DIY IoT συσκευές που χρησιμοποιούν χορδές LED: 9 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

(Αποποίηση ευθυνών: Δεν είμαι εγγενής αγγλόφωνος.)

Πριν από λίγο καιρό, η γυναίκα μου αγόρασε μερικά φώτα LED για να φωτίσει τον κήπο τη νύχτα. Δημιούργησαν μια πολύ ωραία ατμόσφαιρα. Τους έβαλαν γύρω από τα δέντρα, αλλά μαντέψτε τι, τι θα έπρεπε να συμβεί, κόψαμε τις χορδές ενώ κόβουμε τα δέντρα…

Αυτό που θέλω να σας δείξω σήμερα είναι πώς να σώσετε σπασμένα αντικείμενα όπως αυτές τις χορδές LED και να δημιουργήσετε ενδιαφέρουσες συνδεδεμένες συσκευές που μπορείτε να ελέγξετε με το smartphone σας.

Θα μάθετε πώς να χρησιμοποιείτε έναν μικροελεγκτή και ένα τρανζίστορ για να οδηγείτε LED, πώς να συνδέετε τη συσκευή σας στο Διαδίκτυο και πώς να ελέγχετε τη συσκευή από το smartphone σας. Απλώς υποθέτω ότι έχετε κάποιες βασικές γνώσεις ηλεκτρονικής όπως τον τρόπο εφαρμογής του νόμου του Ohm. Αν έχετε προγραμματίσει ποτέ ένα Arduino πριν είναι ακόμα καλύτερο.

Ας ξεκινήσουμε με τις συσκευές που θέλω να φτιάξω. Το καλό με τις κομμένες χορδές είναι ότι υπάρχουν τουλάχιστον δύο κομμάτια. Έτσι μπορώ να δημιουργήσω τουλάχιστον δύο συσκευές. Θα ξεκινήσω με μια συνδεδεμένη λάμπα που θα βάλω σε ένα τραπέζι και στη συνέχεια μια συνδεδεμένη χορδή LED που θα χρησιμοποιήσω για να φωτίσει το νέο μου υπνοδωμάτιο. Το μόνο που θέλω είναι ένας τρόπος ενεργοποίησης και απενεργοποίησης των φώτων χρησιμοποιώντας το smartphone μου.

Αλλά πρώτα απ 'όλα, πρέπει να δούμε πώς λειτουργούσαν τα πράγματα για την επαναχρησιμοποίηση των φώτων.

Βήμα 1: Αντίστροφη Μηχανική

Έχουμε δύο χορδές LED, αλλά δεν γνωρίζουμε την πτώση τάσης στις ακίδες των χορδών και το ρεύμα που απαιτούν. Δυστυχώς, δεν έχω φύλλο δεδομένων για να λάβω αυτές τις τιμές.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, θα πρέπει να καταλάβουμε τα πάντα μόνοι μας. Ας αφαιρέσουμε το περίβλημα.

Αφού αφαιρέσουμε μερικές βίδες με ένα κατσαβίδι, μπορούμε να δούμε ένα πολύ απλό κύκλωμα. Το ενδιαφέρον μέρος είναι γύρω από τις καρφίτσες χορδών LED, βλέπουμε έναν ρυθμιστή τάσης (στοιχείο 3 ακίδων), μια αντίσταση (το μαύρο κουτί με 100 πάνω του) και τις καρφίτσες χορδών LED. Κοιτάζοντας λίγο πιο κοντά (σχεδιασμός κυκλώματος), βλέπουμε ότι η έξοδος του ρυθμιστή συνδέεται με τη συμβολοσειρά LED, η οποία με τη σειρά της συνδέεται με τη γείωση μέσω αντίστασης 10 ohm (100 σημαίνει 10x10e0). Ας βάλουμε μερικές μπαταρίες και μετρήσουμε την πτώση τάσης στους πείρους των χορδών και μεταξύ της εξόδου του ρυθμιστή και της γείωσης.

Χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο, μπορούμε να μετρήσουμε μια πτώση τάσης περίπου 3V κατά μήκος των ακίδων συμβολοσειράς (όπως φαίνεται στις εικόνες). Μετράμε επίσης 4,5V μεταξύ της εξόδου του ρυθμιστή και της γείωσης. Συνεπώς, συμπεραίνουμε ότι υπάρχει πτώση τάσης 1,5V κατά μήκος της αντίστασης 10 ohm. μπορούμε πραγματικά να το μετρήσουμε επίσης. Χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm (U = RI), γνωρίζουμε ότι το ρεύμα μέσω του κλάδου είναι 1.5V / 10 ohm = 0.150A ή 150mA. Και πάλι μπορούμε να μετρήσουμε το ρεύμα αλλά θα πρέπει να βάλουμε το πολύμετρο σε σειρά με τη συμβολοσειρά που δεν είναι εύκολο να γίνει.

