Barevné synchronizované dotykové lampy: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Pro tento projekt vyrobíme dvě lampy, které jsou schopny změnit barvu dotykem a které mohou tuto barvu navzájem synchronizovat přes internet. Použili jsme to jako vánoční dárek pro přítele, který se přestěhoval do jiného města. Dostala jednu z lamp a druhá zůstává u nás. Tímto způsobem máme oba pěkně vypadající lampu a zároveň si můžeme navzájem posílat barvy. Je to pěkný a skvělý způsob, jak spolu komunikovat, i když od sebe, a mnohem lehčí forma komunikace než prostřednictvím textu, hlasu nebo obrázků.

Tento projekt je inspirován projektem Syncenlight německého rozhlasového pořadu Netzbasteln, přestože jsme software trochu pozměnili a postavili pro náš projekt propracovanější lampy. Ve videu můžete vidět, jak to funguje. Pro demonstrační účely stojí obě lampy přímo vedle sebe - ale fungovalo by to i v případě, že by byly na opačných stranách planety (pokud existuje WiFi).

Krok 1: Potřebné dovednosti, nástroje a součásti

Protože potřebujeme pájet elektroniku žárovky, jediné speciální dovednosti potřebné pro tento projekt jsou pájecí dovednosti a základní znalosti elektroniky. Pokud rozumíte některým základním věcem o vývoji softwaru, bylo by to plus, protože byste mohli software upravit podle svých potřeb. Pokud ho ale chcete používat tak, jak jsme to udělali, stačí si stáhnout software a nahrát jej do vlastní lampy.

Části, které jsou pro lampu potřebné, jsou vidět na obrázku výše. Pokud to chcete postavit přesně jako my, pak potřebujete toto:

• odpor 100 kΩ
• Wemos D1 mini (nebo jakákoli jiná deska založená na ESP8266)
• některé LED diody WS2812B (buď jednotlivé, nebo jejich pás)
• nějaké kabely
• kabel USB (stejný druh, který se používá pro většinu smartphonů, musí být datový kabel)
• kovový květináč
• skleněná váza
• plechovka spreje s ledovými květinami (nebo něco podobného)
• dvě dřevěné tyče
• malý kousek lepenky (velikost Wemos D1 mini)

Posledních pět položek v tomto seznamu jsou ty, které jsme použili pro jeden z našich konkrétních designů lamp. Toto je design lampy, který použijeme jako příklad v tomto Instructable. Můžete si postavit vlastní lampu přesně jako tato, ale v této části můžete samozřejmě také být kreativní a navrhnout si vlastní lampu, jak chcete. Jak vidíte na obrázcích, druhý, který stavíme, vypadá jinak než ten první a již máme nápady na nové designy lamp. Toto je tedy část, kde jsou téměř nekonečné možnosti.

Samozřejmě nepotřebujeme jen díly, ale také nástroje, abychom dali vše dohromady. K tomu potřebujeme následující položky:

• páječka (plus pájka)
• nějaký brusný papír
• pár nůžek
• tavnou pistolí
• pilka na dřevo

Nyní, když máme vše potřebné, vysvětlíme základní myšlenku lampy, jak to všechno funguje a samozřejmě jak lampu postavit.

Krok 2: Základní myšlenka a jak to funguje

Základní myšlenku lze vidět na schématu zapojení. Jádrem projektu je mini deska Wemos D1, která má mikrokontrolér ESP8266. Výhodou ESP8266 je, že je levný a má WiFi přímo na palubě, což je přesně to, co potřebujeme. Použili jsme mini desku Wemos D1, protože s touto deskou nepotřebujete žádné další nástroje k nahrání softwaru do mikrokontroléru (kromě standardního datového kabelu USB). Ale pro tento projekt by měla fungovat jakákoli deska založená na ESP8266.

K ovládání lampy chceme použít kapacitní dotykový senzor (stejný základní princip jako většina displejů chytrých telefonů). Takový dotykový senzor lze sestrojit tak, že připojíte odpor 100 kΩ ke dvěma pinům ESP8266 (v našem případě kolíky D2 a D5) a poté připojíte další vodič ke kolíku D5 a poté tento vodič připájíte na kovovou desku. To, kde tento vodič připájíte, závisí na zvoleném designu žárovky. Ve schématu zapojení jsme použili obecnou kovovou desku, ale pro náš konkrétní design lampy jsme tento kabel připájili k kovové části lampy. Pokud vás zajímá, jak to přesně funguje, na webu je dobré vysvětlení pro knihovnu Arduino, kterou jsme použili pro programování kapacitního dotykového senzoru.

