Lichterkette

Der etwas andere Controller für die NeoPixel WS2812 Smart LED Streifen

Sollte es aber mal etwas mehr sein wie eine bunte Lichtorgel, ein Feuerwerk, eine Lichterkette für den Weihnachtsbaum oder ein buntes Nachtlicht, sucht man lange.

Deshalb wurde ein eigener Controller mit dem RP2040 (AKA Raspberry Pi Pico) entwickelt. Um den Aufwand im Rahmen zu halten, wurde auf Bluetooth und eigene Handy App verzichtet. Aber eine IR Fernbedienung soll es dann doch haben. Und wer ein Handy mit integriertem IR-Blaster hat, kann dieses direkt verwenden. Aber auch ein USB IR Fernbedienungs-Adapter fürs Handy ist eine gute Alternative, z.B. mit der App „Ocrustar“.

Beispiele

Regenbogen, Feuerwerk

Lauflicht oder Glitzer

Lichtorgel, 3 Blinkende Lichter oder Leuchtbalken

Betriebsarten

• Nachtlicht: Wie Regenbogen, schaltet für eine einstellbare Zeit an und wiederholt alle 24h.
  
  • Einstellbar von 0=Aus bis 15h via Konfiguration oder Drucktaste.
  • Soll es z.B. zwischen 18 und 24Uhr eingeschaltet sein, 6h einstellen und dann um 18 Uhr die Stromversorgung anschalten.
  • Einstellen via Drucktaste: Wird bei jedem Tastendruck um 1h erhöht. Wert wird angezeigt mit der Anzahl LEDs während die Taste gedrückt ist.
• Feste Farbe:
  
  • Rot, Grün, Blau oder irgendeine Mischung im Farbkreis.
  • Weiss von Warmweiss bis Kaltweiss.
• Regenbogen: ein oder mehrere Farbkreise auf die Länge der Lichterkette aufgeteilt, bewegt sich als Lauflicht mit einstellbarer Geschwindigkeit.
• Glitzer: LEDs blinken zufällig auf, weiss oder farbig
• Lauflicht: LEDs „Laufen“ mit regelmässigem Abstand, weiss oder farbig.
• Lichtorgel:
  
  • rot, grün, blau Bereich, blinkt mit Audio Tief, Mittel, Hoch
  • 3 Lichtbalken je Links und Rechts, mit Audio Tief, Mittel, Hoch
  • Mischung aus rot, grün, blau, bewegt sich als Lauflicht
• Feuerwerk: erste LED flackert (Zündschnur). Nach Auslösung mittels Audio (klatschen) oder Auslöser auf der Fernbedienung startet die Rakete, explodiert und funkelt am Ende. Ohne Auslösung, startet es alle 20 Sekunden.

Die Lichtorgel verwendet Teile der Software des Lichtorgel-Projekts, insbesondere die Filtertechnik und Signalaufbereitung. Siehe https://www.ludescher.ch/lightcontrol/software.html und https://www.ludescher.ch/lightcontrol/filter.html

Fernbedienung

Infrarot Fernbedienung

Fernbedienung mit Handy

entweder mit eingebautem IR Blaster (z.B. Xiaomi) oder mit USB IR Adapter und der App "Ocrustar". Als Gerät wählt man die „Sanyo Settop Box“ #3 und kann sie dann z.B. „Lichterkette“ benennen.

Hardware

Die Hardware ist minimal. Ein RP2040 und ein kurzes Anschlusskabel für die Smart LED Kette genügt. Es gibt eine Möglichkeit via USB einen festen Modus zu setzen (z.B. als Beleuchtung für den Weihnachtsbaum).

Mit dem optionalen IR Sensor kann man es bequem via Fernbedienung oder Handy steuern (mit entsprechendem Handy oder IR Adapter).

Mit dem optionalen Mikrofon kann man die Audio und Lichtorgel Funktionen nutzen.

Ein zusätzlicher kleiner optionaler Taster ermöglicht ausserdem den Nachtlicht Timer einzustellen, welchen man aber auch mittels USB Konfiguration vorwählen kann.

