Conhecer o Sense HAT Exibir texto e imagens na matriz LED do Sense HAT

O Sense HAT é uma placa suplementar para o Raspberry Pi, que foi criada para a competição do Astro Pi. É uma parte essencial da tua missão Astro Pi. A placa acrescenta a capacidade de medir e apresentar todo o tipo de informação usando uma matriz LED. Neste conjunto de atividades, explorarás o hardware Sense HAT e a sua biblioteca Python. Aprenderás a controlar a matriz LED e a exibir resultados visuais.

Equipamento

o Kit Astro Pi o Monitor o Teclado USB o Rato USB o Chave de fendas

Atividade 1 – Montar o Sense HAT

Os dois Raspberry Pi enviados para a Estação Espacial Internacional (ISS, International Space Station) estão equipados com uma placa Sense HAT (Hardware Attached on Top ou Hardware anexado ao topo), semelhante à que tens no teu kit. A placa confere ao Raspberry Pi a capacidade de medir diferentes tipos de informação, desde temperatura até movimento, e apresentação de resultados usando um ecrã especial – a matriz LED 8x8. A bordo da ISS, os Raspberry Pi não podem ser ligados a um ecrã, por isso a matriz é a única forma real de visualizar os resultados dos Raspberry Pi.

Figura 1 – Astro Pi Ed na ISS

Nesta atividade, montarás o Sense HAT para começar a explorar as suas capacidades.

Exercício

1. O Sense HAT é fornecido num saco antiestático, juntamente com os seguintes elementos:

• 4 x apoios hexagonais (fêmea a fêmea) • 8 x parafusos M2.5

Certifica-te de que tens todos os elementos antes de iniciares a montagem.

2. Agora, anexa o Sense HAT ao teu Raspberry Pi. Realiza esta tarefa com o Raspberry Pi desligado da tomada elétrica e com todos os outros cabos desligados.

3. Aparafusa os apoios hexagonais ao próprio Raspberry Pi, introduzindo os parafusos a partir da parte inferior e rodando os apoios hexagonais entre o dedo e o polegar (vê a Figura 2).

Figura 2 – Como montar o Sense HAT no Raspberry Pi

4. Em seguida, introduz o Sense HAT no conjunto de extensão de pinos GPIO. Os orifícios dos cantos devem estar alinhados com os apoios hexagonais.

5. Por fim, coloca os restantes parafusos a partir da parte superior.

6. Usa uma chave de fendas pequena para apertar cada apoio de canto individualmente. Não precisas de os apertar muito, apenas o suficiente para garantir que o HAT não fica solto.

7. Agora, estás pronto para ligar e iniciar o teu Astro Pi!

Atividade 2 – Olá, daqui é a Terra!

A matriz LED do Sense HAT é usada para exibir formas, ícones e mensagens à tripulação da ISS. Nesta atividade, executarás o teu primeiro programa usando o Sense HAT e enviarás uma mensagem aos astronautas a bordo da ISS.

Exercício

1. Abre o Python 3 clicando no logótipo Raspberry na parte superior do ecrã. Esta ação abrirá o Menu. Seleciona Programming > Python 3. Esta ação fará surgir uma janela Python Shell. Seleciona File > New File e digita o código a seguir na nova janela.

2. Seleciona File > Save As, escolhe um nome de ficheiro para o teu programa e, em seguida, seleciona Run > Run module. A tua mensagem deverá, então, aparecer na matriz LED em texto a preto e branco. Dado que a mensagem é muito longa irá deslocar-se na matriz.

3. Poderás também acrescentar um parâmetro de velocidade de deslocamento do texto da mensagem. Copia e executa o seguinte código:

4. A matriz LED pode também exibir um único caráter, em vez de uma mensagem inteira, através do comando sense.show_letter . Abre um novo ficheiro e digita o seguinte código:

5. Guarda o teu código e executa-o. O que faz?

Atividade 3 – Como funciona a exibição da cor?

A matriz LED do Sense HAT contém 64 LED multicoloridos. No interior de cada um dos 64 LED, existem três LED mais pequenos: um vermelho, um verde e um azul, tal como no ecrã do teu televisor ou smartphone.

Nesta atividade, aprenderás como funciona a exibição de cores em sistemas eletrónicos e a usar os LED de cor para enviar mensagens coloridas.

Exercício

1. Podes usar as cores vermelha, verde e azul para criar as outras cores. Estas são chamadas as três cores primárias aditivas. Na Figura 3, existem três holofotes de brilho igual, um para cada cor. Na ausência de qualquer cor, o resultado é preto.

a) Experimenta fazer vários conjuntos de duas cores diferentes. Obténs novas cores? Identifica-as.

b) Qual é o resultado de adicionar as três cores primárias?

Figura 3 – Mistura de cores aditivas

2 - É possível criar ainda mais cores do que as que vês na roda de cores, variando o brilho das três cores originais usadas. Abre uma nova janela Python 3 e escreve o código a seguir.

Seleciona File > Save As e escolhe um nome de ficheiro para o teu programa. Em seguida, seleciona Run > Run Module. Que cor foi exibida na matriz do Sense HAT?

3. As variáveis r, g e b representam as cores vermelha, verde e azul. Os números que contêm especificam a quantidade de brilho que cada cor deve ter. O valor de brilho pode ser de entre 0 e 255. No código acima, foi usado o valor máximo (255) para cada cor. Altera os valores para especificar 255 red mas 0 green e 0 blue. Em seguida, executa novamente o código. Que outras cores consegues fazer?