Nyní, když máme něco, čeho se můžeme dotknout pro ovládání lampy, další věc, kterou potřebujeme, je světelný zdroj. K tomu jsme použili LED diody WS2812B. Ty jsou široce používány v různých projektech a jejich hlavní výhodou je, že můžete ovládat barvu mnoha LED pomocí jediného datového připojení mezi první LED a mikrokontrolérem (v našem případě připojeným k D8 ESP8266). V našem projektu používáme čtyři LED diody WS2812B. Ve schématu zapojení jsou zobrazeny dvě, ale přidání dalších LED funguje přesně jako přidání druhé: Kolík DOUT druhé LED musí být připojen k DIN třetí a VSS a VDD musí být připojeny k zemnicímu kolíku a Respektive 5V pin. Tyto LED diody WS2812B lze pak snadno naprogramovat, např. s knihovnou Adafruit NeoPixel.

Nyní máme všechny potřebné ingredience: mikrokontrolér s možností WiFi, dotykový senzor pro ovládání lampy a samotný světelný zdroj. V dalších krocích popíšeme, jak sestavit skutečnou lampu a jak nahrát software a co je třeba udělat, aby se dvě (nebo více) lamp mohly synchronizovat přes internet.

Krok 3: Pájení elektroniky

Nejprve tedy musíme pájet všechny elektronické součásti dohromady. Začali jsme pájením jednotlivých LED diod WS2812B dohromady (jak je znázorněno a popsáno v předchozím kroku). Pokud bychom tento projekt provedli znovu, pravděpodobně bychom koupili LED diody WS2812B ve formě pásu. Tyto proužky lze řezat tak, abyste měli přesně tolik LED, jaké chcete, a pak stačí pájet konektory DIN, VDD a VSS tohoto pásku na piny D8, 5V a G na ESP8266. Bylo by to jednodušší, než to udělat tak, jak jsme to udělali, ale pájení jednotlivých LED diod WS2812B dohromady je také možné, jak je vidět na obrázcích (ačkoli naše pájecí spoje nejsou příliš krásné - ale fungují)

Dále jsme pájili odpor mezi piny D2 a D5. Na pinu D5 musíme také připájet další vodič, který bude později připájen na část lampy, která by měla fungovat jako dotykový senzor. Na obrázcích vidíte, že jsme odpor nepájel přímo k desce, ale naopak připájel konektory k desce, do které jsme následně vložili odpor. Důvodem bylo, že jsme chtěli zjistit, který rezistor pro tento projekt funguje nejlépe, ale můžete také rezistor pájet přímo na desku.

Jako poslední krok můžeme nyní připojit náš USB kabel k USB konektoru Wemos D1 mini (ujistěte se, že máte USB datový kabel - existují také kabely, které fungují pouze pro nabíjení, ale ne pro přenos dat, ale potřebujeme datová schopnost později flashovat software).

Krok 4: Sestavení lampy

Nyní, když jsou elektronické součástky připraveny, můžeme začít vyrábět skutečnou lampu. Za tímto účelem chceme osvětlit vázu shora pomocí našich LED diod a chceme, aby světlo lampy bylo rozptýlené. Protože sklenice vázy, kterou jsme našli, je velmi čistá, použili jsme Ice Flower Spray, aby měla sklenice matnější vzhled. K dispozici je několik verzí spreje, které mohou sklu dodat matnější nebo difuznější vzhled, takže se můžete jen podívat, co najdete. Pokud použijete tento sprej, ujistěte se, že je vše dobře vysušené, než budete pokračovat. V závislosti na použitém spreji to může trvat několik hodin.

Abychom nyní mohli lampu postavit, musíme se ujistit, že kovový květináč zůstane na vrcholu vázy ve správné výšce a že elektronika je připevněna uvnitř hrnce tak, aby diody osvětlovaly vázu. K tomu jsme pomocí dvou dřevěných tyčinek, smirkového papíru a pily na dřevo udělali kříž. Tento kříž bude sedět na vrcholu vázy a konce kříže budou přilepeny k hrnci. Tímto způsobem se můžeme ujistit, že je květináč ve správné výšce (pokud má dřevěný kříž odpovídající velikost).

