Dispozitive DIY IoT folosind șiruri LED: 9 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

(Declinare de responsabilitate: Nu sunt vorbitor nativ de engleză.)

Cu ceva timp în urmă, soția mea a cumpărat niște lumini cu șiruri LED pentru a lumina grădina noaptea. Au creat o atmosferă foarte frumoasă. Au fost puși în jurul copacilor, dar ghici ce, ce ar trebui să se întâmple, am tăiat corzile în timp ce tăiem copacii …

Ceea ce vreau să vă arăt astăzi este cum să salvați lucruri rupte precum acele șiruri de LED-uri și să creați dispozitive conectate interesante pe care să le puteți controla cu smartphone-ul.

Veți învăța cum să utilizați un microcontroler și un tranzistor pentru a conduce LED-uri, cum să vă conectați dispozitivul la Internet și cum să controlați dispozitivul de pe smartphone. Presupun doar că aveți câteva cunoștințe electronice de bază, cum ar fi cum să aplicați legea lui Ohm. Dacă ați programat vreodată un Arduino înainte, este chiar mai bine.

Să începem cu dispozitivele pe care vreau să le construiesc. Lucrul bun despre corzile tăiate este că există cel puțin două bucăți. Astfel pot construi cel puțin două dispozitive. Voi începe cu o lampă conectată pe care o voi pune pe o masă și apoi cu un șir LED conectat, pe care îl voi folosi pentru a-mi lumina noul dormitor. Tot ce vreau este o modalitate de a aprinde și de a opri luminile folosind smartphone-ul meu.

Dar mai întâi, trebuie să vedem cum au funcționat lucrurile pentru a refolosi luminile.

Pasul 1: Inginerie inversă

Avem două șiruri de LED-uri, dar nu cunoaștem căderea de tensiune pe pinii șirurilor și curentul de care au nevoie. Din păcate, nu am o foaie de date pentru a obține acele valori.

În aceste cazuri, va trebui să ne dăm seama totul singuri. Să dezmembrăm incinta.

După îndepărtarea unor șuruburi cu o șurubelniță, putem vedea un circuit foarte simplu. Partea interesantă este în jurul pinilor de șiruri LED, vedem un regulator de tensiune (componentă cu 3 pini), un rezistor (cutia neagră cu 100 pe el) și pinii de șir LED. Privind puțin mai aproape (proiectarea circuitului), vedem că ieșirea regulatorului este conectată la șirul de LED-uri care este la rândul său conectat la sol printr-un rezistor de 10 ohmi (100 înseamnă 10x10e0). Să punem câteva baterii și să măsurăm căderea de tensiune pe știfturile șirului și între ieșirea regulatorului și sol.

Folosind un multimetru, putem măsura o cădere de tensiune de aproximativ 3V pe știfturile șirului (așa cum se arată în imagini). De asemenea, măsurăm 4,5V între ieșirea regulatorului și sol. Astfel, deducem că există o cădere de tensiune de 1,5V pe rezistorul de 10 ohmi; o putem măsura de fapt și noi. Folosind Legea lui Ohm (U = RI), știm că curentul prin ramură este de 1,5V / 10 ohm = 0.150A sau 150mA. Din nou putem măsura curentul, dar ar trebui să punem multimetrul în serie cu șirul, ceea ce nu este ușor de făcut.

Acum știm cum să conducem șirurile LED. Să ne construim dispozitivul.

Pasul 2: Materiale și instrumente

Iată de ce veți avea nevoie pentru a construi dispozitivele:

- niște șurubelnițe pentru a rupe lucruri, îmi place genul acesta de trusă

- câteva lumini cu șiruri LED, dacă doriți să reproduceți dispozitivele

- un ESP8266, acesta va fi creierul dispozitivului nostru

- o placă de măsurare și câteva fire, le vom folosi pentru a construi prototipul

- un set de rezistență și un set de tranzistori, puteți cumpăra și un kit mai mare care conține o mulțime de componente utile, cumpărând doar componentele necesare este, de asemenea, o opțiune

Dacă doriți să creați un circuit permanent, veți avea nevoie de câteva instrumente și câteva protoboarde:

- puteți cumpăra un kit de lipit destul de ieftin pentru a începe, veți găsi un multi-metru care poate fi folosit pentru a inginera propriile lucruri, aveți grijă să nu manipulați dispozitivele conectate la principal sau chiar dispozitivele care utilizează mai mult de 30V DC

- un tăietor este foarte util pentru tăierea firelor și a cablurilor componente

- niște protoboards

- ceva fir solid

S-ar putea să pară mult pentru a începe, dar veți construi niște stocuri pentru orice alt proiect pe care l-ați putea avea. Dacă nu vă deranjează să așteptați, puteți comanda totul pe Aliexpress la un cost mult mai mic. Ca alternativă, dacă nu doriți să cumpărați aceste instrumente, puteți merge și la cel mai apropiat hackerspace.

