DIY IoT -laitteet LED -merkkijonoilla: 9 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

(Vastuuvapauslauseke: En ole englantia äidinkielenään puhuva.)

Vaimoni osti jokin aika sitten LED -merkkivaloja valaisemaan puutarhan yöllä. He loivat erittäin mukavan ilmapiirin. Ne asetettiin puiden ympärille, mutta arvaa mitä tapahtui, me katkaisimme narut puita leikatessamme …

Haluan näyttää teille tänään, kuinka pelastaa rikkoutuneet tavarat, kuten LED -merkkijonot, ja luoda mielenkiintoisia yhdistettyjä laitteita, joita voit ohjata älypuhelimellasi.

Opit käyttämään mikro -ohjainta ja transistoria LEDien ohjaamiseen, laitteen yhdistämiseen Internetiin ja laitteen ohjaamiseen älypuhelimesta. Oletan vain, että sinulla on elektroniikan perustiedot, kuten Ohmin lain soveltaminen. Jos olet koskaan ohjelmoinut Arduinon ennen kuin se on vielä parempi.

Aloitetaan laitteista, jotka haluan rakentaa. Leikattujen merkkijonojen hyvä puoli on, että niitä on vähintään kaksi kappaletta. Näin voin rakentaa vähintään kaksi laitetta. Aloitan kytketyllä lampulla, jonka laitan pöydälle, ja sitten yhdistetyllä LED -merkkijonolla, jota käytän uuden makuuhuoneeni valaisemiseen. Haluan vain tavan kytkeä valot päälle ja pois älypuhelimella.

Mutta ensin meidän on nähtävä, miten asiat toimivat valojen uudelleenkäyttöä varten.

Vaihe 1: Käänteinen suunnittelu

Meillä on kaksi LED -merkkijonoa, mutta emme tiedä jännitehäviötä merkkijonojen tapissa ja tarvittavaa virtaa. Valitettavasti minulla ei ole tietolomaketta näiden arvojen saamiseksi.

Näissä tapauksissa meidän on selvitettävä kaikki itse. Otetaan kotelo erilleen.

Kun olemme poistaneet joitakin ruuveja ruuvimeisselillä, voimme nähdä hyvin yksinkertaisen piirin. Mielenkiintoinen osa on LED -merkkijonojen ympärillä, näemme jännitesäätimen (3 -nastainen komponentti), vastuksen (musta laatikko, jossa on 100) ja LED -merkkijonotapit. Hieman lähemmäksi katsottuna (piirisuunnittelu) näemme, että säätimen lähtö on kytketty LED -merkkijonoon, joka puolestaan on kytketty maahan 10 ohmin vastuksen kautta (100 tarkoittaa 10x10e0). Laitetaan paristot ja mitataan jännitehäviö merkkijonon nastat ja säätimen ulostulon ja maan välillä.

Yleismittarilla voimme mitata noin 3 V: n jännitehäviön merkkijonoista (kuvissa esitetyllä tavalla). Mittaamme myös 4,5 V säätimen ulostulon ja maan välillä. Näin päättelemme, että jännitehäviö on 1,5 V 10 ohmin vastuksen poikki; voimme myös todella mitata sen. Ohmin lakia (U = RI) käyttämällä tiedämme, että haaran läpi kulkeva virta on 1,5 V / 10 ohmia = 0,150A tai 150 mA. Voimme jälleen mitata virtaa, mutta meidän on asetettava yleismittari sarjaan merkkijonolla, mikä ei ole helppoa.

Tiedämme nyt, miten LED -merkkijonoja ohjataan. Rakennetaan laitteemme.

Vaihe 2: Materiaalit ja työkalut

Tässä on mitä tarvitset laitteiden rakentamiseen:

- Jotkut ruuvimeisselit repimistä varten, pidän tällaisesta sarjasta

- joitakin LED -merkkivaloja, jos haluat toistaa laitteet

- ESP8266, se on laitteemme aivot

- leipälauta ja johdot, käytämme niitä prototyypin rakentamiseen

- vastusvalikoimasarja ja transistorivalikoimasarja, voit myös ostaa suuremman sarjan, joka sisältää paljon hyödyllisiä komponentteja, myös vain tarvittavien osien ostaminen on vaihtoehto

Jos haluat luoda pysyvän piirin, tarvitset joitain työkaluja ja joitain protoboardeja:

- voit ostaa juotosarjan melko halvalla aloittaaksesi, löydät monimetrin, jota voidaan käyttää omien tavaroidesi kääntämiseen, varo vain, ettet käsittele päälaitteeseen liitettyjä laitteita tai jopa laitteita, jotka käyttävät yli 30 V DC: tä

- leikkuri on erittäin hyödyllinen johtojen ja komponenttijohtojen leikkaamiseen

- joitakin protoboardeja

- kiinteä lanka

Alkuun pääseminen voi tuntua paljon, mutta keräät jonkin verran varastoa muihin mahdollisiin hankkeisiisi. Jos et halua odottaa, voit tilata kaiken Aliexpressistä paljon halvemmalla. Vaihtoehtoisesti, jos et halua ostaa näitä työkaluja, voit myös mennä lähimpään hakkeritilaan.

