Naredi naprave IoT z uporabo LED nizov: 9 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:06

(Zavrnitev odgovornosti: Nisem materni govornik angleščine.)

Pred časom je moja žena kupila nekaj LED svetilk, ki so ponoči osvetljevale vrt. Ustvarili so zelo lepo vzdušje. Postavili so jih okoli dreves, toda uganite, kaj se je zgodilo, smo odrezali vrvice, medtem ko smo drevesa odrezali …

Danes vam želim pokazati, kako rešiti pokvarjene stvari, kot so te LED svetilke, in ustvariti zanimive povezane naprave, ki jih lahko upravljate s pametnim telefonom.

Naučili se boste, kako z mikrokrmilnikom in tranzistorjem poganjati LED, kako napravo povezati z internetom in kako upravljati napravo s pametnega telefona. Predvidevam, da imate osnovno znanje o elektroniki, na primer, kako uporabljati Ohmov zakon. Če ste kdaj programirali Arduino, preden je še boljši.

Začnimo z napravami, ki jih želim zgraditi. Dobra stvar pri prerezanih strunah je, da obstajata vsaj dva kosa. Tako lahko sestavim vsaj dve napravi. Začel bom s priključeno svetilko, ki jo bom postavil na mizo, nato pa s priključeno LED vrvico, s katero bom osvetlil svojo novo spalnico. Vse kar želim je način, kako vklopim in izklopim luči s pametnim telefonom.

Najprej pa moramo videti, kako so stvari delovale pri ponovni uporabi luči.

1. korak: Obratno inženirstvo

Imamo dve LED nizi, vendar ne vemo, kako pade napetost na zatičih strun in tok, ki ga potrebujejo. Na žalost nimam podatkovnega lista, da bi dobil te vrednosti.

V teh primerih bomo morali sami ugotoviti vse. Razstavimo ohišje.

Po odstranitvi nekaterih vijakov z izvijačem lahko vidimo zelo preprosto vezje. Zanimiv del je okoli LED zatičev nizov, vidimo regulator napetosti (komponenta s 3 zatiči), upor (črna škatla s 100 na njem) in zatiče LED za niz. Če pogledamo malo bližje (zasnova vezja), vidimo, da je izhod regulatorja povezan z LED nizom, ki je nato povezan z maso preko upora 10 ohmov (100 pomeni 10x10e0). Vstavimo nekaj baterij in izmerimo padec napetosti na zatičih strune ter med izhodom regulatorja in maso.

Z multimetrom lahko izmerimo padec napetosti okrog 3V na zatičih nizov (kot je prikazano na slikah). Merimo tudi 4,5 V med izhodom regulatorja in maso. Tako sklepamo, da je na 10 ohmskem uporu padec napetosti 1,5 V; pravzaprav ga lahko tudi izmerimo. Z Ohmovim zakonom (U = RI) vemo, da je tok skozi vejo 1,5V / 10 ohm = 0,150A ali 150mA. Ponovno lahko izmerimo tok, vendar bi morali multimeter postaviti v niz z nizom, kar ni enostavno narediti.

Zdaj vemo, kako poganjati LED strune. Sestavimo svojo napravo.

2. korak: Materiali in orodja

Za izdelavo naprav potrebujete naslednje:

- nekaj izvijačev za odtrganje stvari, tak komplet mi je všeč

- nekatere LED svetilke, če želite reproducirati naprave

- ESP8266, bodo možgani naše naprave

- ploščo in nekaj žic, jih bomo uporabili za izdelavo prototipa

- komplet upornikov in komplet tranzistorjev, kupite lahko tudi večji komplet, ki vsebuje veliko uporabnih komponent, možnost nakupa le potrebnih komponent je tudi

Če želite ustvariti stalno vezje, boste potrebovali nekaj orodij in nekaj protoboardov:

- komplet za spajkanje lahko za začetek kupite precej poceni, našli boste večmetrski meter, ki ga lahko uporabite za povratno inženiring lastnih stvari, samo pazite, da ne manipulirate z napravami, povezanimi z glavno, ali celo z napravami, ki uporabljajo več kot 30 V DC

- rezalnik je zelo uporaben za rezanje žic in komponentnih vodnikov

- nekaj protoborov

- nekaj trdne žice

Morda se vam zdi veliko za začetek, vendar boste ustvarili nekaj zaloge za kateri koli drug projekt, ki bi ga morda imeli. Če vas ne moti čakanje, lahko na Aliexpressu naročite vse po precej nižji ceni. Če pa teh orodij ne želite kupiti, se lahko obrnete tudi na najbližji hekerski prostor.