În cele din urmă, veți avea nevoie de câteva ore pentru a construi totul (mai puțin dacă urmați doar acest tutorial).

Pasul 3: Cum se utilizează un tranzistor

Știm că șirul LED necesită 150mA, dar este mult mai mult decât ceea ce ESP8266 poate furniza în siguranță pe pinii de ieșire. Nu doriți să conduceți mai mult de 12mA pe pini GPIO pe microcontroler. Pentru a depăși această limitare, va avea nevoie de un fel de comutator care poate fi controlat de microcontroler. Cele mai comune comutatoare sunt releul și tranzistorul. Un releu va funcționa cu siguranță, dar va fi mai voluminos, mai scump și, de cele mai multe ori, veți dori să utilizați un tranzistor pentru a conduce un releu.

Vom folosi tranzistoare pentru ambele dispozitive. Pentru a utiliza un tranzistor ca un comutator, trebuie să conducem curent prin baza acestuia. Curentul care curge prin șirul LED va fi proporțional cu curentul care curge prin bază.

Puteți juca cu un Arduino și un tranzistor pe Tinkercad pentru a avea o idee despre cum funcționează lucrurile. Am creat o simulare de bază pe care o puteți modifica. Dacă doriți să aflați mai multe despre Tinkercad, puteți urma acest tutorial uimitor: Cum să utilizați Tinkercad pentru a testa și implementa hardware-ul dvs.

Puteți vedea că tranzistorul funcționează ca un comutator închis când ieșirea GPIO este mare și ca un comutator deschis când ieșirea GPIO este scăzută. De asemenea, puteți juca cu valorile rezistențelor. Rezistorul în serie cu LED-ul va limita fluxul de curent prin LED, iar rezistorul conectat la baza tranzistorului va controla curentul maxim care circulă prin LED. Dacă măriți rezistența de bază, nu veți conduce suficient curent pentru LED, iar lumina va fi mai slabă.

Puteți arunca o privire la notele mele pentru a vedea ce valori ale rezistenței aleg pentru dispozitive. Aș fi putut folosi ieșirea de 3,3V în loc de ieșirea de 5V, dar apoi nu aș avea rezistențele corespunzătoare pentru a construi circuitul. Nu ezitați să citiți foaia de date a tranzistorului pentru a căuta câștigul tranzistorului.

Să construim acum un prototip.

Pasul 4: Construiți un prototip al circuitului

Va trebui să pregătim firul cu șir LED. Mai întâi să tăiem prima jumătate pentru a separa suportul bateriilor. Apoi, dezbrăcați firul, am folosit un bloc de borne pentru a conecta șirul de LED-uri la panoul de măsurare. Vom avea nevoie și de ESP8266, am folosit o mini clonă D1, două rezistențe și un tranzistor.

Aleg un p2222a pentru tranzistor, dar puteți alege orice tranzistor NPN. Va trebui doar să revizuiți valorile rezistențelor în funcție de câștigul tranzistorului pe care îl puteți găsi în foaia tehnică a tranzistorului. Aleg un rezistor de bază de 1k ohm și un rezistor LED de 15 ohm. Baza este acționată de GPIO5 sau D1.

Păstrați suportul bateriilor deoarece poate fi util pentru un alt proiect sau chiar pentru a alimenta dispozitivele nou create.

Urmați un tutorial despre cum să încărcați un program pe ESP8266 cu Arduino IDE, încărcați programul de clipire înlocuind LED_BUILTIN cu D1 și vă puteți bucura acum de un șir LED intermitent.

Dacă circuitul nu funcționează pentru dvs., încercați să schimbați firele LED deoarece trebuie să conectați anodul la rezistorul LED. Întotdeauna inversez firele …

Folosiți multimetrul pentru a verifica conexiunea și căderea de tensiune. Ar trebui să vedeți 3,3V între D1 și sol atunci când ieșirea este mare. De asemenea, ar trebui să vedeți o tensiune de 3V între firele de șiruri LED.

A avea un șir LED intermitent este bun, dar cum putem controla șirul LED cu smartphone-ul nostru?

Pasul 5: Utilizarea smartphone-ului dvs. pentru a conduce luminile LED cu șiruri - Partea I

Va trebui să instalați aplicația Blynk pe smartphone.

Odată ce aplicația este instalată, creați un proiect nou. Blynk vă va trimite un e-mail cu un simbol (serie de caractere hexagonale) de care veți avea nevoie pentru programul dvs. ESP8266. Creați un buton care va acționa ca un comutator. Butonul ar trebui să conducă pinul GPIO5 sau D1 al ESP8266. Acum puteți să vă jucați proiectul. Rețineți că aplicația vă va spune că dispozitivul este offline.