Lopuksi tarvitset muutaman tunnin kaiken rakentamiseen (vähemmän, jos noudatat vain tätä opetusohjelmaa).

Vaihe 3: Transistorin käyttäminen

Tiedämme, että LED -merkkijono vaatii 150 mA, mutta se on paljon enemmän kuin mitä ESP8266 pystyy toimittamaan turvallisesti ulostulotappeilleen. Et halua ajaa enemmän kuin 12 mA per GPIO -nasta mikrokontrollerissa. Tämän rajoituksen kiertämiseksi tarvitaan jonkinlainen kytkin, jota mikro -ohjain voi ohjata. Yleisimmät kytkimet ovat rele ja transistori. Rele toimii varmasti, mutta on isompi, kalliimpi ja useimmiten haluat käyttää transistoria releen ajamiseen.

Käytämme transistoreita molemmille laitteille. Jotta voisimme käyttää transistoria, kuten kytkintä, meidän on ajettava virta sen kannan läpi. LED -merkkijonon läpi virtaava virta on verrannollinen kannan läpi virtaavaan virtaan.

Voit pelata Arduinolla ja transistorilla Tinkercadissa saadaksesi käsityksen siitä, miten asiat toimivat. Tein perussimulaation, jota voit muokata. Jos haluat oppia lisää Tinkercadista, voit seurata tätä hämmästyttävää opetusohjelmaa: Tinkercadin käyttäminen laitteiston testaamiseen ja käyttöönottoon.

Näet, että transistori toimii kuin suljettu kytkin, kun GPIO -lähtö on korkea, ja kuin avoin kytkin, kun GPIO -lähtö on alhainen. Voit myös pelata vastuksen arvoilla. LED -sarjaan sijoitettu vastus rajoittaa LED -valon läpi kulkevaa virtaa ja transistorin kantaan kytketty vastus ohjaa LEDin läpi kulkevaa maksimivirtaa. Jos lisäät perusvastusta, et käytä tarpeeksi virtaa LEDille ja valo himmenee.

Voit katsoa muistiinpanojani nähdäkseni, mitä vastusarvoja valitsen laitteille. Olisin voinut käyttää 3,3 V: n lähtöä 5 V: n lähdön sijaan, mutta silloin minulla ei olisi vastaavia vastuksia piirin rakentamiseen. Älä epäröi lukea transistorin tietolomaketta etsiäksesi transistorin vahvistusta.

Rakennetaan nyt prototyyppi.

Vaihe 4: Rakenna piirin prototyyppi

Meidän on valmisteltava LED -merkkijonolanka. Leikataan ensin ensimmäinen puolisko paristojen pidikkeen erottamiseksi. Kuori sitten johto, liitin LED -merkkijonon leipälevyyn riviliittimellä. Tarvitsemme myös ESP8266: n, käytin D1 -minikloonia, kaksi vastusta ja transistorin.

Valitsen p2222a transistoriksi, mutta voit valita minkä tahansa NPN -transistorin. Sinun tarvitsee vain tarkistaa vastuksen arvot transistorin vahvistuksen mukaan, joka löytyy transistorin tietolomakkeesta. Valitsen 1k ohmin perusvastuksen ja 15 ohmin LED -vastuksen. Tukiasemaa ohjaa GPIO5 tai D1.

Säilytä paristopidike, koska siitä voi olla hyötyä toisessa projektissa tai jopa uusien laitteidesi virtalähteenä.

Seuraa opetusohjelmaa, kuinka ladata ohjelma ESP8266 -laitteeseen Arduino IDE -laitteella, lataa vilkkuva ohjelma, joka korvaa LED_BUILTIN -numeron D1: llä, ja voit nyt nauttia vilkkuvasta LED -merkkijonosta.

Jos piiri ei toimi sinulle, yritä vaihtaa LED -johdot, kun anodi on kytkettävä LED -vastukseen. Käännän johdot aina toisinpäin …

Tarkista yleismittarilla liitäntä ja jännitehäviö. Sinun pitäisi nähdä 3,3 V D1: n ja maan välillä, kun lähtö on korkea. Sinun pitäisi myös nähdä 3 V: n jännite LED -merkkijonojohtojen välillä.

Vilkkuva LED -merkkijono on hyvä, mutta miten voimme ohjata LED -merkkijonoa älypuhelimellamme?

Vaihe 5: LED -merkkivalojen käyttö älypuhelimella - Osa I

Sinun on asennettava Blynk -sovellus älypuhelimeesi.

Kun sovellus on asennettu, luo uusi projekti. Blynk lähettää sinulle sähköpostiviestin, jossa on merkki (heksamerkkisarja), jota tarvitset ESP8266 -ohjelmaan. Luo painike, joka toimii kytkimenä. Painikkeen pitäisi ajaa ESP8266: n GPIO5- tai D1 -nastaista. Voit nyt pelata projektiasi. Huomaa, että sovellus ilmoittaa, että laite on offline -tilassa.