Končno boste potrebovali nekaj ur, da zgradite vse (manj, če samo sledite tej vadnici).

3. korak: Kako uporabljati tranzistor

Vemo, da LED niz potrebuje 150 mA, vendar je veliko več kot tisto, kar lahko ESP8266 varno odda na svojih izhodnih zatičih. Na mikrokrmilnik ne želite poganjati več kot 12 mA na zatiče GPIO. Če želite zaobiti to omejitev, boste potrebovali nekakšno stikalo, ki ga lahko nadzoruje mikrokrmilnik. Najpogostejša stikala sta rele in tranzistor. Rele bo zagotovo deloval, vendar bo obsežnejši, dražji in večino časa boste želeli uporabiti tranzistor za pogon releja.

Za obe napravi bomo uporabili tranzistorje. Če želimo tranzistor uporabiti kot stikalo, moramo prenašati tok skozi njegovo osnovo. Tok, ki teče skozi niz LED, bo sorazmeren s tokom, ki teče skozi osnovo.

Lahko se igrate z Arduinom in tranzistorjem na Tinkercadu, da dobite občutek, kako stvari delujejo. Ustvaril sem osnovno simulacijo, ki jo lahko prilagodite. Če želite izvedeti več o Tinkercadu, lahko sledite tej neverjetni vadnici: Kako s Tinkercadom preizkusiti in implementirati svojo strojno opremo.

Vidite lahko, da tranzistor deluje kot zaprto stikalo, ko je izhod GPIO visok, in kot odprto stikalo, ko je izhod GPIO nizek. Lahko se igrate tudi z vrednostmi uporov. Upor zapored z LED bo omejeval tok toka skozi LED, upor, povezan z bazo tranzistorja, pa bo nadzoroval največji tok, ki teče skozi LED. Če povečate osnovni upor, ne boste porabili dovolj toka za LED in luč bo slabša.

Ogledate si lahko moje zapiske, da vidite, katere vrednosti upora izberem za naprave. Lahko bi uporabil 3.3V izhod namesto 5V izhoda, vendar potem ne bi imel ustreznih uporov za izgradnjo vezja. Ne oklevajte in preberite podatkovni list tranzistorja, da poiščete dobiček tranzistorja.

Zdaj zgradimo prototip.

4. korak: Zgradite prototip vezja

Pripraviti bomo morali LED žico. Najprej prerežemo prvo polovico, da ločimo držalo za baterije. Nato odstranite žico, s priključnim blokom sem LED niz povezal z mizo. Potrebovali bomo tudi ESP8266, uporabil sem mini klon D1, dva upora in tranzistor.

Za tranzistor sem izbral p2222a, lahko pa izberete kateri koli NPN tranzistor. Pregledati morate samo vrednosti uporov glede na dobiček tranzistorja, ki ga najdete na podatkovnem listu tranzistorja. Izberem osnovni upor 1k ohm in LED upor 15 ohm. Osnovo poganja GPIO5 ali D1.

Držite držalo za baterije, saj je lahko uporabno za drug projekt ali celo za napajanje novonastalih naprav.

Sledite vadnici o tem, kako naložite program na ESP8266 z ID -jem Arduino, naložite program za utripanje, ki nadomesti LED_BUILTIN z D1, in zdaj lahko uživate v utripajočem nizu LED.

Če vezje ne deluje za vas, poskusite zamenjati LED žice, saj morate anodo priključiti na LED upor. Vedno obrnem žice …

Z multimetrom preverite povezavo in padec napetosti. Ko je izhod visok, bi morali videti D3,3 V med D1 in maso. Med žicami LED nizov bi morali videti tudi napetost 3V.

Utripajoči LED niz je dober, a kako lahko LED niz upravljamo s pametnim telefonom?

5. korak: Uporaba pametnega telefona za pogon LED niznih svetilk - I. del

Na pametni telefon boste morali namestiti aplikacijo Blynk.

Ko je aplikacija nameščena, ustvarite nov projekt. Blynk vam bo poslal e -poštno sporočilo z žetonom (vrsto šestnajstih znakov), ki ga potrebujete za program ESP8266. Ustvarite gumb, ki bo deloval kot stikalo. Gumb naj poganja pin GPIO5 ali D1 ESP8266. Zdaj lahko igrate svoj projekt. Upoštevajte, da vam bo aplikacija povedala, da je naprava brez povezave.

Projekt lahko pozneje uredite in dodate časovnike, ki bodo upravljali luči.

