基于行空板k10+树莓派3B搭建氛围灯控制系统 中等

项目背景：

随着STEM（科学、技术、工程和数学）教育的兴起，越来越多的教育工作者开始寻找能够激发学生兴趣、培养创新能力和实践能力的项目。氛围灯作为一种结合灯光艺术与电子技术的产品，不仅能够提升学生的动手能力，还能帮助他们理解光学、电子学及编程等基础知识。本项目旨在利用行空版K10和树莓派开发一系列氛围灯控制系统案例。通过本文可以学习如何搭建自己的MQTT服务器并实现和行空板k10的通讯。

项目主要硬件：

行空板k10

树莓派3B+（或其他linux主机）

一、树莓派3B上的操作

1、 搭建MQTT broker

Mosquitto是一款开源的消息代理软件，支持MQTT协议，实现了可发布/可订阅的消息推送模式。它轻量级、跨平台，支持QoS等级、TLS/SSL加密及认证授权，适用于物联网设备通信，如智能家居、工业自动化等领域。

安装mosquitto指令

sudo apt-get install mosquitto

sudo apt-get install mosquitto-clients

sudo apt-get install mosquitto-dev

安装完成后的配置

cd /etc/mosquitto/

sudo cp pwfile.example passwd.conf

sudo vi mosquitto.conf

增加以下三行以支持局域网访问以及设置账号密码。

listener 1883 0.0.0.0

allow_anonymous false

password_file /etc/mosquitto/passwd.conf

如图：

接着使用以下指令明文创建账号

sudo mosquitto_passwd -b /etc/mosquitto/passwd.conf siot dfrobot

使用方法

配置修改完成后使用以下指令重启mosquitto 让配置生效

sudo service mosquitto restart

可以使用以下指令查看mosquitto 服务状态

sudo service mosquitto status

正常运行显示如下图

2、 安装Node-red

Node-RED是一个基于Node.js的开源可视化编程工具，由IBM开发，主要用于连接物联网设备、API和在线服务，以快速构建和部署事件驱动的应用程序，支持可视化编程、丰富的节点库和跨平台运行。

安装指令

sudo apt-get install nodejs

sudo apt-get install npm

sudo npm config set registry https://registry.npmmirror.com/

sudo npm install -g node-red

开机启动node-red的配置

cd /etc/systemd/system

sudo vim node-red.service

============================我是分割线=================================

 [Unit]

Description=Node-RED

After=syslog.target network.target

[Service]

ExecStart=/usr/local/bin/node-red --max-old-space-size=128 -v

Restart=on-failure

KillSignal=SIGINT

# log output to syslog as node-red

SyslogIdentifier=node-red

StandardOutput=syslog

# non-root user to run as

WorkingDirectory=/home/xxx /

User=xxx

Group=xxx

[Install]

WantedBy=multi-user.target

==============================我是分割线=================================

将xxx换成你树莓派的账号

//刷新systemctl

sudo systemctl daemon-reload

//设置下次开机时自动启动。

sudo systemctl enable node-red.service

//开启node-red服务

sudo systemctl start node-red.service

如果遇到启动提示版本问题可尝试使用以下指令更新Node.js

sudo apt remove nodejs

curl -fsSL https://deb.nodesource.com/setup_18.x | sudo -E bash -

sudo apt install -y nodejs

安装完成后通过树莓派IP:1880访问node-red配置页面

安装node-red-dashboard

安装后可自行拖拽组件或者直接复制导入以下代码实现控制页面。

[

    {

        "id": "4eb1c5893747928b",

        "type": "tab",

        "label": "灯带颜色",

        "disabled": false,

        "info": "",

        "env": []

    },

    {

        "id": "fea4126dd2f5ef4e",

        "type": "function",

        "z": "4eb1c5893747928b",

        "name": "提取RGB值",

        "func": "let color = msg.payload;\n\nlet r = parseInt(color.substr(0, 2), 16);\nlet g = parseInt(color.substr(2, 2), 16);\nlet b = parseInt(color.substr(4, 2), 16);\n\nmsg.payload = {\n    r: r,\n    g: g,\n    b: b\n};\n\nreturn msg;",

        "outputs": 1,

        "timeout": "",

        "noerr": 0,

        "initialize": "",

        "finalize": "",

        "libs": [],

        "x": 620,

        "y": 360,

        "wires": [

            [

                "350c1a7e4f731460"

            ]

        ]

    },

    {

        "id": "350c1a7e4f731460",

        "type": "mqtt out",

        "z": "4eb1c5893747928b",

        "name": "",

        "topic": "rgb/control",

        "qos": "0",

        "retain": "",

        "respTopic": "",

        "contentType": "",

        "userProps": "",

        "correl": "",

        "expiry": "",

        "broker": "b1b1c1a0.1b1c1",

        "x": 820,

        "y": 360,

        "wires": []

    },

    {

        "id": "e175399b16f87bee",

        "type": "ui_colour_picker",

        "z": "4eb1c5893747928b",

        "name": "",

        "label": "",

        "group": "36c6f529d26bca6c",

        "format": "hex",

        "outformat": "string",

        "showSwatch": true,

        "showPicker": true,

        "showValue": true,

        "showHue": false,

        "showAlpha": true,

        "showLightness": false,

        "square": "false",

        "dynOutput": "false",

        "order": 0,

        "width": 0,

        "height": 0,

        "passthru": true,

        "topic": "topic",

        "topicType": "msg",

        "className": "",

        "x": 410,

        "y": 360,

        "wires": [

            [

                "fea4126dd2f5ef4e"

            ]

        ]

    },

    {

        "id": "b1b1c1a0.1b1c1",

        "type": "mqtt-broker",

        "name": "",

        "broker": "localhost",

        "port": "1883",

        "clientid": "",

        "autoConnect": true,

        "usetls": false,

        "protocolVersion": 4,

        "keepalive": "60",

        "cleansession": true,

        "autoUnsubscribe": true,

        "birthTopic": "",

        "birthQos": "0",

        "birthPayload": "",

        "birthMsg": {},

        "closeTopic": "",

        "closeQos": "0",

        "closePayload": "",

        "closeMsg": {},

        "willTopic": "",

        "willQos": "0",

        "willPayload": "",

        "willMsg": {},

        "userProps": "",

        "sessionExpiry": ""

    },

    {

        "id": "36c6f529d26bca6c",

        "type": "ui_group",

        "name": "RGB控制",

        "tab": "2629212c2b9c1802",

        "order": 1,

        "disp": true,

        "width": "6",

        "collapse": false,

        "className": ""

    },

    {

        "id": "2629212c2b9c1802",

        "type": "ui_tab",

        "name": "灯带控制",

        "icon": "dashboard",

        "order": 1,

        "disabled": false,

        "hidden": false

    }

]

参考操作如下，导入后点击部署。

部署完成后即可通过http://树莓派IP:1880/ui/，如http://192.168.123.3:1880/ui/访问手机端访问效果如下

该代码实现了当UI页面RGB数值变化后会通过mqtt发布rgb/control主题消息，消息格式为{"r":231,"g":24,"b":134}

至此在树莓派上的部署完成。

二、行空板k10操作

主代码如下，主要实现了网络连接，NTP对时，RGB灯颜色初始设置、MQTT连接，并用语音进行状态提醒。

MQTT消息处理

利用字符查找模块对收到的rgb数据进行了处理，并将数据显示在行空板k10上，并实现对板载RGB指示灯的控制

三、效果演示

以上基于行空板k10+树莓派3B搭建氛围灯控制系统分享，感谢查阅！