DIY IoT -enheter som bruker LED -strenger: 9 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

(Ansvarsfraskrivelse: Jeg er ikke engelsktalende.)

For en stund siden kjøpte kona min noen LED -strengelys for å lyse opp hagen om natten. De skapte en veldig hyggelig atmosfære. De ble satt rundt trærne, men gjett hva, det som skulle skje skjedde, vi klippet strengene mens vi klippet trærne …

Det jeg vil vise deg i dag er hvordan du kan redde ødelagte ting som disse LED -strengene og lage interessante tilkoblede enheter som du kan kontrollere med smarttelefonen din.

Du lærer hvordan du bruker en mikrokontroller og en transistor til å drive lysdioder, hvordan du kobler enheten til Internett og hvordan du styrer enheten fra smarttelefonen din. Jeg antar bare at du har noen grunnleggende elektronikk kunnskaper som hvordan du bruker Ohms lov. Hvis du noen gang har programmert en Arduino før, er det enda bedre.

La oss starte med enhetene jeg vil bygge. Det som er bra med kuttstrenger er at det er minst to stykker. Dermed kan jeg bygge minst to enheter. Jeg starter med en tilkoblet lampe som jeg skal sette på et bord og deretter en tilkoblet LED -streng som jeg vil bruke til å tenne det nye soverommet mitt. Alt jeg vil ha er en måte å slå lysene PÅ og AV med smarttelefonen min.

Men først må vi se hvordan ting fungerte for å gjenbruke lysene.

Trinn 1: Reverse Engineering

Vi har to LED -strenger, men vi vet ikke spenningsfallet over strengpinnene og strømmen de trenger. Dessverre har jeg ikke et datablad for å få disse verdiene.

I slike tilfeller må vi finne ut alt selv. La oss skille kabinettet fra hverandre.

Etter å ha fjernet noen skruer med en skrutrekker, kan vi se en veldig enkel krets. Den interessante delen er rundt LED -strengpinnene, vi ser en spenningsregulator (3 -pinners komponent), en motstand (den svarte boksen med 100 på) og LED -strengpinnene. Ser vi litt nærmere (kretsdesign), ser vi at regulatorutgangen er koblet til LED -strengen som igjen er koblet til bakken gjennom en 10 ohm motstand (100 betyr 10x10e0). La oss sette inn noen batterier og måle spenningsfallet over strengpinnene og mellom regulatorutgangen og bakken.

Ved å bruke et multimeter kan vi måle et spenningsfall på rundt 3V over strengpinnene (som vist på bildene). Vi måler også 4,5V mellom regulatorens utgang og bakken. Vi utleder dermed at det er et spenningsfall på 1,5V over 10 ohm motstanden; vi kan faktisk måle det også. Ved å bruke Ohms lov (U = RI) vet vi at strømmen gjennom grenen er 1,5V / 10 ohm = 0,150A eller 150mA. Igjen kan vi måle strømmen, men vi må sette multimeteret i serie med strengen som ikke er lett å gjøre.

Vi vet nå hvordan vi skal drive LED -strengene. La oss bygge enheten vår.

Trinn 2: Materialer og verktøy

Her er hva du trenger for å bygge enhetene:

- noen skrutrekkere for å rive ned ting, jeg liker den typen sett

- noen LED -strengelys, hvis du vil gjengi enhetene

- en ESP8266, vil det være hjernen til enheten vår

- et brødbrett og noen ledninger, vi bruker dem til å bygge prototypen

- et motstandssortiment -kit og et transistorsortiment -kit, du kan også kjøpe et større sett som inneholder mange nyttige komponenter. Å kjøpe bare de nødvendige komponentene er også et alternativ

Hvis du vil lage en permanent krets, trenger du noen verktøy og noen protobord:

- du kan kjøpe et loddesett ganske billig for å komme i gang, du vil finne en multimeter som kan brukes til å ombygge dine egne ting, bare vær forsiktig så du ikke manipulerer enheter som er koblet til hovednettet eller til og med enheter som bruker mer enn 30V DC

- en kutter er veldig nyttig for å kutte ledninger og komponentledninger

- noen protoboard

- litt solid tråd

Det kan virke mye å komme i gang, men du vil bygge litt lager for ethvert annet prosjekt du måtte ha. Hvis du ikke har noe imot å vente, kan du bestille alt på Aliexpress til en mye lavere pris. Som et alternativ, hvis du ikke vil kjøpe disse verktøyene, kan du også gå til nærmeste hackerspace.