Τώρα ξέρουμε πώς να οδηγούμε τις χορδές LED. Ας φτιάξουμε τη συσκευή μας.

Βήμα 2: Υλικά & Εργαλεία

Εδώ είναι αυτό που θα χρειαστείτε για την κατασκευή των συσκευών:

- μερικά κατσαβίδια για να σπάσουν πράγματα, μου αρέσει αυτό το είδος κιτ

- μερικές φωτεινές ενδείξεις LED, εάν θέλετε να αναπαράγετε τις συσκευές

- ένα ESP8266, θα είναι ο εγκέφαλος της συσκευής μας

- ένα breadboard και μερικά καλώδια, θα τα χρησιμοποιήσουμε για την κατασκευή του πρωτοτύπου

- ένα κιτ ποικιλίας αντιστάσεων και ένα κιτ ποικιλίας τρανζίστορ, μπορείτε επίσης να αγοράσετε ένα μεγαλύτερο κιτ που περιέχει πολλά χρήσιμα εξαρτήματα, η αγορά μόνο των απαιτούμενων εξαρτημάτων είναι επίσης μια επιλογή

Αν θέλετε να δημιουργήσετε ένα μόνιμο κύκλωμα, θα χρειαστείτε κάποια εργαλεία και μερικά πρωτοβάνια:

- μπορείτε να αγοράσετε ένα σετ συγκόλλησης αρκετά φθηνά για να ξεκινήσετε, θα βρείτε ένα πολύμετρο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντιστρέψετε τα δικά σας αντικείμενα, απλώς προσέξτε να μην χειρίζεστε συσκευές που είναι συνδεδεμένες στην κύρια ή ακόμα και συσκευές που χρησιμοποιούν περισσότερο από 30V DC

- ένας κόφτης είναι πολύ χρήσιμος για να κόψετε καλώδια και καλώδια εξαρτημάτων

- μερικά πρωτόπλακα

- λίγο συμπαγές σύρμα

Μπορεί να φαίνεται πολλά για να ξεκινήσετε, αλλά θα δημιουργήσετε ένα απόθεμα για οποιοδήποτε άλλο έργο μπορεί να έχετε. Εάν δεν σας πειράζει να περιμένετε, μπορείτε να παραγγείλετε τα πάντα στο Aliexpress με πολύ χαμηλότερο κόστος. Εναλλακτικά, αν δεν θέλετε να αγοράσετε αυτά τα εργαλεία, μπορείτε επίσης να μεταβείτε στον πλησιέστερο χώρο χάκερ.

Τέλος, θα χρειαστείτε λίγες ώρες για να δημιουργήσετε τα πάντα (λιγότερο αν ακολουθήσετε αυτό το σεμινάριο).

Βήμα 3: Πώς να χρησιμοποιήσετε ένα τρανζίστορ

Γνωρίζουμε ότι η συμβολοσειρά LED απαιτεί 150mA, αλλά είναι πολύ περισσότερα από αυτά που μπορεί να προσφέρει με ασφάλεια το ESP8266 στις ακίδες εξόδου του. Δεν θέλετε να οδηγείτε πάνω από 12mA ανά καρφίτσες GPIO στον μικροελεγκτή. Για να ξεπεράσετε αυτόν τον περιορισμό, θα χρειαστείτε κάποιο είδος διακόπτη που μπορεί να ελεγχθεί από τον μικροελεγκτή. Οι πιο συνηθισμένοι διακόπτες είναι το ρελέ και το τρανζίστορ. Ένα ρελέ σίγουρα θα λειτουργήσει αλλά θα είναι πιο ογκώδες, ακριβότερο και τις περισσότερες φορές θα θέλετε να χρησιμοποιήσετε ένα τρανζίστορ για να οδηγήσετε ένα ρελέ.