Mit dem USB Anschluss kann man via PC, Tablet oder Handy die Konfiguration vornehmen und zahlreiche Optionen einstellen.

Gespeist wird es via USB oder auch mittels 5V Netzteil, entweder fest am Board angeschlossen oder direkt an der Lichterkette. Letzteres speist dann den RP2040 via LED Anschlusskabel.

Schema

Stromversorgung

Stückliste

Bezeichnung	Link	Bild
RP2040 Zero	Aliex­press
Fernbe­dienung W28 series	Aliex­press
WS2812 LED Band	Aliex­press
Anschluss­kabel 3-Pol	Aliex­press
Infrarot Sensor	Aliex­press
Mikrofon mit Verstärker	Aliex­press
Drucktaster	Aliex­press

• WS2812 LED Band: Optimal sind 5m 60 LED/m = 300 LEDs.
• Drucktaster: findet sich vielleicht auch in der Bastelkiste.
• Anschlusskabel 3-Pol: Man kann auch das Kabel am Ende des LED Bandes abschneiden und verwenden.
  Achtung: Pfeile auf dem Band beachten! Diese Zeigt Eingang und Ausgang an. Der Controller muss am Eingang angeschlossen werden.
  Die Rot-Weiss Zusatzkabel sind für die Einspeisung gedacht da das Anschlusskabel etwas schwach ist. Diese werden aber nicht unbedingt benötigt.
  

• USB-C Kabel und Netzteil. Gibts vielleicht in der Trödelkiste.
• Evtl. Etwas Schrumpfschlauch ~Ø70mm vom Baumarkt.
• Auf der Rückseite des Mikrofonmoduls befindet sich ein kleines Potentiometer, mit welchem mittels einem Uhrmacher-Schraubenzieher die Empfindlichkeit eingestellt werden kann. Normalerweise ist es in der Mitte und funktioniert gut. Ansonsten nach Links drehen = empfindlicher und nach Rechts = unempfindlicher (z.B. für sehr laute Umgebungen).
  

Zusammenbau

Die Bauteile einfach gemäss Schema zusammenlöten. Man kann die Anordnung auf verschiedene Weisen vornehmen und auch unterschiedlich "verpacken" z.B. mit Schrumpfschlauch. Dabei ist zu beachten dass der IR Sensor die Lichtsignale "sehen" kann, z.B. mit transparenten Schrumpfschlauch für diesen Bereich. Auch muss das Mikrofon die Audiosignale "hören" können. Die geübte Bastlergemeinschaft findet bestimmt auch eigene Kreationen.

Beispiel, komplett verpackt im Schrumpfschlauch
Einspeisung via USB, IR Sensor und Mikrofon freigeschnitten.

Beispiel offen, mit Mikrofon:
Einspeisung via USB, etwas versteckt auf dem Schrank.

Beispiel Outdoor, ohne Mikrofon, wasserdicht
Die Einspeisung erfolgt via LED Streifen zurück zum RP2040.

Hardware Grenzen der LED streifen

Die Smart LED Module bestehen aus 3 LEDs, Rot, Grün, Blau. Mit der maximalen Helligkeit aller drei verbracht ein Modul 40mA. Bei 300 Modulen wären das 12A. Dies würde die Anschlusskabel und auch den die Leiterbahnen auf den LED Streifen beschädigen bzw. verbrennen. Ausserdem liefert ein USB Netzteil bei 5V normalerweise nur 2A. Deshalb berechnet die Software den Stromverbrauch während die Daten zu den LEDs gesendet werden und limitiert diesen auf 2.5A. Danach werden keine weiteren LEDs angeschaltet. So kann es sein, dass wenn man die Helligkeit erhöht, dass plötzlich LEDs „ausfallen“. Die Helligkeit wird dann nach und nach reduziert bis sich der Strom bei 1.5A einpegelt, was für den Dauerbetrieb sicher ist. Und so werden die LEDs dann dunkler, aber es leuchten zunehmend mehr bis wieder alle leuchten.

