Οικιακός φωτισμός περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας PICO: 9 βήματα

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

Δεν θέλατε ποτέ να αλλάξετε τη διάθεση του δωματίου σας αλλάζοντας το χρώμα του φωτός; Λοιπόν, σήμερα θα μάθετε πώς να το κάνετε ακριβώς αυτό. Επειδή, με αυτό το έργο θα δημιουργήσετε ένα σύστημα φωτισμού RGB περιβάλλοντος με έλεγχο Bluetooth που μπορείτε να τοποθετήσετε οπουδήποτε στο σπίτι σας και να το έχετε χρωματισμένο όπως θέλετε.

Αυτό το έργο θα χρησιμοποιήσει PICO, μια λωρίδα LED RGB, ορισμένα τρανζίστορ και ηλεκτρικά εξαρτήματα και μια εφαρμογή που θα μάθετε πώς να δημιουργείτε χρησιμοποιώντας τον εφευρέτη της εφαρμογής MIT.

Βήμα 1: Στοιχεία

Αυτά είναι τα συστατικά που απαιτούνται για τη δημιουργία αυτού του έργου και είναι:

• PICO, διαθέσιμο στο mellbell.cc (17,0 $)
• Μια ταινία LED RGB 4 μέτρων (5050 SMD- 60 LED - 1 M)
• 3 τρανζίστορ TIP122 Darlington, ένα πακέτο 10 διαθέσιμο στο ebay (1,22 $)
• 1 PCA9685 Πρόγραμμα οδήγησης PWM 16 καναλιών 12-bit, διαθέσιμο στο ebay (2,07 $)
• 1 μονάδα Bluetooth HC-05, διαθέσιμο στο ebay ($ 3.51)
• Τροφοδοτικό 12 volt 5 Amp
• 3 αντιστάσεις 1 k ohm, μια δέσμη 100 στο ebay (0,99 $)
• 1 Breadboard, διαθέσιμο στο ebay (2,32 $)

Βήμα 2: Τροφοδοσία της λωρίδας LED RGB

Φυσικά θέλουμε να συνδέσουμε τη λωρίδα LED στο PICO μας για να την ανάψουμε και να την ελέγξουμε.

Αλλά, πριν από οτιδήποτε, πρέπει να κάνουμε κάποια μαθηματικά για να γνωρίζουμε πόσο ρεύμα θα πάρει η λωρίδα LED από την πηγή ενέργειας. Στη λωρίδα με την οποία συνεργαζόμαστε, κάθε LED σε μια κυψέλη RGB αντλεί 20mA, για το σύνολο των 60mA για ολόκληρη την κυψέλη RGB. Η λωρίδα μας έχει 20 κύτταρα RGB ανά μέτρο και έχουμε ένα μήκος 4 μέτρων. Αυτό σημαίνει ότι το συνολικό μας ρεύμα στην μέγιστη ένταση είναι:

4 (μέτρα) * 20 (κύτταρο/μέτρο) * 60 (mA) = 4800mA

Αυτή η κλήρωση θα διαφέρει ανάλογα με την ένταση με την οποία εργάζεστε, αλλά κάναμε τα μαθηματικά με τους υψηλότερους δυνατούς αριθμούς, ώστε να μπορούμε να δουλεύουμε ελεύθερα και με ασφάλεια με τη λωρίδα RGB. Τώρα, χρειαζόμαστε μια πηγή ενέργειας που μπορεί να μας παρέχει 4.8Α.

Η καλύτερη πηγή ενέργειας που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε είναι ένα τροφοδοτικό/μετατροπέας που μετατρέπει την ισχύ AC σε DC, το χρειαζόμαστε επίσης για να προσφέρει 12 βολτ και τουλάχιστον 4,8 αμπέρ. Και έχουμε ακριβώς αυτό, καθώς το τροφοδοτικό που χρησιμοποιούμε προσφέρει 12 βολτ και 5 αμπέρ, που είναι ακριβώς αυτό που χρειαζόμαστε.

Βήμα 3: Σύνδεση της λωρίδας RGB στο τροφοδοτικό

Ένα τροφοδοτικό είναι μια ηλεκτρική συσκευή που μετατρέπει έναν τύπο ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλη. Στην περίπτωσή μας, πρόκειται να το χρησιμοποιήσουμε για να μετατρέψουμε την ισχύ 220V AC, σε ισχύ 12v DC.