Θα χρησιμοποιήσουμε τρανζίστορ και για τις δύο συσκευές. Για να χρησιμοποιήσουμε ένα τρανζίστορ όπως ένας διακόπτης, πρέπει να οδηγήσουμε ρεύμα στη βάση του. Το ρεύμα που διαρρέει τη συμβολοσειρά LED θα είναι ανάλογο με το ρεύμα που διαρρέει τη βάση.

Μπορείτε να παίξετε με ένα Arduino και ένα τρανζίστορ στο Tinkercad για να έχετε μια αίσθηση του πώς λειτουργούν τα πράγματα. Δημιούργησα μια βασική προσομοίωση που μπορείτε να τροποποιήσετε. Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για το Tinkercad, μπορείτε να ακολουθήσετε αυτό το καταπληκτικό σεμινάριο: Πώς να χρησιμοποιήσετε το Tinkercad για να δοκιμάσετε και να εφαρμόσετε το υλικό σας.

Μπορείτε να δείτε ότι το τρανζίστορ λειτουργεί σαν κλειστός διακόπτης όταν η έξοδος GPIO είναι υψηλή και σαν ανοιχτός διακόπτης όταν η έξοδος GPIO είναι χαμηλή. Μπορείτε επίσης να παίξετε με τις τιμές των αντιστάσεων. Η σειρά αντίστασης με τη λυχνία LED θα περιορίσει τη ροή ρεύματος μέσω της λυχνίας LED και η αντίσταση που συνδέεται στη βάση του τρανζίστορ θα ελέγχει το μέγιστο ρεύμα που ρέει μέσω της λυχνίας LED. Εάν αυξήσετε την αντίσταση βάσης, δεν θα έχετε αρκετό ρεύμα για τη λυχνία LED και το φως θα είναι χαμηλότερο.

Μπορείτε να ρίξετε μια ματιά στις σημειώσεις μου για να δείτε τι τιμές αντίστασης επιλέγω για τις συσκευές. Θα μπορούσα να είχα χρησιμοποιήσει την έξοδο 3.3V αντί της εξόδου 5V, αλλά τότε δεν θα είχα τις αντίστοιχες αντιστάσεις για την κατασκευή του κυκλώματος. Μην διστάσετε να διαβάσετε το φύλλο δεδομένων του τρανζίστορ για να αναζητήσετε το κέρδος του τρανζίστορ.

Ας φτιάξουμε τώρα ένα πρωτότυπο.

Βήμα 4: Δημιουργήστε ένα πρωτότυπο του κυκλώματος

Θα χρειαστεί να προετοιμάσουμε το σύρμα χορδών LED. Αρχικά ας κόψουμε το πρώτο μισό για να χωρίσουμε τη θήκη μπαταριών. Στη συνέχεια, απογυμνώστε το σύρμα, χρησιμοποίησα ένα μπλοκ ακροδεκτών για να συνδέσω τη συμβολοσειρά LED στη σανίδα ψωμιού. Θα χρειαστούμε επίσης το ESP8266, χρησιμοποίησα ένα μίνι κλώνο D1, δύο αντιστάσεις και ένα τρανζίστορ.

Επιλέγω ένα p2222a για το τρανζίστορ αλλά μπορείτε να επιλέξετε οποιοδήποτε τρανζίστορ NPN. Απλώς θα πρέπει να αναθεωρήσετε τις τιμές των αντιστάσεων σύμφωνα με το κέρδος τρανζίστορ που μπορείτε να βρείτε στο φύλλο δεδομένων τρανζίστορ. Επιλέγω μια αντίσταση βάσης 1k ohm και μια αντίσταση LED 15 ohm. Η βάση οδηγείται από το GPIO5 ή το D1.

Κρατήστε τη θήκη μπαταριών καθώς μπορεί να είναι χρήσιμη για ένα άλλο έργο ή ακόμα και για να τροφοδοτήσετε τις συσκευές που δημιουργήσατε πρόσφατα.

Ακολουθήστε ένα σεμινάριο για το πώς να ανεβάσετε ένα πρόγραμμα στο ESP8266 με το Arduino IDE, ανεβάστε το πρόγραμμα αναλαμπής αντικαθιστώντας το LED_BUILTIN από το D1 και τώρα μπορείτε να απολαύσετε μια συμβολοσειρά LED που αναβοσβήνει.

