DIY IoT zařízení pomocí LED řetězců: 9 kroků (s obrázky)

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

(Prohlášení: Nejsem rodilý mluvčí angličtiny.)

Před nějakou dobou si moje žena koupila pár LED světel na osvětlení zahrady v noci. Vytvořili velmi příjemnou atmosféru. Byli rozmístěni kolem stromů, ale hádejte co, co by se mělo stát, přestřihli jsme struny při řezání stromů…

To, co vám dnes chci ukázat, je, jak zachránit rozbité věci, jako jsou ty struny LED, a vytvořit zajímavá připojená zařízení, která můžete ovládat pomocí smartphonu.

Naučíte se používat mikrokontrolér a tranzistor k pohonu LED, jak připojit zařízení k internetu a jak zařízení ovládat ze smartphonu. Předpokládám, že máte nějaké základní znalosti z oblasti elektroniky, například jak aplikovat Ohmův zákon. Pokud jste někdy naprogramovali Arduino dříve, je to ještě lepší.

Začněme zařízeními, která chci postavit. Dobré na odstřižených strunách je, že existují minimálně dva kusy. Proto mohu postavit alespoň dvě zařízení. Začnu připojenou lampou, kterou položím na stůl, a poté připojeným LED řetězcem, který použiji k osvětlení své nové ložnice. Jediné, co chci, je způsob, jak pomocí smartphonu zapínat a vypínat světla.

Nejprve však musíme vidět, jak věci fungovaly při opětovném použití světel.

Krok 1: Reverzní inženýrství

Máme dva LED řetězce, ale neznáme pokles napětí na pinech strun a proud, který vyžadují. Bohužel pro tyto hodnoty nemám datový list.

V takových případech budeme muset na všechno přijít sami. Rozeberme skříň.

Po odstranění některých šroubů pomocí šroubováku můžeme vidět velmi jednoduchý obvod. Zajímavá část je kolem pinů LED diod, vidíme regulátor napětí (součást se 3 piny), odpor (černá skříňka se 100 na něm) a kolíky LED diod. Když se podíváme trochu blíže (návrh obvodu), vidíme, že výstup regulátoru je připojen k řetězci LED, který je zase připojen k zemi přes odpor 10 ohmů (100 znamená 10x10e0). Vložíme nějaké baterie a změříme úbytek napětí na vývodech strun a mezi výstupem regulátoru a zemí.

Pomocí multimetru můžeme změřit pokles napětí kolem 3V přes vývody (na obrázku). Rovněž měříme 4,5 V mezi výstupem regulátoru a zemí. Z toho tedy usuzujeme, že na rezistoru 10 ohmů dochází k poklesu napětí o 1,5 V; můžeme to vlastně také změřit. Pomocí Ohmova zákona (U = RI) víme, že proud přes větev je 1,5V / 10 ohm = 0,150A nebo 150mA. Opět můžeme změřit proud, ale potřebovali bychom dát multimetr do série s řetězcem, což není snadné.

Nyní víme, jak řídit řetězce LED. Pojďme postavit naše zařízení.

Krok 2: Materiály a nástroje

Zde je to, co budete potřebovat k sestavení zařízení:

- nějaké šroubováky na strhávání věcí, líbí se mi taková sada

- některá LED řetězová světla, pokud chcete reprodukovat zařízení

- ESP8266, bude to mozek našeho zařízení

- prkénko a nějaké dráty, použijeme je ke stavbě prototypu

- sada sortimentu odporů a sada tranzistorů, můžete si také koupit větší sadu obsahující spoustu užitečných součástek, možnost nákupu pouze požadovaných součástí

Pokud chcete vytvořit trvalý obvod, budete potřebovat nějaké nástroje a protoboardy:

- na začátek si můžete koupit docela levně pájecí soupravu, najdete multimetr, který lze použít k zpětnému inženýrství vašich vlastních věcí, jen si dejte pozor, abyste nemanipulovali se zařízeními připojenými k hlavní nebo dokonce se zařízeními využívajícími více než 30 V DC

- řezačka je velmi užitečná pro řezání vodičů a vodičů součástí

- několik protoboardů

- nějaký pevný drát

Začít se může zdát hodně, ale vybudujete si nějaké zásoby pro jakýkoli jiný projekt, který můžete mít. Pokud vám nevadí čekání, můžete si na Aliexpressu objednat vše za mnohem nižší cenu. Pokud tyto nástroje nechcete kupovat, můžete se také obrátit na nejbližší hackerspace.

