DIY lampa IoT pre domácu automatizáciu -- ESP8266 Tutorial: 13 Steps (with Pictures)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

V tomto návode si vyrobíme inteligentnú lampu pripojenú k internetu. To pôjde hlboko do internetu vecí a otvára svet domácej automatizácie!

Lampa je pripojená k WiFi a je postavená tak, aby mala otvorený protokol správ. To znamená, že si môžete vybrať požadovaný režim ovládania! Je možné ho ovládať pomocou webového prehliadača, aplikácií pre domácu automatizáciu, inteligentných asistentov ako Alexa alebo Google Assistant a ďalších!

Ako bonus je táto lampa doplnená o aplikáciu na ovládanie projektu. Tu si môžete vybrať rôzne farebné režimy, stmievať sa medzi farbami RGB a nastaviť časovače.

Lampa sa skladá z dosky LED a riadiacej dosky. Doska LED používa tri rôzne typy diód LED pre celkom päť kanálov LED! Je to RGB spolu s teplou aj studenou bielou. Pretože všetky tieto kanály je možné nastaviť jednotlivo, máte celkom 112,3 kombinácií peta!

Začnime!

[Prehrať video]

Krok 1: Diely a nástroje

Časti

• Wemos D1 Mini
• 15 x teplá biela 5050 LED diód
• 15 x studená biela 5050 LED diód
• 18 x LED diódy RGB 5050
• Rezistory 6 x 300 ohmov 1206
• Rezistory 42 x 150 ohmov 1206
• Rezistory 5 x 1 k ohm

• 5 x NTR4501NT1G

  MOSFETY

• Lineárny regulátor napätia, 5V

• DPS

  V kroku obvodu si stiahnite súbory gerber a vytvorte si vlastné dosky plošných spojov

• Napájací zdroj 12V 2A

Nástroje

• Spájkovačka
  • Spájkovací cín
  • Tekutý spájkovací tok
• Maskovacia páska
• Obojstranná lepiaca páska
• 3D tlačiareň
• Odizolovače drôtov

Krok 2: Plán

Celý projekt pozostáva zo štyroch hlavných častí:

1. Obvod

   Obvod je vyrobený na doske plošných spojov. Dokončený okruh bude pozostávať z viac ako 100 jednotlivých komponentov. Je obrovská úľava, keď ich všetky neprepletiem ručne na perfboard

2. Arduino kód

   Používam Wemos D1 Mini, ktorý používa ESP8266 ako mikrokontrolér pripojený k WiFi. Kód spustí server na D1. Keď navštívite adresu tohto servera, D1 to interpretuje ako rôzne príkazy. Mikrokontrolér potom reaguje na tento príkaz a podľa toho nastaví svetlá

3. Diaľkové ovládanie

   • Práve pre tento projekt som vytvoril aplikáciu, aby bolo čo najľahšie ovládať lampu podľa vašich predstáv
   • Inteligentnú lampu je skutočne možné ovládať čímkoľvek, čo je schopné odoslať požiadavku http GET. To znamená, že lampa prijíma príkazy z takmer neobmedzeného radu zariadení

4. 3D tlač

   Táto inteligentná lampa si zaslúži chladne vyzerajúce puzdro. A ako mnoho projektov, aj keď potrebujete chladiaci box, 3D tlač prichádza na pomoc

Krok 3: Okruh

Objednal som si svoje DPS z jlcpcb.com. Úplný čas zverejnenia: sponzorovali aj tento projekt.

DPS sa skladá z dvoch častí. Má dosku LED a riadiacu dosku. Dosku plošných spojov je možné rozpojiť a neskôr tieto dve časti spojiť flexibilným drôtom. To je nevyhnutné, aby bola 3D tlačená lampa tenká, a aby bol panel LED naklonený, aby sa svetlo rovnomerne šírilo dierou.

Na riadiacej doske je umiestnený mikrokontrolér D1 spolu s piatimi MOSFETmi na stmievanie diód LED a regulátorom napätia, ktorý dodáva mikrokontroléru plynulých 5V.

Doska LED má päť kanálov LED v troch rôznych typoch diód LED. Pretože používame zdroj energie 12V, LED diódy sú nakonfigurované ako tri LED diódy v sérii s odporom a potom sa opakujú 16 -krát paralelne.