Puteți edita proiectul mai târziu pentru a adăuga temporizatoare care vor controla luminile.

Pasul 6: Utilizarea smartphone-ului dvs. pentru a conduce luminile LED cu șiruri - Partea II

Deschideți ID-ul Arduino. Va trebui să instalați biblioteca Blynk; pentru asta, trebuie doar să urmați capturile de ecran pe care le-am făcut. Accesați meniul „Instrumente”, faceți clic pe „Gestionați bibliotecile”, căutați „Blynk” și instalați cea mai recentă versiune.

Acum puteți deschide un exemplu care va configura Blynk pe ESP8266 pentru dvs. Exemplul este afișat în capturile de ecran.

Asigurați-vă că ați selectat placa corectă, „D1 mini” în cazul meu și portul corect.

Actualizați codul cu SSID-ul și parola dvs. wifi (de obicei cheia WPA sau WEP din caseta Internet), va trebui, de asemenea, să completați jetonul pe care l-ați primit prin e-mail.

Acum puteți încărca codul pe ESP8266. Odată ce codul este încărcat, așteptați câteva secunde pentru a vă asigura că dispozitivul este conectat în WiFi la routerul dvs. de internet și veți putea controla luminile folosind butonul Blynk pe care l-ați creat.

Acum aveți un dispozitiv IoT! Vă puteți opri aici dacă doriți, dar nu uitați să citiți secțiunea „Resurse”. Dacă doriți să vă distrați mai mult și să construiți un circuit permanent și o incintă, continuați să citiți.

Pasul 7: Creați un circuit permanent (bonus)

Este timpul să creați un circuit permanent. Puteți viziona acest și acest videoclip pentru a afla despre lipire. Am folosit o placă proto standard cu niște antet pentru ESP8266. În acest fel, dacă vreau să refolosesc microcontrolerul pentru un alt proiect, pot. Puteți alege să lipiți microcontrolerul direct pe placa proto. Dacă nu aveți încredere, alegeți o placă proto care să arate ca o placă; veți putea să vă reutilizați conexiunile pentru panoul de testare.

Am făcut două greșeli cu primul meu dispozitiv. Nu am folosit blocul de terminale pentru șirul de LED-uri … și am inversat firele. Puteți marca firul negativ sau pozitiv, dar se recomandă utilizarea unui bloc de borne. A doua greșeală este că am folosit 3.3V pentru a conduce șirul de LED, rezultând o lumină mai slabă. Dacă faceți, ca și mine, greșeli, nu vă faceți griji, este ușor să eliminați lipirea și să modificați valorile rezistențelor sau să actualizați conexiunile. Puteți adăuga chiar mai multe componente mai târziu!

Acum că ai circuitul permanent, este timpul să-i construiești incinta.

Pasul 8: Construiți o incintă (bonus)

Am urmat un tutorial sparkfun pe Tinkercad pentru a construi o incintă pentru dispozitivele mele. Am imprimat carcasa folosind noul meu Prusa i3 MK3 achiziționat cu un filament PLA (20% umplutură și 0,2 mm). Este de fapt o premieră pentru mine și am făcut deja două greșeli pe care le puteți vedea pe poze. Prima mea incintă nu avea spațiul necesar pentru mufa USB și găurile nu erau aliniate. Am proiectat apoi o nouă versiune cu o potrivire mai bună, care poate susține și un capac. Puteți economisi ceva timp și câțiva bani imprimând doar partea necesară a carcasei pentru a testa potrivirea cu circuitul.

Acum aveți două dispozitive IoT pe care le puteți controla folosind Blynk. Cerul este limita. Puteți extinde în totalitate proiectul cu un detector de prezență care controlează luminile, cu un temporizator care stinge luminile după un anumit timp sau chiar folosind luminile cu șiruri LED ca sistem de notificare; ar putea clipi atunci când primiți un e-mail, de exemplu.

Hacking fericit!

Pasul 9: Resurse

Nu pot recomanda suficient această carte: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Puteți afla despre tranzistoare, condensatoare și multe alte lucruri interesante despre electronică. Are cunoștințele necesare pentru a începe să lucreze cu componentele electronice. Împreună cu cunoștințele dvs. recent dobândite despre ESP8266, Blynk și Tinkerpad, veți putea crea lucruri foarte interesante.

Puteți afla multe vizionând videoclipuri de pe YouTube. Vă recomand următoarele canale:

- EEVblog

- GreatScott!

- Academia Khan

Dacă sunteți suficient de curajos, puteți dobândi mai multe cunoștințe în urma cursurilor edx sau cursuri despre IoT sau electronică.