DIY IoT uređaji koji koriste LED nizove: 9 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

(Odricanje od odgovornosti: Nisam izvorni govornik engleskog jezika.)

Prije nekog vremena moja je supruga kupila LED LED svjetla kako bi noću osvijetlila vrt. Stvorili su jako lijepu atmosferu. Stavili su ih oko drveća, ali pogodite što se dogodilo što se dogodilo, prerezali smo žice dok siječemo drveće …

Ono što vam želim pokazati danas je kako spasiti pokvarene stvari poput onih LED žica i stvoriti zanimljive povezane uređaje kojima možete upravljati svojim pametnim telefonom.

Naučit ćete kako koristiti mikrokontroler i tranzistor za pogon LED dioda, kako spojiti svoj uređaj na Internet i kako upravljati uređajem sa svog pametnog telefona. Pretpostavljam da imate osnovno znanje o elektronici, primjerice kako primijeniti Ohmov zakon. Ako ste ikada programirali Arduino prije nego što je još bolji.

Počnimo s uređajima koje želim izgraditi. Dobra stvar kod prerezanih žica je to što postoje najmanje dva komada. Tako mogu izgraditi najmanje dva uređaja. Počet ću sa spojenom lampom koju ću staviti na stol, a zatim sa spojenom LED žicom koju ću koristiti za osvjetljavanje svoje nove spavaće sobe. Sve što želim je način uključivanja i isključivanja svjetla pomoću pametnog telefona.

Ali prvo, moramo vidjeti kako su stvari funkcionirale za ponovno korištenje svjetla.

Korak 1: Obrnuti inženjering

Imamo dvije LED žice, ali ne znamo pad napona na pinovima žica i potrebnu struju. Nažalost, nemam podatkovnu tablicu za dobivanje tih vrijednosti.

U tim slučajevima sve ćemo morati sami shvatiti. Odvojimo kućište.

Nakon što smo odvijačem uklonili neke vijke, možemo vidjeti vrlo jednostavan krug. Zanimljiv dio je oko LED žica s nizovima, vidimo regulator napona (komponenta od 3 pina), otpornik (crna kutija sa 100 na njemu) i LED nizove pinova. Gledajući malo bliže (dizajn kruga), vidimo da je izlaz regulatora spojen na LED niz koji je zauzvrat spojen na masu kroz otpornik od 10 ohma (100 znači 10x10e0). Stavimo baterije i izmjerimo pad napona na pinovima žice i između izlaza regulatora i mase.

Pomoću multimetra možemo izmjeriti pad napona od oko 3 V na pinovima žice (na slici prikazanoj na slici). Također mjerimo 4,5 V između izlaza regulatora i mase. Stoga zaključujemo da postoji pad napona od 1,5 V na otporniku od 10 ohma; možemo ga i mjeriti. Koristeći Ohmov zakon (U = RI), znamo da je struja kroz granu 1,5V / 10 ohm = 0,150A ili 150mA. Opet možemo mjeriti struju, ali bismo morali multimetar staviti u niz s nizom što nije lako učiniti.

Sada znamo kako upravljati LED žicama. Izgradimo svoj uređaj.

Korak 2: Materijali i alati

Evo što vam je potrebno za izradu uređaja:

- neki odvijači za kidanje stvari, sviđa mi se takav komplet

- neka LED LED svjetla, ako želite reproducirati uređaje

- ESP8266, bit će mozak našeg uređaja

- ploču i neke žice, upotrijebit ćemo ih za izradu prototipa

- komplet za odabir otpornika i set tranzistora, također možete kupiti veći komplet koji sadrži puno korisnih komponenti, opcija je i kupnja samo potrebnih komponenti

Ako želite stvoriti stalni krug, trebat će vam neki alati i neke protoboarde:

- za početak možete jeftino kupiti komplet za lemljenje, pronaći ćete višemetarski metar koji se može koristiti za obrnuto projektiranje vlastitih stvari, samo pazite da ne manipulirate uređajima spojenim na glavni ili čak uređajima koji koriste više od 30 V DC

- rezač je vrlo koristan za rezanje žica i sastavnih dijelova

- neke proto -ploče

- neka čvrsta žica

Možda vam se čini da je puno za početak, ali ćete izgraditi zalihe za bilo koji drugi projekt koji biste mogli imati. Ako vam ne smeta čekati, sve možete naručiti na Aliexpressu po mnogo nižoj cijeni. Alternativno, ako ne želite kupiti te alate, možete otići i do najbližeg hakerskog prostora.