Οι τρεις πρώτοι ακροδέκτες είναι οι είσοδοι από την πηγή τροφοδοσίας AC:

• L → ζωντανά
• N → ουδέτερο
• GND → γη

Οι τέσσερις τελευταίοι ακροδέκτες είναι οι έξοδοι στην ηλεκτρική συσκευή που χρειάζεστε. Χωρίζεται σε δύο "τμήματα", το ένα για τη θετική παραγωγή και το άλλο για το αρνητικό. Στην περίπτωσή μας θα χρησιμοποιήσουμε τα εξής:

• V- → αρνητικό
• V+ → θετικό

Και τα συνδέουμε ως εξής:

• Καφέ καλώδιο (πηγή ισχύος AC) → L (ζωντανό)
• Μπλε σύρμα (πηγή ισχύος AC) → N (ουδέτερο)
• Πράσινο σύρμα (πηγή ισχύος AC) → GND (γείωση)

Και τα κόκκινα και μαύρα καλώδια είναι η ισχύς 12V DC εξόδου:

• Κόκκινο καλώδιο → έξοδος θετικό (V+)
• Μαύρο καλώδιο → έξοδος αρνητικό (V-)

Τώρα ας συνδέσουμε όλα τα στοιχεία μας στο PICO!

Βήμα 4: Σύνδεση των πάντων με το PICO

Όπως είπαμε νωρίτερα, η λωρίδα LED χρειάζεται 12v και 4.8A για να λειτουργήσει πλήρως. Και γνωρίζουμε ότι το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να παρέχει κάθε ακίδα PICO είναι μόνο 40mA, το οποίο δεν είναι αρκετό. Αλλά, υπάρχει μια λύση για αυτό, και αυτό είναι το TIP122 Darlington Transistor, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την οδήγηση φορτίων υψηλής ισχύος χρησιμοποιώντας μικρές ποσότητες ρεύματος και τάσης.

Η καλωδίωση είναι αρκετά απλή, θα συνδέσουμε τη βάση του τρανζίστορ με τον πείρο D3 του PICO για να ελέγξουμε τη φωτεινότητα της λωρίδας led χρησιμοποιώντας την τεχνική PWM, τον πομπό στο GND και τον συλλέκτη με το φορτίο.

• Βάση (TIP122) → D3 (PICO)
• Συλλέκτης (TIP122) → B (λωρίδα LED)
• Εκπομπούς (TIP122) → GND

Επίσης, χρησιμοποιούμε ένα κουμπί για ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση της λωρίδας LED.

Ένα κουμπί πίεσης είναι ένα στοιχείο που συνδέει δύο σημεία σε ένα κύκλωμα μόνο όταν πιέζεται, δεν έχει πολικότητα, ώστε να μπορούμε να το συνδέσουμε χωρίς να ανησυχούμε για το ποια πλευρά πηγαίνει σε ποια πλευρά. Στην περίπτωσή μας, θα συνδέσουμε το ένα από τα πόδια του κουμπιού με το GND μέσω μιας αντίστασης αναδίπλωσης και θα συνδέσουμε το άλλο σκέλος με το VCC (5 βολτ). Μετά από αυτό, θα συνδέσουμε το D2 του PICO με το πόδι του κουμπιού που είναι συνδεδεμένο στο GND.

Έτσι, όταν πατηθεί το κουμπί, η καρφίτσα D2 του PICO θα διαβάσει Υ HIGHΗΛΗ (5 βολτ) και όταν δεν πιέζεται η καρφίτσα D2 του PICO θα διαβάσει χαμηλά (0 βολτ).

Στη συνέχεια, θα συνδέσουμε το LED στο τροφοδοτικό και το τρανζίστορ TIP122.

• +12 (λωρίδα LED) → θετική έξοδος 12 βολτ (τροφοδοτικό)
• Β (λωρίδα LED) συλλέκτης (TIP122).

Μην ξεχάσετε να συνδέσετε το αρνητικό καλώδιο εξόδου τροφοδοσίας (μαύρο καλώδιο) με τον πείρο GND του PICO

Βήμα 5: Σύνδεση της λωρίδας RGB με PCA9685

Τώρα που μπορούμε να ελέγξουμε ένα μόνο χρώμα από τη λωρίδα RGB, ας το κάνουμε να μπορούμε να ελέγχουμε όλα τα χρώματα της ταινίας RGB. Για να το κάνουμε αυτό πρέπει να χρησιμοποιήσουμε σήματα PWM για τον έλεγχο της λωρίδας.