Nakonec budete na sestavení všeho potřebovat pár hodin (méně, když se budete řídit tímto návodem).

Krok 3: Jak používat tranzistor

Víme, že řetězec LED vyžaduje 150 mA, ale je to mnohem více, než co může ESP8266 bezpečně dodávat na svých výstupních pinech. Nechcete řídit více než 12mA na GPIO piny na mikrokontroléru. Chcete -li toto omezení obejít, budete potřebovat nějaký přepínač, který lze ovládat mikrokontrolérem. Nejběžnějšími spínači jsou relé a tranzistor. Relé bude určitě fungovat, ale bude objemnější, dražší a většinu času budete chtít použít k ovládání relé tranzistor.

Pro obě zařízení použijeme tranzistory. Abychom použili tranzistor jako přepínač, musíme řídit proud jeho základnou. Proud, který protéká řetězcem LED, bude úměrný proudu, který protéká základnou.

Na Tinkercadu můžete hrát s Arduinem a tranzistorem, abyste získali představu o tom, jak věci fungují. Vytvořil jsem základní simulaci, kterou můžete vyladit. Pokud se chcete o Tinkercad dozvědět více, můžete sledovat tento úžasný tutoriál: Jak používat Tinkercad k testování a implementaci hardwaru.

Vidíte, že tranzistor funguje jako sepnutý spínač, když je výstup GPIO vysoký, a jako otevřený spínač, když je výstup GPIO nízký. Můžete si také pohrát s hodnotami rezistorů. Rezistor v sérii s LED bude omezovat tok proudu LED a odpor připojený k základně tranzistoru bude řídit maximální proud protékající LED. Pokud zvýšíte základní odpor, nebudete pro LED napájet dostatečný proud a světlo bude slabší.

Můžete se podívat na mé poznámky a zjistit, jaké hodnoty odporu pro zařízení volím. Mohl jsem použít výstup 3,3 V namísto výstupu 5 V, ale pak bych neměl k budování obvodu odpovídající odpory. Neváhejte si přečíst datový list tranzistoru a hledat zisk tranzistoru.

Pojďme nyní postavit prototyp.

Krok 4: Postavte prototyp obvodu

Budeme muset připravit LED řetězec. Nejprve rozřízněte první polovinu, abyste oddělili držák baterií. Poté odizolujte vodič, pomocí svorkovnice jsem připojil řetězec LED k prkénku. Budeme také potřebovat ESP8266, použil jsem mini klon D1, dva odpory a tranzistor.

Vybral jsem p2222a pro tranzistor, ale můžete si vybrat jakýkoli NPN tranzistor. Budete muset zkontrolovat hodnoty odporů podle zisku tranzistoru, který najdete v datovém listu tranzistoru. Vybírám základní odpor 1 k ohm a LED odpor 15 ohm. Základna je poháněna GPIO5 nebo D1.

Držte držák baterií, protože to může být užitečné pro jiný projekt nebo dokonce pro napájení vašich nově vytvořených zařízení.

Postupujte podle tutoriálu, jak nahrát program na ESP8266 s Arduino IDE, nahrát blikající program nahrazující LED_BUILTIN D1 a nyní si můžete užívat blikající LED řetězec.

Pokud vám obvod nefunguje, zkuste prohodit vodiče LED, jak potřebujete připojit anodu k odporu LED. Vždy převrátím dráty…

Pomocí multimetru zkontrolujte připojení a pokles napětí. Když je výstup vysoký, měli byste mezi D1 a zemí vidět 3,3 V. Měli byste také vidět napětí 3V mezi vodiči LED řetězců.

Blikající LED řetězec je dobrý, ale jak můžeme ovládat LED řetězec pomocí smartphonu?

Krok 5: Použití smartphonu k ovládání LED světel - část I

Na svůj smartphone si budete muset nainstalovat aplikaci Blynk.

Jakmile je aplikace nainstalována, vytvořte nový projekt. Blynk vám pošle e -mail s tokenem (řadou hexadecimálních znaků), který budete pro svůj program ESP8266 potřebovat. Vytvořte tlačítko, které bude fungovat jako přepínač. Tlačítko by mělo pohánět pin GPIO5 nebo D1 na ESP8266. Nyní můžete svůj projekt přehrát. Aplikace vám řekne, že je zařízení offline.

Projekt můžete později upravit a přidat časovače, které budou ovládat světla.