Konačno, trebat će vam nekoliko sati da sve izgradite (manje ako samo slijedite ovaj vodič).

Korak 3: Kako koristiti tranzistor

Znamo da LED nizu treba 150mA, ali to je mnogo više od onoga što ESP8266 može sigurno isporučiti na svojim izlaznim pinovima. Ne želite upravljati više od 12mA po GPIO pinovima na mikrokontroleru. Da biste zaobišli ovo ograničenje, trebat će vam neka vrsta prekidača kojim se može upravljati pomoću mikrokontrolera. Najčešći prekidači su relej i tranzistor. Relej će zasigurno raditi, ali bit će glomazniji, skuplji, a većinu vremena poželjet ćete koristiti tranzistor za pogon releja.

Za oba uređaja koristit ćemo tranzistore. Da bismo koristili tranzistor poput prekidača, moramo provesti struju kroz njegovu bazu. Struja koja teče kroz LED niz bit će proporcionalna struji koja teče kroz bazu.

Možete se igrati s Arduinom i tranzistorom na Tinkercadu kako biste stekli osjećaj kako stvari funkcioniraju. Napravio sam osnovnu simulaciju koju možete prilagoditi. Ako želite saznati više o Tinkercadu, možete slijediti ovaj nevjerojatni vodič: Kako koristiti Tinkercad za testiranje i implementaciju vašeg hardvera.

Možete vidjeti da tranzistor radi kao zatvoreni prekidač kada je GPIO izlaz visok i kao otvoreni prekidač kada je GPIO izlaz nizak. Također se možete igrati s vrijednostima otpornika. Otpornik serijski sa LED diodom će ograničiti protok struje kroz LED, a otpornik spojen na bazu tranzistora kontrolirat će maksimalnu struju koja teče kroz LED. Ako povećate osnovni otpornik, nećete pokrenuti dovoljno struje za LED i svjetlo će biti slabije.

Možete pogledati moje bilješke kako biste vidjeli koje vrijednosti otpornika biram za uređaje. Mogao sam koristiti izlaz 3.3V umjesto izlaza 5V, ali tada ne bih imao odgovarajuće otpornike za izgradnju kruga. Ne ustručavajte se pročitati podatkovnu tablicu tranzistora kako biste potražili pojačanje tranzistora.

Izgradimo sada prototip.

Korak 4: Izradite prototip kruga

Morat ćemo pripremiti LED žicu. Prvo izrezimo prvu polovicu kako bismo odvojili držač baterija. Zatim skinite žicu, upotrijebio sam terminalni blok za spajanje LED niza na matičnu ploču. Trebat će nam i ESP8266, koristio sam mini klon D1, dva otpornika i tranzistor.

Ja odabirem p2222a za tranzistor, ali možete odabrati bilo koji NPN tranzistor. Morat ćete samo pregledati vrijednosti otpornika prema dobitku tranzistora koji možete pronaći na podatkovnom listu tranzistora. Biram osnovni otpornik od 1k ohma i LED otpornik od 15 ohma. Bazu pokreće GPIO5 ili D1.

Držite držač baterija jer može biti koristan za neki drugi projekt ili čak za napajanje vaših novostvorenih uređaja.

Slijedite vodič o tome kako učitati program na ESP8266 s Arduino IDE -om, prenijeti trepćući program zamjenjujući LED_BUILTIN s D1, i sada možete uživati u LED žici koja treperi.

Ako krug ne radi za vas, pokušajte zamijeniti LED žice jer trebate spojiti anodu na LED otpornik. Uvijek obrnem žice …

Pomoću multimetra provjerite spajanje i pad napona. Trebali biste vidjeti 3,3 V između D1 i mase kada je izlaz visok. Također biste trebali vidjeti napon od 3 V između žica LED žica.

Trepćući LED niz je dobar, ali kako možemo kontrolirati LED niz svojim pametnim telefonom?

Korak 5: Upotreba pametnog telefona za pogon LED svjetla za nizove - I. dio

Morat ćete instalirati aplikaciju Blynk na svoj pametni telefon.

Nakon što je aplikacija instalirana, izradite novi projekt. Blynk će vam poslati e -poruku s tokenom (nizom heksadecimalnih znakova) koji će vam trebati za vaš program ESP8266. Izradite gumb koji će djelovati kao prekidač. Gumb bi trebao pokretati GPIO5 ili D1 pin ESP8266. Sada možete igrati svoj projekt. Imajte na umu da će vam aplikacija reći da je uređaj izvan mreže.

Projekt možete kasnije urediti kako biste dodali mjerače vremena koji će upravljati svjetlima.

