DIY zariadenia IoT pomocou LED reťazcov: 9 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

(Vyhlásenie: Nie som rodený hovorca angličtiny.)

Pred nejakým časom si moja žena kúpila niekoľko LED žiaroviek na osvetlenie záhrady v noci. Vytvorili veľmi príjemnú atmosféru. Postavili ich okolo stromov, ale hádajte, čo sa má stať, pri rezaní stromov sme prestrihli struny …

Dnes vám chcem ukázať, ako zachrániť rozbité veci, ako sú tie struny LED, a vytvoriť zaujímavé prepojené zariadenia, ktoré môžete ovládať pomocou smartfónu.

Dozviete sa, ako používať mikrokontrolér a tranzistor na napájanie diód LED, ako pripojiť zariadenie k internetu a ovládať zariadenie zo smartfónu. Predpokladám, že máte nejaké základné znalosti z oblasti elektroniky, ako je napríklad používanie Ohmovho zákona. Ak ste niekedy programovali Arduino predtým, je to ešte lepšie.

Začnime so zariadeniami, ktoré chcem postaviť. Dobrá vec na strihaných strunách je, že existujú najmenej dva kusy. Môžem teda postaviť najmenej dve zariadenia. Začnem pripojenou lampou, ktorú položím na stôl, a potom pripojeným LED reťazcom, ktorý použijem na osvetlenie svojej novej spálne. Všetko, čo chcem, je spôsob, ako zapnúť a vypnúť svetlá pomocou svojho smartfónu.

Najprv však musíme vidieť, ako veci fungovali pri opakovanom použití svetiel.

Krok 1: Reverzné inžinierstvo

Máme dva LED reťazce, ale nepoznáme pokles napätia na kolíkoch reťazcov a prúd, ktorý vyžadujú. Smutné je, že nemám k dispozícii žiadny list, kde by som tieto hodnoty získal.

V takom prípade budeme musieť na všetko prísť sami. Rozoberme kryt.

Po odstránení niektorých skrutiek pomocou skrutkovača môžeme vidieť veľmi jednoduchý obvod. Zaujímavá časť je okolo pinov LED diód, vidíme regulátor napätia (komponent s 3 pinmi), odpor (čierna skrinka so 100 na ňom) a kolíky LED diód. Keď sa pozrieme trochu bližšie (konštrukcia obvodu), vidíme, že výstup regulátora je pripojený k reťazcu LED, ktorý je zasa spojený so zemou cez odpor 10 ohmov (100 znamená 10x10e0). Vložíme niekoľko batérií a zmeriame pokles napätia na kolíkoch výpletu a medzi výstupom regulátora a zemou.

Pomocou multimetra môžeme namerať pokles napätia okolo 3 V cez vývody (na obrázku). Tiež meriame 4,5 V medzi výstupom regulátora a zemou. Z toho vyvodzujeme, že na odpore 10 ohmov dochádza k poklesu napätia o 1,5 V; môžeme to vlastne aj zmerať. Pomocou Ohmovho zákona (U = RI) vieme, že prúd cez vetvu je 1,5V / 10 ohm = 0,150A alebo 150mA. Opäť môžeme merať prúd, ale museli by sme multimetr zaradiť do série so šnúrkou, čo sa nedá ľahko vykonať.

Teraz vieme, ako poháňať reťazce LED. Postavme svoje zariadenie.

Krok 2: Materiály a nástroje

Na stavbu zariadení budete potrebovať:

- niektoré skrutkovače na strhnutie vecí, páči sa mi taká sada

- niektoré svetlá LED, ak chcete reprodukovať zariadenia

- ESP8266, bude to mozog nášho zariadenia

- breadboard a niektoré drôty, použijeme ich na stavbu prototypu

- súprava sortimentu odporov a súprava sortimentu tranzistorov, môžete si tiež kúpiť väčšiu súpravu obsahujúcu veľa užitočných súčiastok, možnosťou je aj nákup iba požadovaných súčiastok

Ak chcete vytvoriť trvalý obvod, budete potrebovať nejaké nástroje a protoboardy:

- na začiatok môžete celkom lacno kúpiť spájkovaciu súpravu, nájdete multimeter, ktorý je možné použiť na spätné inžinierstvo vlastných vecí, dávajte si však pozor, aby ste nemanipulovali so zariadeniami pripojenými k hlavnej alebo dokonca so zariadeniami používajúcimi viac ako 30 V DC

- rezačka je veľmi užitočná na rezanie drôtov a káblov komponentov

- niektorí protoboardi

- nejaký pevný drôt

Na začiatku sa to môže zdať veľa, ale vybudujete si zásoby pre akýkoľvek iný projekt, ktorý môžete mať. Ak vám nevadí čakať, na Aliexpress si môžete objednať všetko za oveľa nižšie ceny. Alternatívne, ak si tieto nástroje nechcete kupovať, môžete tiež ísť do najbližšieho hackerského priestoru.