Bežná biela LED dióda zvyčajne odoberá 3,3 V. Na segmente dosky sú tri z týchto diód LED v sérii, čo znamená, že v obvode je agregovaný pokles napätia. Tri diódy LED, ktoré odoberajú 3,3 V, znamenajú, že jeden segment diód LED odoberá 9,9 V. Obvod je napájaný 12 V, takže zostáva 2,1 V.

Ak by segment pozostával iba z troch diód LED, dostali by viac napätia, ako sa rozptýlia. To nie je dobré pre LED diódy a môže ich rýchlo poškodiť. Preto má každý segment tiež odpor v sérii so všetkými tromi LED diódami. Tento odpor je tu na to, aby znížil zostávajúcich 2,1 V v sériovom spojení.

Ak teda každý segment predstavuje napätie 12 V, znamená to, že každý zo segmentov je navzájom prepojený paralelne. Keď sú obvody zapojené paralelne, všetky majú rovnaké napätie a prúd je agregovaný. Prúd v sériovom zapojení je vždy rovnaký.

Bežná dióda LED odoberá prúd 20 mA. To znamená, že segment, ktorý sú tri diódy LED a odpor v sérii, stále odoberá 20 mA. Keď spojíme niekoľko segmentov paralelne, pridáme prúd. Ak z pásu odrežete šesť LED diód, máte dva z týchto segmentov paralelne. To znamená, že váš celkový obvod stále odoberá 12 V, ale odoberá prúd 40 mA.

Krok 4: Spájkovanie LED diód

Po vyskúšaní niekoľkých vecí som zistil, že jednoduchá maskovacia páska je najefektívnejšia a najflexibilnejšia na zabránenie pohybu DPS.

Pri častiach s viacerými kolíkmi, ako sú 6-kolíkové diódy LED 5050, začínam položením spájky na jednu z podložiek plošných spojov. Potom už ide len o to, aby bola táto spájka roztavená pomocou spájkovačky a zároveň pomocou pinzety zasunula súčiastku na svoje miesto.

Teraz je možné ostatné podložky jednoducho prichytiť spájkou. Aby som však túto prácu urýchlil, navrhujem vyzdvihnúť nejaký tok tekutej spájky. Naozaj nemôžem dostatočne odporučiť tieto veci.

Naneste časť tavidla na spájkovacie podložky a potom roztavte spájku na špičke spájkovačky. Teraz stačí roztavenú spájku priniesť na podložky a všetko prúdi na svoje miesto. Pekné a jednoduché.

Pokiaľ ide o odpory a ďalšie dvojpádlové súčiastky, nie je skutočne potrebný žiadny spájkovací tok. Na jednu z podložiek naneste spájku a zapojte odpor. Teraz stačí roztaviť spájku na podložku číslo dva. Ľahunké.

Pozrite sa na piaty obrázok v tomto kroku. Dávajte pozor na orientáciu LED diód. Teplé a studené biele LED diódy majú zárez orientovaný v pravom hornom rohu. RGB LED diódy majú svoj zárez v dolnom ľavom rohu. Z mojej strany ide o konštrukčnú chybu, pretože som nemohol nájsť list s údajmi o LED diódach RGB použitých v tomto projekte. Ach, žite a učte sa a to všetko!

Krok 5: Riadiaca doska spájkovania

Po dokončení maratónu LED dosky je riadiaca doska hračkou na spájkovanie. Umiestnil som päť MOSFETov a zodpovedajúce odpory zdroja brány predtým, ako som prešiel na regulátor napätia.

Regulátor napätia má voliteľné medzery na vyhladzovanie kondenzátorov. Kým som ich spájkoval na tomto obrázku, nakoniec som ich odstránil, pretože neboli skutočne potrebné.

Trik, ako získať tenkú ovládaciu dosku, je vložiť hlavičky kolíkov hore dole. Keď sú kolíky na svojom mieste, nepoužitú dĺžku je možné odstrihnúť zo zadnej strany spolu s čiernym plastom. Vďaka tomu je spodná strana úplne hladká.

Keď sú všetky komponenty na svojom mieste, je načase spojiť dve dosky dohromady. Len som odstrihol a odizoloval šesť malých 2,5 palcov (7 cm) drôtov a spojil dve PCB.

Krok 6: Nastavenie WiFi

V kóde je šesť jednoduchých riadkov, ktoré musíte zmeniť.