Εάν το κύκλωμα δεν λειτουργεί για εσάς, προσπαθήστε να αλλάξετε τα καλώδια LED καθώς χρειάζεστε για να συνδέσετε την άνοδο στην αντίσταση LED. Αντιστρέφω πάντα τα καλώδια…

Χρησιμοποιήστε το πολύμετρο για να ελέγξετε τη σύνδεση και την πτώση τάσης. Θα πρέπει να βλέπετε 3,3V μεταξύ D1 και γείωσης όταν η έξοδος είναι υψηλή. Θα πρέπει επίσης να δείτε μια τάση 3V μεταξύ των καλωδίων χορδών LED.

Το να έχουμε μια σειρά LED που αναβοσβήνει είναι καλό, αλλά πώς μπορούμε να ελέγξουμε τη συμβολοσειρά LED με το smartphone μας;

Βήμα 5: Χρησιμοποιώντας το smartphone σας για να οδηγήσετε τα φώτα συμβολοσειράς LED - Μέρος Ι

Θα χρειαστεί να εγκαταστήσετε την εφαρμογή Blynk στο smartphone σας.

Μόλις εγκατασταθεί η εφαρμογή, δημιουργήστε ένα νέο έργο. Ο Blynk θα σας στείλει ένα email με ένα διακριτικό (σειρά εξαγωνικών χαρακτήρων) που θα χρειαστείτε για το πρόγραμμά σας ESP8266. Δημιουργήστε ένα κουμπί που θα λειτουργεί ως διακόπτης. Το κουμπί πρέπει να οδηγεί τον ακροδέκτη GPIO5 ή D1 του ESP8266. Τώρα μπορείτε να παίξετε το έργο σας. Λάβετε υπόψη ότι η εφαρμογή θα σας πει ότι η συσκευή είναι εκτός σύνδεσης.

Μπορείτε να επεξεργαστείτε το έργο αργότερα για να προσθέσετε χρονοδιακόπτες που θα ελέγχουν τα φώτα.

Βήμα 6: Χρησιμοποιώντας το smartphone σας για να οδηγήσετε τα φώτα συμβολοσειράς LED - Μέρος II

Ανοίξτε το Arduino IDE. Θα χρειαστεί να εγκαταστήσετε τη βιβλιοθήκη Blynk. Για αυτό, απλώς ακολουθήστε τα στιγμιότυπα οθόνης που έκανα. Μεταβείτε στο μενού "Εργαλεία", κάντε κλικ στο "Διαχείριση βιβλιοθηκών", αναζητήστε "Blynk" και εγκαταστήστε την πιο πρόσφατη έκδοση.

Τώρα μπορείτε να ανοίξετε ένα παράδειγμα που θα ρυθμίσει το Blynk στο ESP8266 για εσάς. Το παράδειγμα εμφανίζεται στα στιγμιότυπα οθόνης.

Βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει τη σωστή πλακέτα, "D1 mini" στην περίπτωσή μου και τη σωστή θύρα.

Ενημερώστε τον κωδικό με το wifi SSID και τον κωδικό πρόσβασής σας (συνήθως το κλειδί WPA ή WEP στο πλαίσιο Internet), θα χρειαστεί επίσης να συμπληρώσετε το διακριτικό που λάβατε μέσω email.

Τώρα μπορείτε να ανεβάσετε τον κωδικό στο ESP8266. Μόλις μεταφορτωθεί ο κωδικός, περιμένετε μερικά δευτερόλεπτα για να βεβαιωθείτε ότι η συσκευή σας είναι συνδεδεμένη μέσω WiFi στο δρομολογητή σας στο Διαδίκτυο και θα μπορείτε να ελέγχετε τα φώτα χρησιμοποιώντας το κουμπί Blynk που δημιουργήσατε.

Τώρα έχετε μια συσκευή IoT! Μπορείτε να σταματήσετε εκεί αν θέλετε, αλλά μην ξεχάσετε να διαβάσετε την ενότητα "Πόροι". Αν θέλετε να διασκεδάσετε περισσότερο και να δημιουργήσετε ένα μόνιμο κύκλωμα και ένα περίβλημα, συνεχίστε να διαβάζετε.

Βήμα 7: Δημιουργήστε ένα μόνιμο κύκλωμα (μπόνους)

Είναι καιρός να δημιουργήσουμε ένα μόνιμο κύκλωμα. Μπορείτε να παρακολουθήσετε αυτό και αυτό το βίντεο για να μάθετε για τη συγκόλληση. Χρησιμοποίησα έναν τυπικό πίνακα proto με κάποια κεφαλίδα για το ESP8266. Με αυτόν τον τρόπο, εάν θέλω να επαναχρησιμοποιήσω τον μικροελεγκτή για άλλο έργο, μπορώ. Μπορείτε να επιλέξετε να κολλήσετε τον μικροελεγκτή απευθείας στον πίνακα πρωτοτύπων σας. Εάν δεν είστε σίγουροι, επιλέξτε έναν πίνακα proto που μοιάζει με ένα breadboard. θα μπορείτε να επαναχρησιμοποιήσετε τις συνδέσεις σας στο breadboard.