K tomu jsme nejprve pomocí pily dostali dřevěné tyče na správnou velikost. Poté jsme pomocí smirkového papíru vybrousili drážku uprostřed jedné z tyčinek. Nyní jsme ten druhý zalepili do žlábku pomocí tavné pistole. Pokud bychom to položili na vázu, moc by se to nehodilo, protože tyčinky nejsou na stejné úrovni. Brousili jsme tedy dvě nové drážky na koncích tyče, která je na spodní úrovni, aby kříž perfektně seděl na váze. Na obrázcích je to dobře vidět.

Pokud vše dobře sedí, dalším krokem je přilepit kousek lepenky na kříž. To musí být na straně kříže, kde nejsou žádné drážky. Poté jsme na lepenku nalepili mini desku Wemos D1 a LED diody na druhou stranu kříže.

Dalším krokem pak je připájení kabelu odporového dotykového senzoru ke kovové nádobě. Tímto způsobem můžeme ovládat barvu lampy dotykem hrnce. Pokud je to provedeno, dřevěný kříž lze na kovový hrnec přilepit tavnou pistolí a poté kříž a hrnec nalepit na vázu.

Jako poslední krok můžeme nyní USB kabel se super lepidlem přilepit na vázu, aby vše vypadalo pěkně a upraveně. Nyní jsme téměř hotovi.

Krok 5: Uvedení do provozu

Posledním krokem je nahrání softwaru na lampu a konfigurace serveru, který bude použit pro synchronizaci lampy. Pokud vás zajímá, jak software přesně funguje, můžete studovat zdrojový kód, nebudeme se zde příliš rozepisovat. Základní myšlenkou však je, že každá z lamp, které chcete synchronizovat, musí být připojena ke stejnému serveru MQTT. MQTT je protokol pro zasílání zpráv pro internet věcí a komunikaci mezi stroji. Pokud jedna z lamp změní barvu, zveřejní to na serveru MQTT, který poté pošle signál všem ostatním lampám, které jim poté řeknou, aby také změnily barvu.

Ale nebojte se, nemusíte nic rozumět o MQTT, o tom, jak funguje, ani o tom, jak nastavit server MQTT, pokud chcete lampu jen používat. Pokud chcete, můžete samozřejmě nastavit a konfigurovat svůj vlastní server. Pokud to ale nechcete, je k dispozici také několik služeb, kde si můžete pronajmout server MQTT hostovaný v cloudu. K tomu jsme použili CloudMQTT, kde můžete získat velmi omezený server dokonce zdarma (ale s dostatečnou funkčností a šířkou pásma pro naše účely). Bezplatný plán se nazývá Cute Cat a pokud získáte některý z nich, stačí se podívat do Podrobnosti → Informace o instanci a tam uvidíte Server, Uživatele, Heslo a Port vaší instance MQTT. Tyto hodnoty jsou vše, co potřebujete, takže si je zapište:-)

Nyní k nahrání softwaru na lampu potřebujete připojit kabel USB k notebooku nebo počítači a poté můžete software nahrát pomocí softwaru Arduino. Jak nainstalovat a konfigurovat software Arduino pro použití s deskami založenými na ESP8266 je dobře vysvětleno v tomto Instructable, takže tyto kroky zde nemusíme opakovat.

Poté, co nainstalujete a nakonfigurujete vše, co potřebujete, přejděte do Nástroje → Spravovat knihovny v softwaru Arduino a nainstalujte knihovny potřebné pro tento projekt: Adafruit NeoPixel, CapacativeSensor, PubSubClient, WifiManager (ve verzi 0.11) a ArduinoJson (ve verzi 5, ne verze beta 6). Pokud jsou nainstalovány, můžete si stáhnout zdrojový kód pro lampu z našeho úložiště Github pro tento projekt a nahrát jej do lampy pomocí softwaru Arduino.

Pokud vše proběhlo dobře, lampa se nyní spustí a je připravena k použití:-) Při spouštění se bude vlnit modře a pokusit se připojit ke známému WiFi. Při prvním spuštění lampa zjevně neví o žádném WiFi, takže spustí svůj vlastní Hotspot (s názvem, který je kombinací „Syncenlight“a jedinečného identifikátoru pro ESP8266, který jste použili). Připojit se můžete např. svůj smartphone k této WiFi a budete přesměrováni na konfigurační stránku lampy, kde můžete konfigurovat své WiFi pověření a také zadat požadovaná nastavení pro server MQTT (ta, která jste si potřebovali zapsat o pár odstavců dříve). Pokud jste s tím hotovi, lampa se restartuje a je nyní zcela připravena k použití!

Dejte nám vědět, jak se vám tento projekt líbil, nebo pokud máte nějaké dotazy, doufáme, že se vám tento Instructable líbil:-)