1. ssid, riadok 3

   Názov vášho smerovača. Pri písaní tohto písmena sa uistite, že sú správne zadané veľké písmená

2. wifiPass, riadok 4

   Vaše heslo smerovača. Opäť dávajte pozor na puzdro

3. ip, riadok 8

   Statická adresa IP vašej inteligentnej žiarovky. Vybral som náhodnú ip adresu v mojej sieti a pokúsil som sa ju pingnúť v príkazovom okne. Ak z adresy neodpovedáte, môžete predpokladať, že je k dispozícii

4. brána, riadok 9

   Toto bude brána vášho smerovača. Otvorte príkazové okno a zadajte príkaz „ipconfig“. Brána a podsieť sú na obrázku zakrúžkované červenou farbou

5. podsieť, riadok 10

   Rovnako ako pre bránu, aj pre tento krok sú tieto informácie na obrázku zakrúžkované

6. timeZone, riadok 15

   Časové pásmo, v ktorom sa nachádzate. Zmeňte to, ak chcete používať vstavané funkcie časovača na zapínanie a vypínanie svetiel v konkrétnych časoch. Premenná je jednoduchý plus alebo mínus GMT

Krok 7: Kód mikrokontroléra

Po zmene všetkých relevantných nastavení v predchádzajúcom kroku je konečne čas nahrať kód do Wemos D1 Mini!

Arduino kód vyžaduje niekoľko knižníc a závislostí. Ak ste nikdy nenahrali kód z arduino IDE do ESP8266, postupujte podľa tejto príručky od sparkfun.

Teraz si stiahnite knižnicu Time a knižnicu TimeAlarms. Rozbaľte ich a skopírujte do priečinka knižnice arduino vo svojom počítači. Rovnako ako inštalácia akýchkoľvek iných arduino knižníc.

V tomto kroku dávajte pozor na nastavenia nahrávania na obrázku. Vyberte rovnakú konfiguráciu, okrem komunikačného portu. Bude to akýkoľvek port, ku ktorému máte pripojený mikrokontrolér k počítaču.

Po nahraní kódu otvorte sériový terminál so správou, dúfajme, úspešného pripojenia! Teraz môžete otvoriť prehliadač a navštíviť statickú ip adresu, ktorú ste uložili do mikrokontroléra. Blahoželáme, práve ste si vytvorili vlastný server a hostíte naň webovú stránku!

Krok 8: Otvorte protokol správ

Keď ovládate inteligentnú lampu pomocou aplikácie, všetky správy sa za vás budú spracovávať automaticky. Tu je zoznam správ, ktoré lampa prijíma, ak si chcete zostaviť vlastné diaľkové ovládanie. Na ilustráciu použitia príkazov som použil príklad ip adresy.

• 192.168.0.200/&&R=1023G=0512B=0034C=0500W=0500

  • Nastaví červené svetlá na maximálnu hodnotu, zelené na polovicu a modré na 34. Studená a teplá biela takmer nesvietia
  • Pri zadávaní hodnôt si môžete vybrať medzi 0 a 1023. Hodnoty svetiel píšete do adresy URL vždy ako štyri číslice

• 192.168.0.200/&&B=0800

  Nastaví modré svetlá na hodnotu 800 a súčasne vypne všetky ostatné svetlá

• 192.168.0.200/LED=OFF

  Úplne vypne všetky svetlá

• 192.168.0.200/LED=FADE

  Začína sa pomaly strácať medzi všetkými možnými farbami RGB. Ideálne pre atmosféru

• 192.168.0.200/NOTIFYR=1023-G=0512-B=0000

  Dvakrát zabliká daná farba na označenie prichádzajúceho oznámenia. Perfektné, ak chcete povedzme vytvoriť v počítači program, ktorý bude blikať na červeno vždy, keď dostanete nový e -mail

• 192.168.0.200/DST=1

  • Upravuje hodiny na letný čas. Pridá k hodinám jednu hodinu
  • /DST = 0, ak sa chcete vrátiť z letného času, odstráni jednu hodinu z hodín, ak je letný čas aktívny

• 192.168.0.200/TIMER1H=06M=30R=1023G=0512B=0034C=0000W=0000

  Uloží stav pre časovač 1. Tento časovač zapne dané hodnoty RGB o 06:30 ráno

• 192.168.0.200/TIMER1H=99

  Ak chcete časovač deaktivovať, nastavte hodinu časovača na 99. Hodnoty RGB sú stále uložené, ale časovač nezapne svetlá, keď je hodina nastavená na 99

• Lampa má štyri samostatné časovače. Zmeňte „TIMER1“na „TIMER2“, „TIMER3“alebo „TIMER4“a upravte tak jeden z ďalších vstavaných časovačov.