Όπως γνωρίζουμε, το PICO έχει μόνο μία έξοδο PWM και η λύση για αυτό είναι η μονάδα επέκτασης των ακίδων PCA9685 PWM. Αυτή η ενότητα επεκτείνει τις καρφίτσες PWM της πλακέτας σας και θα την χρησιμοποιήσουμε μαζί με ορισμένα τρανζίστορ TIP122 Darlington για να διορθώσουμε αυτό το ζήτημα.

Η καλωδίωση του κυκλώματος είναι πολύ απλή και έχει ως εξής:

• VCC (PCA9685) → VCC (PICO)
• GND (PCA9685) → GND (PICO)

Πρέπει να τροφοδοτήσουμε τη μονάδα PCA9685 χρησιμοποιώντας το PICO, ώστε να μπορεί να λειτουργεί σωστά.

• SCL (PCA9685) → D3 (PICO)
• SDA (PCA9685) → D2 (PICO)

Εδώ συνδέουμε τους ακροδέκτες πρωτοκόλλου I2C του PCA9685 SCL και SDA με τους PICO's D3 και D2, έτσι ώστε να μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους.

Στη συνέχεια, συνδέουμε τη λωρίδα RGB +12 με το θετικό καλώδιο τροφοδοσίας και τα καλώδια G, R, B της ταινίας RGB στις ακίδες του ελεγκτή TIP122 για να τροφοδοτήσουμε τη λωρίδα LED με την απαιτούμενη ισχύ από την εξωτερική τροφοδοσία.

Ο κώδικας είναι πολύ απλός, απλά πρέπει να ενεργοποιήσουμε και να απενεργοποιήσουμε και τα τρία χρώματα της λωρίδας LED το καθένα ξεχωριστά, οπότε φτιάχνουμε δύο βρόχους για κάθε χρώμα, το πρώτο για βρόχο είναι για αύξηση του φωτός ένταση και το δεύτερο είναι για τη μείωση της έντασης του φωτός,

Βήμα 6: Δημιουργία της εφαρμογής για κινητά

Τώρα θέλουμε να δημιουργήσουμε την εφαρμογή για κινητά που θα μας επιτρέψει να ελέγξουμε την ένταση κάθε χρώματος ξεχωριστά. Και πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε το εργαλείο εφευρέτη εφαρμογών MIT για να το κάνουμε αυτό.

Αρχικά, πρέπει να μεταβείτε στον επίσημο ιστότοπο του εφευρέτη εφαρμογών MIT και να δημιουργήσετε έναν λογαριασμό με το email σας.

Στο σχέδιο που θα χρησιμοποιήσουμε έχουμε:

• Ένας επιλογέας λίστας, "Σύνδεση στο σύστημα φωτισμού περιβάλλοντος". Πιέζοντας αυτήν τη λίστα/κουμπί, θα ανοίξει ένα μενού με τις συζευγμένες συσκευές Bluetooth από τις οποίες θα επιλέξουμε τη συσκευή Bluetooth.
• Τρία ρυθμιστικά για τον έλεγχο των μεμονωμένων χρωμάτων
• Μια ετικέτα πάνω από κάθε ρυθμιστικό που θα ενημερώνεται ανάλογα με τη θέση του ρυθμιστικού
• Προσθέτοντας το στοιχείο πελάτη Bluetooth, για να δώσετε στην εφαρμογή την άδεια χρήσης του Bluetooth της συσκευής

Ο κώδικας θα χωριστεί σε δύο μέρη:

Συνδεσιμότητα Bluetooth

Οι δύο πρώτες γραμμές του κώδικα χειρίζονται τη διαδικασία επικοινωνίας Bluetooth, καθώς σας δίνουν τη δυνατότητα να προσθέσετε συσκευές και να επιλέξετε με τι θα ζευγαρώσετε.

Αποστολή στοιχείων

Ο υπόλοιπος κώδικας είναι για την αποστολή δεδομένων. Καθώς ελέγχει τι σημαίνουν τα ρυθμιστικά για το PICO, ενημερώνει επίσης τις ενδείξεις των ετικετών του ρυθμιστικού.

Μπορείτε να κατεβάσετε την εφαρμογή αν δεν θέλετε να την δημιουργήσετε μόνοι σας. Μπορείτε επίσης να το κατεβάσετε και στη συνέχεια να το εισαγάγετε μαζί με το σχέδιο στο εργαλείο εφευρέτη της εφαρμογής MIT και να το προσαρμόσετε σύμφωνα με τις προτιμήσεις σας.