Korak 6: Uporaba pametnega telefona za pogon LED niznih svetilk - II. Del

Odprite svoj Arduino IDE. Namestiti boste morali knjižnico Blynk; za to samo sledite posnetkom zaslona, ki sem jih naredil. Pojdite v meni "Orodja", kliknite na "Upravljanje knjižnic", poiščite "Blynk" in namestite najnovejšo različico.

Zdaj lahko odprete primer, ki vam bo namestil Blynk na ESP8266. Primer je prikazan na posnetkih zaslona.

Prepričajte se, da ste izbrali pravilno ploščo, v mojem primeru "D1 mini" in ustrezna vrata.

Posodobite kodo s svojim SSID -jem in geslom za wifi (običajno ključ WPA ali WEP v internetnem polju), prav tako boste morali izpolniti žeton, ki ste ga prejeli po e -pošti.

Kodo lahko zdaj naložite v ESP8266. Ko je koda naložena, počakajte nekaj sekund, da se prepričate, da je vaša naprava prek povezave WiFi povezana z vašim internetnim usmerjevalnikom in da boste lahko upravljali luči z gumbom Blynk, ki ste ga ustvarili.

Zdaj imate napravo IoT! Tu se lahko ustavite, če želite, vendar ne pozabite prebrati razdelka "Viri". Če se želite bolj zabavati in zgraditi stalno vezje in ohišje, nadaljujte z branjem.

7. korak: Ustvarite stalen krog (bonus)

Čas je, da ustvarite stalno vezje. Ta in ta video si lahko ogledate, če želite izvedeti več o spajkanju. Za ESP8266 sem uporabil standardno proto ploščo z nekaj glave. Na ta način, če želim mikrokontroler ponovno uporabiti za drug projekt, lahko. Lahko se odločite za spajkanje mikrokrmilnika neposredno na proto ploščo. Če niste prepričani, izberite proto ploščo, ki je videti kot načrt; boste lahko znova uporabili svoje povezave na plošči.

S prvo napravo sem naredil dve napaki. Nisem uporabil priključnega bloka za LED niz … in sem obrnil žice. Lahko označite negativno ali pozitivno žico, vendar je priporočljivo uporabiti priključni blok. Druga napaka je, da sem uporabil 3,3 V za pogon LED niza, kar je povzročilo zatemnitev svetlobe. Če, tako kot jaz, delate napake, ne skrbite, enostavno je odstraniti spajkanje in spremeniti vrednosti uporov ali posodobiti povezave. Pozneje lahko dodate celo več komponent!

Zdaj, ko imate stalno vezje, je čas, da zgradite njegovo ohišje.

8. korak: Zgradite ohišje (bonus)

Sledil sem sparkfun vadnici na Tinkercadu za izdelavo ohišja za svoje naprave. Ohišje sem natisnil z novo pridobljenim Prusa i3 MK3 z nekaj PLA filamentom (20% polnilo in 0,2 mm). Pravzaprav je zame prva in naredil sem že dve napaki, ki ju lahko vidite na slikah. Moje prvo ohišje ni imelo potrebnega prostora za vtič USB in luknje niso bile poravnane. Nato sem oblikoval novo različico z boljšim prileganjem, ki lahko podpira tudi pokrov. Prihranite lahko nekaj časa in nekaj denarja, samo da natisnete zahtevani del ohišja, da preizkusite skladnost z vezjem.

Zdaj imate dve napravi IoT, ki jih lahko nadzorujete z Blynkom. Nebo je meja. Projekt lahko v celoti razširite z detektorjem prisotnosti, ki nadzoruje luči, s časovnikom, ki po določenem času ugasne luči, ali celo z uporabo nizov LED za obveščanje; lahko na primer utripajo, ko prejmete e -poštno sporočilo.

Veselo hekiranje!

9. korak: Viri

Te knjige ne morem dovolj priporočiti: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Izvedete lahko o tranzistorjih, kondenzatorjih in še veliko drugih zanimivih stvari o elektroniki. Ima potrebno znanje, da se začne ukvarjati z elektronskimi komponentami. Skupaj s pravkar pridobljenim znanjem o ESP8266, Blynku in Tinkerpadu boste lahko ustvarili zelo zanimive stvari.

Ob gledanju videoposnetkov na Youtube se lahko veliko naučite. Priporočam naslednje kanale:

- EEVblog

- SuperScott!

- Akademija Khan

Če ste dovolj pogumni, lahko pridobite več znanja po tečajih edx ali coursera o IoT ali elektroniki.