Korak 6: Korištenje vašeg pametnog telefona za pogon LED svjetla za nizove - dio II

Otvorite svoj Arduino IDE. Morat ćete instalirati biblioteku Blynk; za to samo slijedite snimke zaslona koje sam napravio. Idite na izbornik "Alati", kliknite na "Upravljanje knjižnicama", potražite "Blynk" i instalirajte najnoviju verziju.

Sada možete otvoriti primjer koji će za vas postaviti Blynk na ESP8266. Primjer je prikazan na snimkama zaslona.

Provjerite jeste li odabrali ispravnu ploču, "D1 mini" u mom slučaju i ispravan priključak.

Ažurirajte kôd sa svojim Wi -Fi SSID -om i lozinkom (obično WPA ili WEP ključ na internetskom okviru), također ćete morati popuniti token koji ste primili e -poštom.

Sada možete prenijeti kôd na ESP8266. Nakon što se kôd učita, pričekajte nekoliko sekundi kako biste bili sigurni da je vaš uređaj povezan WiFi mrežom s internetskim usmjerivačem i da ćete moći kontrolirati svjetla pomoću gumba Blynk koji ste stvorili.

Sada imate IoT uređaj! Ovdje možete stati ako želite, ali ne zaboravite pročitati odjeljak "Resursi". Ako se želite zabaviti i izgraditi stalni krug i kućište, nastavite čitati.

Korak 7: Stvorite stalni krug (bonus)

Vrijeme je za stvaranje stalnog kruga. Ovaj i ovaj video možete pogledati kako biste saznali o lemljenju. Koristio sam standardnu proto ploču s nekim zaglavljem za ESP8266. Na taj način, ako želim ponovno koristiti mikrokontroler za neki drugi projekt, mogu. Možete odabrati lemljenje mikrokontrolera izravno na svoju matičnu ploču. Ako niste sigurni, odaberite proto ploču koja izgleda kao matična ploča; moći ćete ponovno koristiti veze na matičnoj ploči.

Napravio sam dvije greške sa svojim prvim uređajem. Nisam koristio priključni blok za LED niz … i okrenuo sam žice. Možete označiti negativnu ili pozitivnu žicu, ali preporučuje se upotreba priključnog bloka. Druga je pogreška što sam koristio 3.3V za pogon LED niza što je rezultiralo prigušivanjem svjetla. Ako, poput mene, pogriješite, ne brinite, lako je ukloniti lemljenje i promijeniti vrijednosti otpornika ili ažurirati veze. Možete čak kasnije dodati još komponenti!

Sada kada imate stalni krug, vrijeme je za izgradnju njegovog kućišta.

Korak 8: Izgradite kućište (bonus)

Slijedio sam sparkfun vodič na Tinkercadu kako bih izgradio kućište za svoje uređaje. Ispisao sam kućište koristeći novo nabavljeni Prusa i3 MK3 s malo PLA filamenta (20% ispuna i 0,2 mm). To mi je zapravo prvi put i već sam napravio dvije pogreške koje možete vidjeti na slikama. Moje prvo kućište nije imalo potreban prostor za USB utikač, a rupe nisu bile poravnate. Zatim sam dizajnirao novu verziju koja bolje pristaje i koja može poduprijeti poklopac. Možete uštedjeti malo vremena i novca samo ispisujući potrebni dio kućišta kako biste provjerili usklađenost sa strujnim krugom.

Sada imate dva IoT uređaja kojima možete upravljati pomoću Blynka. Nebo je granica. Projekt možete u potpunosti proširiti detektorom prisutnosti koji kontrolira svjetla, mjeračem vremena koji isključuje svjetla nakon određenog vremena ili čak korištenjem LED svjetla sa nizom kao sustavom obavijesti; mogli bi treptati kada primite e -poštu, na primjer.

Sretno hakiranje!

Korak 9: Resursi

Ne mogu dovoljno preporučiti ovu knjigu: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Možete naučiti o tranzistorima, kondenzatorima i mnogo drugih zanimljivih stvari o elektronici. Posjeduje potrebno znanje za početak petljanja s elektroničkim komponentama. Zajedno s vašim tek stečenim znanjem o ESP8266, Blynku i Tinkerpadu, moći ćete izgraditi vrlo zanimljive stvari.

Puno možete naučiti gledajući Youtube videozapise. Preporučujem sljedeće kanale:

- EEVblog

- SuperScott!

- Akademija Khan

Ako ste dovoljno hrabri, možete steći više znanja slijedeći edx ili coursera tečajeve o IoT -u ili elektronici.