Krok 6: Použití smartphonu k ovládání LED světel - část II

Otevřete své Arduino IDE. Budete muset nainstalovat knihovnu Blynk; K tomu stačí sledovat snímky obrazovky, které jsem vytvořil. Přejděte do nabídky „Nástroje“, klikněte na „Spravovat knihovny“, vyhledejte „Blynk“a nainstalujte nejnovější verzi.

Nyní můžete otevřít příklad, který vám Blynk nastaví na ESP8266. Příklad je uveden na screenshotech.

Ujistěte se, že jste vybrali správnou desku, v mém případě „D1 mini“a správný port.

Aktualizujte kód pomocí svého SSID a hesla wifi (obvykle klíč WPA nebo WEP v internetovém poli), budete také muset vyplnit token, který jste obdrželi e -mailem.

Nyní můžete kód nahrát do ESP8266. Jakmile je kód nahrán, počkejte několik sekund, abyste se ujistili, že je vaše zařízení připojeno přes WiFi k vašemu internetovému routeru, a budete moci ovládat světla pomocí tlačítka Blynk, které jste vytvořili.

Nyní máte zařízení IoT! Můžete se tam zastavit, pokud chcete, ale nezapomeňte si přečíst sekci „Zdroje“. Pokud si chcete užít více zábavy a vybudovat si stálý obvod a ohradu, pokračujte ve čtení.

Krok 7: Vytvořte trvalý obvod (bonus)

Je na čase vytvořit trvalý obvod. Můžete se podívat na toto a toto video a dozvědět se o pájení. Pro ESP8266 jsem použil standardní proto desku s nějakým záhlavím. Tímto způsobem, pokud chci znovu použít mikrokontrolér pro jiný projekt, mohu. Můžete se rozhodnout pájet mikrokontrolér přímo na vaši proto desku. Pokud si nejste jisti, vyberte proto desku, která vypadá jako prkénko; budete moci znovu použít svá připojení na desce.

U svého prvního zařízení jsem udělal dvě chyby. Svorkovnici pro řetězec LED jsem nepoužil … a převrátil jsem dráty. Můžete označit záporný nebo kladný vodič, ale doporučujeme použít svorkovnici. Druhou chybou je, že jsem použil 3,3 V k pohonu LED řetězce, což vedlo ke ztlumení světla. Pokud, stejně jako já, děláte chyby, nebojte se, je snadné odstranit pájku a změnit hodnoty odporů nebo aktualizovat připojení. Můžete dokonce přidat další komponenty později!

Nyní, když máte trvalý obvod, je čas postavit jeho kryt.

Krok 8: Postavte skříň (bonus)

Sledoval jsem výukový program na Tinkercadu, abych vytvořil kryt pro svá zařízení. Pouzdro jsem vytiskl pomocí nově nabytého Prusa i3 MK3 s nějakým PLA filamentem (20% výplň a 0,2 mm). Je to pro mě vlastně poprvé a už jsem udělal dvě chyby, které můžete vidět na obrázcích. Moje první skříň neměla potřebný prostor pro konektor USB a otvory nebyly zarovnány. Poté jsem navrhl novou verzi, která lépe seděla a může také podporovat víko. Můžete ušetřit nějaký čas a nějaké peníze pouze vytištěním požadované části skříně, abyste mohli otestovat shodu s obvodem.

Nyní máte dvě zařízení IoT, která můžete ovládat pomocí Blynku. Nebe je hranice. Projekt můžete zcela rozšířit pomocí detektoru přítomnosti, který ovládá světla, pomocí časovače, který po určité době vypne světla, nebo dokonce pomocí světelných diod LED jako oznamovacího systému; mohou například blikat, když vám přijde e -mail.

Šťastné hackování!

Krok 9: Zdroje

Tuto knihu nemohu dostatečně doporučit: Značka: Electronics: Learning Through Discovery. Můžete se dozvědět o tranzistorech, kondenzátorech a spoustě dalších zajímavých věcí o elektronice. Má potřebné znalosti, aby se mohl začít pohrávat s elektronickými součástkami. Ve spojení s vašimi právě získanými znalostmi o ESP8266, Blynk a Tinkerpad budete moci stavět velmi zajímavé věci.

Sledováním videí na YouTube se můžete hodně naučit. Doporučuji následující kanály:

- EEVblog

- GreatScott!

- Khan Academy

Pokud jste dost odvážní, můžete získat další znalosti po kurzech edx nebo coursera o IoT nebo elektronice.