Software Binary Code laden

Die Datei Runlight_xxx.uf2 findet man im Zip File RunlightBinary.zip. Dieses herunterladen und entpacken.

RP2040 Bootsel Taste drücken während es am PC, Tablet oder Handy eingesteckt wird. Für Tablet und Handy muss ein OTG Adapter verwendet werden.

Auf dem PC (Linux, Windows, Mac) erscheint ein USB Laufwerk. Das Software Binary „Runlight_xxx.uf2“ darauf speichern bzw. hineinziehen. Die Software startet automatisch.

Mit dem Android Handy oder Tablet ist die App „Etch Droid“ empfohlen. Dazu die App öffnen, Datei  Runlight_xxx.uf2 auswählen, RP2040 Bootsel Taste drücken während es eingesteckt wird, Download starten.

Parametrierung

Nach der Laden der Software müssen evtl. Hardware Parameter angepasst werden, z.B: die Anzahl der LEDs (standard = 300). Aber auch die Lichtorgel Kanäle Rot, Grün, Blau. Das hängt stark von der Position des Mikrofons ab. Oder auch ob es als Nachtlicht verwendet wird oder ohne Fernbedienung fest installiert sein soll.

Dazu verbindet man den RP2040 mittels USB mit einem PC, Tablet oder Handy und verwendet ein geeignetes Terminal Programm bzw. eine App.

Für Tablet und Handy ist die App „Serial USB Terminal“ empfohlen. RP2040 via OTG Adapter einstecken, App starten, das „Hamburger Menü“ (≡ oben links 3 Striche) antippen, „USB Devices“ antippen, „Raspberry Pi Pico“ antippen.

Für den PC (Linux, Windows, Mac) ist das Programm „PuTTY“ empfohlen. RP2040 via USB Kabel am PC einstecken und PuTTY Programm starten. Bei Linux erscheint im PuTTY das Gerät „ttyACM0“, dieses doppelklicken.
Bei Windows erscheint COMxx (beobachten welche Nummer nach dem Einstecken erscheint) und diese doppelklicken.

Man kann natürlich auch ein anderes serielles Terminal verwenden. Bei Linux kann man sogar das kleine Shellscript pico_com.sh verwenden und braucht keine zusätzliche Software (nach dem herunterladen auf der Kommandozeile "chmod +x pico_com.sh" eingeben, danach starten mit ./pico_com.sh).

Nach dem erfolgreichen Verbinden mit dem Terminal Programm, das Fragezeichen ‚?‘ und ‚Eingabe‘ drücken. Dieses wird vom RP2040 mit dem Hilfe-Menü beantwortet:

Um die aktuellen Parameter anzuschauen, ‚A‘ und ‚Eingabe‘ drücken. Es erscheint folgendes:

Um einen Wert einzustellen, tippt man den entsprechenden Buchstaben und das ‚=‘ gefolgt vom Wert und dann ‚Eingabe‘ Beispiel: „F=300↵“ setzt die Anzahl LEDs auf 300. Danach „S↵“ speichert den Wert im Flash. Die folgende Tabelle erklärt die Parameter und Funktionen.

Betrieb ohne Fernbedienung

Die Lichterkette kann ohne Fernbedienung betrieben werden. Zum Beispiel als fest installiertes Nachtlicht, als Weihnachtsbaum Beleuchtung oder sonstige feste Beleuchtung.

Nach dem Power On (einschalten der Stromversorgung) werden die gespeicherten Parameter gelesen und der Modus gestartet, welcher mit dem Parameter P eingestellt wurde. Die FB funktioniert aber trotzdem.

Möchte man den IR Sensor weg lassen, muss zumindest eine Drahtbrücke zwischen Pin 3 (3.3V) und Pin 13 (VCC des IR Sensors) installiert sein, damit die Software die Hardware Version erkennt.

Dazu wird der Parameter P folgendermassen eingestellt:

(Speichern mit „S↵“ nicht vergessen)

Source Code

Der Source Code ist veröffentlicht auf sourceforge.net.

Video

Dieses Demo-Video gibt eine Übersicht über die Funktionen. Man findet es auch auf meinem YouTube-Kanal.