4. Este sistema de mistura de cores é usado em todo o módulo de programação do Astro Pi. Podes usar mistura de cores para criar um grande efeito programando texto de deslocamento. Digita o seguinte código num ficheiro novo:

Observa a sintaxe text_colour=(255, 0, 0) – Não te esqueças das vírgulas!

5. Podes também modificar a cor de fundo da mensagem, desta forma:

Nota: as vírgulas são importantes, não te esqueças delas!

6. Cria uma mensagem usando cores de pontos opostos da roda de cores para maximizar o contraste, criando uma mensagem fácil de ler para astronautas atarefados. Consegues que a mensagem seja exibida para sempre? Copia o teu código para a caixa a seguir.

Figura 4 – Roda de cores

Atividade 4 – Exibir imagens

A matriz LED pode exibir mais do que apenas texto. Podes também criar uma imagem! Se ampliares uma imagem digital, verás milhares de pequenos quadrados, cada um preenchido com uma única cor. A combinação destes quadrados – ou píxeis – forma a imagem. Nesta atividade, aprenderás o que é um píxel e como exibir imagens usando a matriz LED do Sense HAT.

Exercício

1. A Figura 5 mostra os píxeis num ecrã LCD de um portátil. Um píxel é um pequeno elemento de imagem numa imagem digital, como os minúsculos quadrados que vês no teu telemóvel. Cada píxel no teu ecrã é composto por três subpíxeis (vermelho, verde e azul) Podes observar que os píxeis são ligados e desligados para formar padrões de letras e números. Esta é a forma como funcionam todos os ecrãs de computadores e smartphones. Se quiseres criar formas reconhecíveis na matriz LED, é isto que também precisas de fazer.

ByKprateek88(Ownwork)[GFDL(http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)orCCBY-SA4.0-3.0-2.5-2.0-1.0(http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0-3.0-2.5-2.0-1.0)],viaWikimediaCommons

Figura 5 – As imagens digitais são compostas por píxeis

Abre uma nova janela Python 3 e escreve o código a seguir.

Seleciona File > Save As e escolhe um nome de ficheiro para o teu programa. Em seguida, seleciona Run > Run Module. O que fez?

2. As variáveis “x” e “y” são usadas para controlar qual o LED individual que o comando set_pixel deverá alterar. X é horizontal e tem um intervalo de 0 à esquerda a 7 à direita. Y é vertical e tem um intervalo de 0 na parte superior a 7 na parte inferior. Digita o seguinte código numa janela nova:

a) Pinta com cores a matriz acima de acordo com o que esperas que seja exibido na matriz do Sense HAT.

b) Guarda e executa o teu código. Efetuou o que esperavas que efetuasse?

3. Poderás experimentar e desenhar formas ou padrões usando o comando set_pixel uma e outra vez no teu código. Porém, existe um comando set_pixels e com ele poderás mudar todos os 64 LED usando uma única linha de código! Por exemplo, poderias desenhar uma nova cara triste para o jogo das Minas (Minecraft) na matriz LED. E, poderás usar várias variáveis para definir a tua paleta de cores. Executa os exemplos a seguir:

Observa a sintaxe sense.set_pixels(name of the image) e []!

4. Agora, é a altura de criares a tua própria imagem de código. Experimenta pixelizar o Paxi, a mascote da ESA, usando a grelha a seguir. Para cada quadrado, a cor deverá ser a cor principal em cada quadrado que compõe a imagem do Paxi. Escreve o código que te permitirá exibir a imagem do Paxi na matriz LED.

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5. Abre uma nova janela Python 3 e executa o teu código. O Paxi foi exibido na tua matriz LED?

Atividade 5 – Definir a orientação

Até agora, todos os textos e imagens surgiram com a mesma orientação ascendente, considerando que a porta HDMI está na parte inferior. Contudo, este nem sempre é o caso (especialmente na ISS). Nesta atividade, aprenderás a alterar a orientação na matriz e a rodar o resultado visual exibido na mesma.

Exercício

1. Para alterares a orientação da matriz, poderás usar o método sense.set_rotation() e entre parêntesis, introduzir um dos quatro ângulos (0, 90, 180, 270). Abre uma nova janela Python 3 e escreve o código a seguir.

Seleciona File > Save As e escolhe um nome de ficheiro para o teu programa. Em seguida, seleciona Run > Run Module.

2. Poderás também criar um texto que gire usando um loop for. Abre uma nova janela Python 3. Digita e executa o código a seguir. O que fez?

3. Poderás também inverter a imagem no ecrã, horizontal ou verticalmente, usando estas linhas de código:

sense.flip_h() ou sense.flip_v() Com o exemplo a seguir, poderás criar uma simples animação invertendo a imagem repetidamente:

Extensão

Consegues criar uma imagem giratória usando uma das técnicas de desenho já mostradas e usar o método sense.set_rotation para fazer a imagem girar?

PASSOS SEGUINTES

Usar dispositivos de saída como a matriz do Sense HAT é uma forma fantástica para exibires texto e imagens usando o teu Astro Pi. O Sense HAT do Raspberry Pi também contém um conjunto completo de sensores que pode ser usado para teres a perceção do espaço à tua volta e realizar incríveis experiências científicas – na tua sala de aula e a bordo da ISS! No próximo conjunto de atividades, explorarás as coisas possíveis que podes fazer com os sensores Sense HAT.