene Farben darstellen. Die Schleife while True durchläuft jede Farbe, stellt die RGB-LED auf diese Farbe ein und wartet 1 Sekunde, bevor sie zur nächsten Farbe übergeht.

    import machine
import utime

# Initialisiere PWM für die roten, grünen und blauen Pins
rot = machine.PWM(machine.Pin(13))
grün = machine.PWM(machine.Pin(14))
blau = machine.PWM(machine.Pin(15))

# Setze die PWM-Frequenz
rot.freq(1000)
grün.freq(1000)
blau.freq(1000)

def map_value(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    return int((x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min)

def set_color(r, g, b):
    rot.duty_u16(map_value(r, 0, 255, 0, 65535))
    grün.duty_u16(map_value(g, 0, 255, 0, 65535))
    blau.duty_u16(map_value(b, 0, 255, 0, 65535))

# Liste von Farben, durch die zyklisch gewechselt wird
colors = [
    (255, 0, 0),     # Rot
    (0, 255, 0),     # Grün
    (0, 0, 255),     # Blau
    (255, 255, 0),   # Gelb
    (0, 255, 255),   # Cyan
    (255, 0, 255),   # Magenta
    (255, 255, 255)  # Weiß
]

while True:
    for color in colors:
        set_color(*color)
        utime.sleep(1)

Wenn dieser Code läuft, wird die RGB-LED eine Sequenz von Farben durchlaufen: rot, grün, blau, gelb, cyan, magenta und weiß.

Jede Farbe wird 1 Sekunde lang angezeigt, bevor sie zur nächsten in der Liste übergeht.

Fazit

Durch die Steuerung der Intensität der roten, grünen und blauen Komponenten einer RGB-LED mittels PWM können wir eine riesige Palette von Farben erzeugen. Dieses Projekt demonstriert die Prinzipien der additiven Farbmischung und bietet eine Grundlage für das Erstellen farbenfroher Lichtdisplays mit Mikrocontrollern.

Referenzen