Toto sú aktuálne vstavané príkazy. Zanechajte komentár, ak máte skvelé nápady na vytváranie nových príkazov buď v kóde arduino, alebo vo vzdialenej aplikácii!

Krok 9: Diaľkové ovládanie

Kliknutím sem stiahnete aplikáciu. Inštalácia je veľmi jednoduchá, stačí zadať IP adresu vašej inteligentnej žiarovky a vybrať, či chcete ovládať iba RGB LED alebo RGB + teplé a studené biele LED.

Ako bolo vysvetlené v predchádzajúcom kroku, teraz viete, aký protokol správ aplikácia používa. Posiela požiadavku http GET s adresami URL. To znamená, že si môžete vytvoriť aj vlastný obvod mikrokontroléra a napriek tomu túto aplikáciu používať na ovládanie funkcií, ktoré vyvíjate sami.

Pretože sme sa skutočne pozreli hlboko do protokolu správ, môžete inteligentnú lampu ovládať aj čímkoľvek, čo dokáže odoslať požiadavku http GET. To znamená akýkoľvek prehliadač v telefóne alebo počítači, alebo inteligentné domáce zariadenia alebo asistentov, ako sú Alexa alebo Google Assistant.

Tasker je aplikácia, ktorá vám v zásade umožňuje vytvoriť podmienky na ovládanie takmer čohokoľvek. Použil som to na blikanie inteligentnej žiarovky s farbou oznámenia, keď ho dostanem do telefónu. Tiež som nastavil tasker, aby rozsvietil svetlá na bielu, keď sa telefón cez pracovný deň po 16:00 pripojí k môjmu domácemu WiFi. To znamená, že svetlá sa automaticky zapnú, keď prídem zo školy domov. Je naozaj skvelé prísť domov so automaticky zapnutými svetlami!

Krok 10: 3D tlač

Samotnú lampu je možné vytlačiť takmer úplne bez podpier. Jediné diely, ktoré skutočne vyžadujú podporu, sú kolíky určené na párenie s doskou plošných spojov. Preto som sprístupnil stl s malou podpornou štruktúrou aj bez nej len pre tieto kolíky. Výhodou použitia tejto vlastnej podpory je, že tlač je oveľa rýchlejšia! A podporu tlače dostávame iba na diely, ktoré to skutočne potrebujú.

Tu si môžete stiahnuť súbory.stl

Krok 11: Spojte to všetko dohromady

Po 3D tlači začnite odstránením podpory tlače. Napájacie káble prechádzajú do oddelených kanálov a sú navzájom spojené. Tento uzol vytvorí odľahčenie napätia, ktoré zabráni vytrhnutiu káblov z dosky plošných spojov. Napájacie káble pripájajte na zadnú stranu dosky plošných spojov a dbajte na správnu polaritu!

Riadiaca doska plošných spojov je potom pripevnená kusom pásky, aby bola v jednej rovine s puzdrom. LED diódu LED je možné jednoducho vložiť na svoje miesto, kde bude sama priliehať k puzdru.

Krok 12: Zavesenie žiarovky

Existuje veľa možností, ako zavesiť túto lampu na stenu. Pretože môžem kód priebežne aktualizovať, aby som vylepšil lampu, chcel som spôsob, ako z času na čas lampu odstaviť. Môžete použiť horúce lepidlo, ale odporúčam nejakú obojstrannú pásku. Najlepšie je použiť hrubú a penivú obojstrannú pásku, pretože drží lampu najlepšie pri štruktúrovanej stene.

Krok 13: Hotovo

Keď je lampa hore na stene a je pripravená prijímať príkazy, znamená to, že ste hotoví!

Panel LED je naklonený spôsobom, ktorý rovnomerne rozptyľuje svetlo v miestnosti. Je to príjemný doplnok do akéhokoľvek pracovného priestoru a schopnosť integrácie s domácou automatizáciou je veľkým plusom. Veľmi sa mi páči možnosť nastaviť farby RGB a tiež upraviť vyváženie bielej medzi studeným a teplým svetlom. Vyzerá to štýlovo a je to skvelá pomoc pri nastavovaní okolitých alebo pracovných svetiel, aby vyhovovali akýmkoľvek potrebám osvetlenia, ktoré momentálne mám.

Blahoželáme, teraz ste urobili veľký skok do sveta internetu vecí a domácej automatizácie!