Voit muokata projektia myöhemmin lisätäksesi ajastimia, jotka ohjaavat valoja.

Vaihe 6: Älypuhelimen käyttäminen LED -merkkivalojen käyttämiseen - Osa II

Avaa Arduino IDE. Sinun on asennettava Blynk -kirjasto; tätä varten seuraa vain tekemiäni kuvakaappauksia. Siirry "Työkalut" -valikkoon, napsauta "Hallitse kirjastoja", etsi "Blynk" ja asenna uusin versio.

Voit nyt avata esimerkin, joka määrittää Blynkin ESP8266: lle puolestasi. Esimerkki näkyy kuvakaappauksissa.

Varmista, että valitsit oikean kortin, tapauksessani "D1 mini" ja oikean portin.

Päivitä koodi wifi -SSID -tunnuksellasi ja salasanallasi (yleensä WPA- tai WEP -avain Internet -ruudulla), sinun on myös täytettävä sähköpostitse saamasi tunnus.

Voit nyt ladata koodin ESP8266 -laitteeseen. Kun koodi on ladattu, odota muutama sekunti varmistaaksesi, että laitteesi on yhdistetty WiFi -yhteydellä Internet -reitittimeesi, ja voit hallita valoja luomallasi Blynk -painikkeella.

Sinulla on nyt IoT -laite! Voit pysähtyä tähän, jos haluat, mutta älä unohda lukea "Resurssit" -osaa. Jos haluat pitää enemmän hauskaa ja rakentaa pysyvän piirin ja kotelon, jatka lukemista.

Vaihe 7: Luo pysyvä piiri (bonus)

On aika luoda pysyvä piiri. Voit katsoa tämän ja tämän videon oppiaksesi juottamisesta. Käytin tavallista proto -korttia, jossa oli joitakin otsikoita ESP8266: lle. Jos haluan käyttää mikro -ohjainta uudelleen toiseen projektiin, voin. Voit juottaa mikro -ohjaimen suoraan proto -kortillesi. Jos et ole varma, valitse pöytälevy, joka näyttää leipälaudalta; voit käyttää leipälautaliitäntöjäsi uudelleen.

Tein kaksi virhettä ensimmäisellä laitteellani. En käyttänyt riviliitintä LED -merkkijonolle … ja käänsin johdot. Voit merkitä negatiivisen tai positiivisen johtimen, mutta on suositeltavaa käyttää riviliitintä. Toinen virhe on se, että käytin 3.3V: ta LED -merkkijonon ajamiseen, mikä johti himmentämään valoa. Jos, kuten minä, teet virheitä, älä huoli, juotos on helppo poistaa ja vastuksen arvoja muuttaa tai päivittää liitännät. Voit jopa lisätä muita komponentteja myöhemmin!

Nyt kun sinulla on pysyvä piiri, on aika rakentaa sen kotelo.

Vaihe 8: Rakenna kotelo (bonus)

Noudattelin kipinä -opetusohjelmaa Tinkercadissa rakentaakseni kotelon laitteilleni. Tulostin kotelon käyttämällä äskettäin hankittuani Prusa i3 MK3: ta, jossa oli joitakin PLA -filamentteja (20% täyte ja 0,2 mm). Se on oikeastaan ensimmäinen minulle ja tein jo kaksi virhettä, jotka näet kuvissa. Ensimmäisessä kotelossani ei ollut tarvittavaa tilaa USB -liittimelle, eikä reikiä kohdistu. Suunnittelin sitten uuden version, jossa oli parempi istuvuus ja joka tukee myös kantta. Voit säästää aikaa ja rahaa vain tulostamalla tarvittavan kotelon osan testataksesi sopivuuden piiriin.

Sinulla on nyt kaksi IoT -laitetta, joita voit hallita Blynkin avulla. Taivas on rajana. Voit laajentaa projektia kokonaan läsnäolotunnistimella, joka ohjaa valoja, ajastimella, joka sammuttaa valot tietyn ajan kuluttua tai jopa käyttämällä LED -merkkivaloja ilmoitusjärjestelmänä; ne voivat vilkkua, kun saat esimerkiksi sähköpostiviestin.

Hyvää hakkerointia!

Vaihe 9: Resurssit

En voi suositella tarpeeksi tätä kirjaa: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Voit oppia transistoreista, kondensaattoreista ja paljon muuta mielenkiintoista elektroniikasta. Sillä on tarvittavat tiedot aloittaakseen elektroniikkakomponenttien parittelun. Yhdessä juuri hankkimasi tiedon kanssa ESP8266: sta, Blynkistä ja Tinkerpadista voit rakentaa erittäin mielenkiintoisia juttuja.

Voit oppia paljon katsomalla Youtube -videoita. Suosittelen seuraavia kanavia:

- EEVblog

- Hienoa Scott!

- Khan Academy

Jos olet tarpeeksi rohkea, voit hankkia lisää tietoa edot- tai kurssikursseilla IoT: sta tai elektroniikasta.