Nakoniec budete na zostavenie všetkého potrebovať niekoľko hodín (menej, ak sa budete riadiť týmto návodom).

Krok 3: Ako používať tranzistor

Vieme, že reťazec LED vyžaduje 150mA, ale je to oveľa viac, ako čo dokáže ESP8266 bezpečne dodať na svojich výstupných kolíkoch. Nechcete na mikrokontroléri napájať viac ako 12 mA na kolíky GPIO. Na obídenie tohto obmedzenia bude potrebný nejaký druh prepínača, ktorý je možné ovládať mikrokontrolérom. Najbežnejšími prepínačmi sú relé a tranzistor. Relé bude určite fungovať, ale bude objemnejšie, drahšie a väčšinu času budete chcieť na ovládanie relé použiť tranzistor.

Pre obe zariadenia použijeme tranzistory. Ak chcete použiť tranzistor ako prepínač, musíme prúd prúdiť cez jeho základňu. Prúd, ktorý preteká reťazcom LED, bude úmerný prúdu, ktorý preteká základňou.

Na Tinkercad môžete hrať s Arduinom a tranzistorom, aby ste získali predstavu o tom, ako veci fungujú. Vytvoril som základnú simuláciu, ktorú môžete vyladiť. Ak sa chcete dozvedieť viac o Tinkercad, môžete postupovať podľa tohto úžasného tutoriálu: Ako používať Tinkercad na testovanie a implementáciu hardvéru.

Môžete vidieť, že tranzistor funguje ako zatvorený spínač, keď je výstup GPIO vysoký, a ako otvorený spínač, keď je výstup GPIO nízky. Môžete sa tiež hrať s hodnotami rezistorov. Rezistor v sérii s LED diódou obmedzí prúdový tok LED diódou a odpor pripojený k základni tranzistora bude ovládať maximálny prúd pretekajúci LED diódou. Ak zvýšite základný odpor, nebudete poháňať dostatočný prúd pre LED a svetlo bude slabšie.

Môžete sa pozrieť na moje poznámky a zistiť, aké hodnoty odporu pre zariadenia vyberám. Mohol som použiť výstup 3,3 V namiesto výstupu 5 V, ale potom by som nemal zodpovedajúce odpory na vybudovanie obvodu. Neváhajte si prečítať technický list tranzistora a vyhľadajte zisk tranzistora.

Poďme teraz postaviť prototyp.

Krok 4: Postavte prototyp obvodu

Budeme potrebovať pripraviť drôtik LED. Najprv rozrežeme prvú polovicu, aby sme oddelili držiak batérií. Potom odizolujte vodič, pomocou svorkovnice som pripojil reťazec LED k nepájivému panelu. Budeme tiež potrebovať ESP8266, použil som mini klon D1, dva odpory a tranzistor.

Pre tranzistor som vybral p2222a, ale môžete si vybrať akýkoľvek tranzistor NPN. Budete musieť skontrolovať hodnoty rezistorov podľa zisku tranzistora, ktorý nájdete v technickom liste tranzistora. Vybral som základný odpor 1 k ohm a LED odpor 15 ohm. Základňu poháňa GPIO5 alebo D1.

Držte držiak batérií, pretože môže byť užitočný pre iný projekt alebo dokonca pre napájanie vašich novovytvorených zariadení.

Nasledujte návod, ako nahrať program na ESP8266 s Arduino IDE, nahrať blikajúci program, ktorý nahradí LED_BUILTIN za D1, a teraz si môžete užiť blikajúci reťazec LED.

Ak vám obvod nefunguje, skúste vymeniť vodiče LED, pretože potrebujete pripojiť anódu k odporu LED. Drôty vždy obrátim …

Pomocou multimetra skontrolujte pripojenie a pokles napätia. Keď je výstup vysoký, medzi D1 a zemou by ste mali vidieť 3,3 V. Medzi vodičmi reťazca LED by ste tiež mali vidieť napätie 3V.

Blikajúci reťazec LED je dobrý, ale ako môžeme ovládať reťazec LED pomocou smartfónu?

Krok 5: Používanie smartfónu na ovládanie LED svetelných lúčov - časť I

Do svojho smartfónu si budete musieť nainštalovať aplikáciu Blynk.

Po inštalácii aplikácie vytvorte nový projekt. Blynk vám pošle e -mail s tokenom (sériou hexadecimálnych znakov), ktorý budete potrebovať pre svoj program ESP8266. Vytvorte tlačidlo, ktoré bude fungovať ako prepínač. Toto tlačidlo by malo poháňať pin GPIO5 alebo D1 na ESP8266. Teraz môžete hrať svoj projekt. Aplikácia vás upozorní, že je zariadenie offline.

Projekt môžete neskôr upraviť a pridať tak časovače, ktoré budú ovládať svetlá.