Έκανα δύο λάθη με την πρώτη μου συσκευή. Δεν χρησιμοποίησα το μπλοκ ακροδεκτών για τη συμβολοσειρά LED… και ανέτρεψα τα καλώδια. Μπορείτε να επισημάνετε το αρνητικό ή το θετικό σύρμα, αλλά συνιστάται η χρήση ενός μπλοκ ακροδεκτών. Το δεύτερο λάθος είναι ότι χρησιμοποίησα το 3.3V για να οδηγήσω τη συμβολοσειρά LED με αποτέλεσμα ένα πιο χαμηλό φως. Εάν, όπως και εγώ, κάνετε λάθη, μην ανησυχείτε, είναι εύκολο να αφαιρέσετε τις τιμές συγκόλλησης και να αλλάξετε τις τιμές των αντιστάσεων ή να ενημερώσετε τις συνδέσεις. Μπορείτε ακόμη να προσθέσετε περισσότερα στοιχεία αργότερα!

Τώρα που έχετε ένα μόνιμο κύκλωμα, ήρθε η ώρα να φτιάξετε το περίβλημα του.

Βήμα 8: Δημιουργήστε ένα περίβλημα (μπόνους)

Ακολούθησα ένα σεμινάριο sparkfun στο Tinkercad για να φτιάξω ένα περίβλημα για τις συσκευές μου. Εκτύπωσα το περίβλημα χρησιμοποιώντας το νεοαποκτηθέν Prusa i3 MK3 με κάποιο νήμα PLA (20% γέμισμα και 0,2 mm). Είναι στην πραγματικότητα ένα πρώτο για μένα και έχω ήδη κάνει δύο λάθη που μπορείτε να δείτε στις εικόνες. Το πρώτο μου περίβλημα δεν είχε τον απαιτούμενο χώρο για το βύσμα USB και οι οπές δεν ήταν ευθυγραμμισμένες. Στη συνέχεια σχεδίασα μια νέα έκδοση με καλύτερη εφαρμογή που μπορεί επίσης να υποστηρίξει ένα καπάκι. Μπορείτε να εξοικονομήσετε χρόνο και χρήματα μόνο για να εκτυπώσετε το απαιτούμενο μέρος του περιβλήματος για να ελέγξετε την προσαρμογή με το κύκλωμα.

Έχετε τώρα δύο συσκευές IoT που μπορείτε να ελέγξετε χρησιμοποιώντας το Blynk. Ο ουρανός είναι το όριο. Μπορείτε να επεκτείνετε πλήρως το έργο με έναν ανιχνευτή παρουσίας που ελέγχει τα φώτα, με ένα χρονοδιακόπτη που σβήνει τα φώτα μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, ή ακόμα και χρησιμοποιώντας τα φώτα LED LED ως σύστημα ειδοποιήσεων. θα μπορούσαν να αναβοσβήνουν όταν λαμβάνετε ένα email για παράδειγμα.

Καλό χακάρισμα!

Βήμα 9: Πόροι

Δεν μπορώ να συστήσω αρκετά αυτό το βιβλίο: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Μπορείτε να μάθετε για τρανζίστορ, πυκνωτές και πολλά άλλα ενδιαφέροντα πράγματα για τα ηλεκτρονικά. Έχει τις απαιτούμενες γνώσεις για να αρχίσει να ασχολείται με τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Σε συνδυασμό με τις γνώσεις που μόλις αποκτήσατε για το ESP8266, το Blynk και το Tinkerpad, θα μπορείτε να δημιουργήσετε πολύ ενδιαφέροντα πράγματα.

Μπορείτε να μάθετε πολλά βλέποντας βίντεο στο Youtube. Προτείνω τα παρακάτω κανάλια:

- EEVblog

- GreatScott!

- Ακαδημία Χαν

Είστε αρκετά γενναίοι, μπορείτε να αποκτήσετε περισσότερες γνώσεις μετά από μαθήματα edx ή coursera σχετικά με το IoT ή τα ηλεκτρονικά.