Til slutt trenger du noen timer for å bygge alt (mindre hvis du bare følger denne opplæringen).

Trinn 3: Hvordan bruke en transistor

Vi vet at LED -strengen krever 150mA, men det er mye mer enn det ESP8266 trygt kan levere på sine utgangspinner. Du vil ikke drive mer enn 12mA per GPIO -pinner på mikrokontrolleren. For å gå rundt denne begrensningen, trenger du en slags bryter som kan styres av mikrokontrolleren. De vanligste bryterne er reléet og transistoren. Et relé vil sikkert fungere, men det vil være større, dyrere, og mesteparten av tiden vil du bruke en transistor til å drive et relé.

Vi vil bruke transistorer for begge enhetene. For å bruke en transistor som en bryter, må vi drive strøm gjennom basen. Strømmen som strømmer gjennom LED -strengen vil være proporsjonal med strømmen som strømmer gjennom basen.

Du kan leke med en Arduino og en transistor på Tinkercad for å få en følelse av hvordan ting fungerer. Jeg laget en grunnleggende simulering som du kan justere. Hvis du vil lære mer om Tinkercad, kan du følge denne fantastiske opplæringen: Slik bruker du Tinkercad til å teste og implementere maskinvaren din.

Du kan se at transistoren fungerer som en lukket bryter når GPIO -utgangen er høy og som en åpen bryter når GPIO -utgangen er lav. Du kan også leke med motstandsverdiene. Motstanden i serie med LED -en vil begrense strømmen gjennom LED -en, og motstanden som er koblet til transistorens base, vil kontrollere maksimal strøm som strømmer gjennom LED -en. Hvis du øker basismotstanden, driver du ikke nok strøm til LED -en, og lyset blir svakere.

Du kan ta en titt på notatene mine for å se hvilke motstandsverdier jeg velger for enhetene. Jeg kunne ha brukt 3.3V -utgangen i stedet for 5V -utgangen, men da ville jeg ikke ha de tilsvarende motstandene for å bygge kretsen. Ikke nøl med å lese transistordatabladet for å se etter transistorforsterkningen.

La oss nå bygge en prototype.

Trinn 4: Bygg en prototype av kretsen

Vi må forberede LED -strengstråden. La oss først kutte den første halvdelen for å skille batteriholderen. Fjern deretter ledningen, jeg brukte en rekkeklemme for å koble LED -strengen til brødbrettet. Vi trenger også ESP8266, jeg brukte en D1 mini -klon, to motstander og en transistor.

Jeg velger en p2222a for transistoren, men du kan velge hvilken som helst NPN -transistor. Du trenger bare å gå gjennom motstandsverdiene i henhold til transistorforsterkningen som du finner på transistordatabladet. Jeg velger en basismotstand på 1k ohm og en LED -motstand på 15 ohm. Basen drives av GPIO5 eller D1.

Behold batteriholderen, ettersom det kan være nyttig for et annet prosjekt eller til og med for å drive de nyopprettede enhetene dine.

Følg en veiledning om hvordan du laster opp et program på ESP8266 med Arduino IDE, last opp blinkprogrammet som erstatter LED_BUILTIN med D1, og du kan nå nyte en blinkende LED -streng.

Hvis kretsen ikke fungerer for deg, kan du prøve å bytte LED -ledninger da du trenger å koble anoden til LED -motstanden. Jeg snur alltid ledningene …

Bruk multimeteret ditt til å kontrollere tilkoblingen og spenningsfallet. Du bør se 3,3V mellom D1 og bakken når utgangen er høy. Du bør også se en spenning på 3V mellom LED -strengtrådene.

Å ha en blinkende LED -streng er bra, men hvordan kan vi kontrollere LED -strengen med smarttelefonen vår?

Trinn 5: Bruk smarttelefonen til å drive LED -strengelysene - del I

Du må installere Blynk -appen på smarttelefonen din.

Når appen er installert, oppretter du et nytt prosjekt. Blynk sender deg en e -post med et token (serie med hex -tegn) som du trenger for ditt ESP8266 -program. Lag en knapp som vil fungere som en bryter. Knappen skal drive GPIO5- eller D1 -pinnen på ESP8266. Du kan nå spille prosjektet ditt. Vær oppmerksom på at appen vil fortelle deg at enheten er frakoblet.