Krok 6: Používanie smartfónu na ovládanie LED svetelných lúčov - časť II

Otvorte svoje Arduino IDE. Budete musieť nainštalovať knižnicu Blynk; Postupujte podľa snímok obrazovky, ktoré som urobil. Prejdite do ponuky „Nástroje“, kliknite na „Spravovať knižnice“, vyhľadajte „Blynk“a nainštalujte najnovšiu verziu.

Teraz môžete otvoriť príklad, ktorý vám Blynk nastaví na ESP8266. Príklad je zobrazený na snímkach obrazovky.

Uistite sa, že ste vybrali správnu dosku, v mojom prípade „D1 mini“a správny port.

Aktualizujte kód pomocou svojho wifi SSID a hesla (zvyčajne kľúč WPA alebo WEP v internetovom poli), budete tiež musieť vyplniť token, ktorý ste dostali e -mailom.

Teraz môžete kód nahrať do ESP8266. Akonáhle je kód nahraný, počkajte niekoľko sekúnd, aby ste sa presvedčili, že je vaše zariadenie pripojené cez WiFi k vášmu internetovému smerovaču a budete môcť ovládať svetlá pomocou tlačidla Blynk, ktoré ste vytvorili.

Teraz máte zariadenie IoT! Môžete sa tam zastaviť, ak chcete, ale nezabudnite si prečítať sekciu „Zdroje“. Ak sa chcete viac zabaviť a postaviť si trvalý obvod a ohradu, pokračujte v čítaní.

Krok 7: Vytvorte stály obvod (bonus)

Je načase vytvoriť trvalý obvod. Môžete sa pozrieť na toto a toto video a dozvedieť sa viac o spájkovaní. Pre ESP8266 som použil štandardnú dosku proto s nejakým záhlavím. Ak teda chcem mikrokontrolér znova použiť na iný projekt, môžem. Môžete sa rozhodnúť spájkovať mikrokontrolér priamo s doskou proto. Ak si nie ste istí, zvoľte proto dosku, ktorá vyzerá ako breadboard; budete môcť znova použiť svoje prepojovacie pole.

Pri prvom zariadení som urobil dve chyby. Svorkovnicu som nepoužil pre reťazec LED … a invertoval som vodiče. Môžete označiť záporný alebo kladný vodič, ale odporúča sa použiť svorkovnicu. Druhá chyba je, že som použil 3,3 V na napájanie reťazca LED, čo viedlo k slabšiemu svetlu. Ak, rovnako ako ja, robíte chyby, nebojte sa, je ľahké odstrániť spájku a zmeniť hodnoty odporov alebo aktualizovať pripojenia. Dokonca môžete neskôr pridať ďalšie komponenty!

Teraz, keď máte trvalý obvod, je načase postaviť jeho kryt.

Krok 8: Postavte si prílohu (bonus)

Nasledoval som výukový program Sparkfun na Tinkercad, aby som postavil kryt pre svoje zariadenia. Ohradu som vytlačil pomocou novo získaného Prusa i3 MK3 s nejakým vláknom PLA (20% výplň a 0,2 mm). Je to pre mňa vlastne prvotina a už som urobil dve chyby, ktoré môžete vidieť na obrázkoch. Môj prvý kryt nemal požadovaný priestor pre konektor USB a otvory neboli zarovnané. Potom som navrhol novú verziu, ktorá lepšie sedí a môže podporovať aj veko. Môžete ušetriť čas a peniaze iba vytlačením požadovanej časti krytu na testovanie vhodnosti pre obvod.

Teraz máte dve zariadenia IoT, ktoré môžete ovládať pomocou Blynku. Obloha je limit. Projekt môžete úplne rozšíriť pomocou detektora prítomnosti, ktorý ovláda svetlá, pomocou časovača, ktorý po určitom čase vypne svetlá, alebo dokonca pomocou svetelných diód LED ako systému upozornení; môžu napríklad blikať, keď dostanete e -mail.

Šťastné hackovanie!

Krok 9: Zdroje

Túto knihu nemôžem dostatočne odporučiť: Značka: Electronics: Learning Through Discovery. Môžete sa dozvedieť o tranzistoroch, kondenzátoroch a veľa ďalších zaujímavých vecí o elektronike. Má potrebné znalosti, aby sa mohol začať pohrávať s elektronickými komponentmi. V spojení s vašimi práve získanými znalosťami o ESP8266, Blynk a Tinkerpad budete môcť vytvárať veľmi zaujímavé veci.

Sledovaním videí na YouTube sa môžete veľa naučiť. Odporúčam nasledujúce kanály:

- EEVblog

- GreatScott!

- Chánska akadémia

Ak ste dostatočne odvážni, môžete získať ďalšie znalosti prostredníctvom kurzov edx alebo coursera o IoT alebo elektronike.