Βήμα 7: Διασύνδεση της μονάδας Bluetooth HC-05

Τώρα πρέπει απλώς να προσθέσουμε συνδεσιμότητα Bluetooth στο PICO μας και θα το κάνουμε χρησιμοποιώντας τη μονάδα Bluetooth HC-05.

Αυτή η ενότητα είναι πολύ απλή και εύκολη στη χρήση, καθώς είναι μια ενότητα SPP (Serial Port Protocol), πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζεται μόνο δύο καλώδια (Tx και Rx) για να επικοινωνήσει με το PICO. Αυτή η ενότητα λειτουργεί επίσης ως υποτελής και κύριος και έχει εύρος συνδεσιμότητας περίπου 15 μέτρα.

Η ακίδα της μονάδας Bluetooth HC-05 εξέρχεται:

• EN ή KEY → Εάν μεταφερθεί στο HIGH προτού εφαρμοστεί η ισχύς, επιβάλλει τη λειτουργία ρύθμισης εντολών AT.
• VCC → +5 ισχύος
• GND → Αρνητικό
• Tx → Μεταφέρετε τα δεδομένα από τη μονάδα HC-05 στον σειριακό δέκτη του PICO
• Rx → Λαμβάνει σειριακά δεδομένα από τον σειριακό πομπό του PICO
• Κατάσταση → Λέει εάν η συσκευή είναι συνδεδεμένη ή όχι

Και εδώ είναι πώς το συνδέετε με το PICO:

• VCC (HC-05) → VCC (PICO)
• GND (HC-05) → GND (PICO)
• Tx (HC-05) → Rx (PICO)
• Rx (HC-05) Tx (PICO)

Τώρα που έχουμε τη μονάδα Bluetooth συνδεδεμένη στο PICO, ας επεξεργαζόμαστε το πρόγραμμά μας έτσι ώστε να μπορούμε να ελέγχουμε τη λωρίδα LED από το τηλέφωνό μας.

Βήμα 8: Κωδικοποίηση της μονάδας Bluetooth

Σύμφωνα με το σχέδιό μας, θέλαμε τη δυνατότητα ελέγχου των λωρίδων LED από το τηλέφωνό μας. Και δεν θέλαμε μόνο να ελέγξουμε τη λωρίδα LED, αλλά θέλαμε να ελέγξουμε κάθε χρώμα ξεχωριστά.

Και θα το κάνουμε αυτό έχοντας κάθε ρυθμιστικό από την εφαρμογή μας να στέλνει διαφορετικό σύνολο τιμών στο PICO:

• Το ρυθμιστικό κόκκινου χρώματος στέλνει μια τιμή μεταξύ 1000 και 1010
• Το ρυθμιστικό πράσινου χρώματος στέλνει μια τιμή μεταξύ 2000-2010
• Το ρυθμιστικό μπλε χρώματος στέλνει μια τιμή μεταξύ 3000-3010

Θα χρησιμοποιήσουμε μια συνθήκη "αν" για να ελέγξουμε τα δεδομένα και να γνωρίζουμε ποιο εύρος τιμών αλλάζει. Για παράδειγμα: εάν η τιμή αλλάζει μεταξύ 1000 και 1010, το PICO θα γνωρίζει ότι αλλάζουμε το κόκκινο χρώμα και θα το αναδιαμορφώσει ανάλογα. Θα το κάνει επίσης για όλες τις τιμές που δημιουργήσατε, επιτρέποντάς σας να ελέγχετε κάθε χρώμα ξεχωριστά με το ρυθμιστικό του.

Βήμα 9: Το έργο σας είναι αναμμένο

Μάθαμε πώς να υπολογίζουμε την απαιτούμενη ισχύ για μια λωρίδα LED RGB, πώς να χρησιμοποιούμε τρανζίστορ για να χειριζόμαστε τις τρέχουσες τιμές και πώς να αποφασίζουμε για την τροφοδοσία που απαιτείται για να γίνει όλο αυτό. Μάθαμε επίσης πώς να δημιουργείτε μια εφαρμογή για κινητά χρησιμοποιώντας το εργαλείο εφευρέτη εφαρμογών MIT και πώς να τη συνδέετε μέσω Bluetooth στο PICO.

Και με όλες τις νέες δεξιότητές σας καταφέρατε να δημιουργήσετε μια λωρίδα LED που μπορείτε να τοποθετήσετε οπουδήποτε στο σπίτι σας και να την έχετε ελαφριά με όποιο χρώμα θέλετε, πόσο δροσερό είναι αυτό;

Μην ξεχάσετε να κάνετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις εάν έχετε, και τα λέμε σύντομα στο επόμενο έργο: D