Du kan redigere prosjektet senere for å legge til tidtakere som skal kontrollere lysene.

Trinn 6: Bruk smarttelefonen til å kjøre LED -strengelysene - Del II

Åpne din Arduino IDE. Du må installere Blynk -biblioteket; for det, bare følg skjermbildene jeg laget. Gå til "Verktøy" -menyen, klikk på "Administrer biblioteker", søk etter "Blynk", og installer den nyeste versjonen.

Du kan nå åpne et eksempel som vil konfigurere Blynk på ESP8266 for deg. Eksemplet vises på skjermbildene.

Sørg for at du har valgt riktig brett, "D1 mini" i mitt tilfelle og riktig port.

Oppdater koden med wifi -SSID og passord (vanligvis WPA- eller WEP -nøkkelen på Internett -boksen). Du må også fylle ut tokenet du mottok via e -post.

Du kan nå laste opp koden til ESP8266. Når koden er lastet opp, vent noen sekunder for å sikre at enheten er koblet til WiFi til Internett -ruteren din i Wi -Fi, og du vil kunne kontrollere lysene ved å bruke Blynk -knappen du opprettet.

Du har nå en IoT -enhet! Du kan stoppe der hvis du vil, men ikke glem å lese "Ressurser" -delen. Hvis du vil ha mer moro og bygge en permanent krets og et kabinett, fortsett å lese.

Trinn 7: Lag en permanent krets (bonus)

Det er på tide å lage en permanent krets. Du kan se denne og denne videoen for å lære om lodding. Jeg brukte et standard prototavle med en overskrift for ESP8266. På den måten kan jeg gjøre det hvis jeg vil bruke mikrokontrolleren til et annet prosjekt. Du kan velge å lodde mikrokontrolleren direkte til prototavlen. Hvis du ikke er trygg, velg et proto -brett som ser ut som et brødbrett; du vil kunne gjenbruke dine brødbrettforbindelser.

Jeg gjorde to feil med min første enhet. Jeg brukte ikke rekkeklemmen for LED -strengen … og jeg snudde ledningene. Du kan merke den negative eller positive ledningen, men det anbefales å bruke en rekkeklemme. Den andre feilen er at jeg brukte 3.3V til å drive LED -strengen, noe som resulterte i et svakere lys. Hvis du, som meg, gjør feil, ikke bekymre deg, det er enkelt å fjerne loddetinn og endre motstandsverdier eller oppdatere tilkoblingene. Du kan til og med legge til flere komponenter senere!

Nå som du har en permanent krets, er det på tide å bygge kabinettet.

Trinn 8: Bygg en vedlegg (bonus)

Jeg fulgte en sparkfun -opplæring på Tinkercad for å bygge et kabinett for enhetene mine. Jeg skrev ut kabinettet ved å bruke min nylig anskaffede Prusa i3 MK3 med noe PLA -filament (20% utfylling og 0,2 mm). Det er faktisk det første for meg, og jeg har allerede gjort to feil som du kan se på bildene. Min første kabinett hadde ikke nødvendig plass til USB -kontakten, og hullene var ikke justert. Jeg designet deretter en ny versjon med en bedre passform som også kan støtte et lokk. Du kan spare litt tid og penger bare ved å skrive ut den nødvendige delen av kabinettet for å teste passformen med kretsen.

Du har nå to IoT -enheter som du kan kontrollere ved hjelp av Blynk. Himmelen er grensen. Du kan totalt forlenge prosjektet med en tilstedeværelsesdetektor som styrer lysene, med en timer som slår av lysene etter en viss tid, eller til og med å bruke LED -strenglysene som et varslingssystem; de kan blinke når du mottar en e -post for eksempel.

God hacking!

Trinn 9: Ressurser

Jeg kan ikke anbefale denne boken nok: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Du kan lære om transistorer, kondensatorer og mange andre interessante ting om elektronikk. Den har den nødvendige kunnskapen for å begynne å tukle med elektronikkomponenter. Sammen med din nettopp oppnådde kunnskap om ESP8266, Blynk og Tinkerpad, vil du kunne bygge veldig interessante ting.

Du kan lære mye å se på Youtube -videoer. Jeg anbefaler følgende kanaler:

- EEVblog

- GreatScott!

- Khan Academy

Jeg du er modig nok, du kan tilegne deg mer kunnskap etter edx- eller coursera -kurs om IoT eller elektronikk.