DIY IoT -enheter med LED -strängar: 9 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

(Friskrivningsklausul: Jag är inte engelsktalande.)

För ett tag sedan köpte min fru några LED -stränglampor för att lysa upp trädgården på natten. De skapade en mycket trevlig atmosfär. De sattes runt träden, men gissa vad som skulle hända, vi klippte strängarna medan vi klippte träden …

Vad jag vill visa dig idag är hur man bärgar trasiga saker som de här LED -strängarna och skapar intressanta anslutna enheter som du kan styra med din smartphone.

Du lär dig hur du använder en mikrokontroller och en transistor för att driva lysdioder, hur du ansluter din enhet till Internet och hur du styr enheten från din smartphone. Jag antar bara att du har grundläggande elektronikkunskaper som hur du tillämpar Ohms lag. Om du någonsin programmerat en Arduino innan det är ännu bättre.

Låt oss börja med de enheter jag vill bygga. Det som är bra med klippsträngar är att det finns minst två bitar. Således kan jag bygga minst två enheter. Jag börjar med en ansluten lampa som jag ska sätta på ett bord och sedan en ansluten LED -sträng som jag kommer att använda för att tända mitt nya sovrum. Allt jag vill är att sätta på och stänga av lamporna med min smartphone.

Men först måste vi se hur saker fungerade för att återanvända lamporna.

Steg 1: Omvänd teknik

Vi har två LED -strängar men vi vet inte spänningsfallet över strängpinnarna och den ström som de kräver. Tyvärr har jag inget datablad för att få dessa värden.

I dessa fall måste vi ta reda på allt själva. Låt oss ta isär höljet.

Efter att ha tagit bort några skruvar med en skruvmejsel kan vi se en mycket enkel krets. Den intressanta delen är runt LED -strängstiften, vi ser en spänningsregulator (3 -stifts komponent), ett motstånd (den svarta lådan med 100 på) och LED -strängstiften. När vi tittar lite närmare (kretsdesign) ser vi att regulatorutgången är ansluten till LED -strängen som i sin tur är ansluten till marken via ett 10 ohm motstånd (100 betyder 10x10e0). Låt oss sätta några batterier och mäta spänningsfallet över strängstiftet och mellan regulatorutgången och marken.

Med hjälp av en multimeter kan vi mäta ett spänningsfall på cirka 3V över strängstiftet (som visas på bilderna). Vi mäter också 4,5V mellan regulatorutgången och marken. Vi drar alltså slutsatsen att det finns ett spänningsfall på 1,5V över 10 ohm motståndet; vi kan faktiskt mäta det också. Med hjälp av Ohms lag (U = RI) vet vi att strömmen genom grenen är 1,5V / 10 ohm = 0,150A eller 150mA. Återigen kan vi mäta strömmen men vi skulle behöva sätta multimetern i serie med strängen vilket inte är lätt att göra.

Vi vet nu hur man driver LED -strängarna. Låt oss bygga vår enhet.

Steg 2: Material och verktyg

Här är vad du behöver för att bygga enheterna:

- några skruvmejslar för att riva saker, jag gillar den typen av kit

- några LED -stränglampor, om du vill reproducera enheterna

- en ESP8266, det kommer att vara hjärnan i vår enhet

- en brödbräda och några trådar, vi kommer att använda dem för att bygga prototypen

- ett motståndssortiment kit och ett transistors sortiment kit, du kan också köpa ett större kit som innehåller massor av användbara komponenter, att köpa bara de nödvändiga komponenterna är också ett alternativ

Om du vill skapa en permanent krets behöver du några verktyg och några protoboard:

- du kan köpa ett lödpaket ganska billigt för att komma igång, du hittar en multimätare som kan användas för att omvända dina egna saker, var bara försiktig så att du inte manipulerar enheter som är anslutna till huvudet eller till och med enheter som använder mer än 30V DC

- en skärare är mycket användbar för att klippa ledningar och komponentledningar

- några protoboard

- lite fast tråd

Det kan tyckas mycket att komma igång men du kommer att bygga lite lager för alla andra projekt du kan ha. Om du inte har något emot att vänta kan du beställa allt på Aliexpress till en mycket lägre kostnad. Som ett alternativ, om du inte vill köpa dessa verktyg kan du också gå till närmaste hackerspace.

Slutligen behöver du några timmar för att bygga allt (mindre om du bara följer den här självstudien).

Steg 3: Hur man använder en transistor

Vi vet att LED -strängen kräver 150mA men det är mycket mer än vad ESP8266 säkert kan leverera på sina utgångsstiften. Du vill inte driva mer än 12mA per GPIO -stift på mikrokontrollen. För att gå runt denna begränsning behöver du någon slags switch som kan styras av mikrokontrollern. De vanligaste omkopplarna är reläet och transistorn. Ett relä kommer säkert att fungera, men det kommer att vara större, dyrare och oftast vill du använda en transistor för att driva ett relä.

Vi kommer att använda transistorer för båda enheterna. För att använda en transistor som en switch måste vi driva ström genom dess bas. Strömmen som strömmar genom LED -strängen kommer att vara proportionell mot strömmen som flyter genom basen.

Du kan spela med en Arduino och en transistor på Tinkercad för att få en känsla av hur saker fungerar. Jag skapade en grundläggande simulering som du kan justera. Om du vill lära dig mer om Tinkercad kan du följa denna fantastiska handledning: Så här använder du Tinkercad för att testa och implementera din maskinvara.

Du kan se att transistorn fungerar som en stängd switch när GPIO -utgången är hög och som en öppen switch när GPIO -utgången är låg. Du kan också spela med motståndsvärdena. Motståndet i serie med lysdioden begränsar strömflödet genom lysdioden och motståndet som är anslutet till transistorns bas kommer att styra den maximala strömmen som strömmar genom lysdioden. Om du ökar basmotståndet kör du inte tillräckligt med ström för lysdioden och ljuset blir svagare.

Du kan titta på mina anteckningar för att se vilka motståndsvärden jag väljer för enheterna. Jag kunde ha använt 3.3V -utgången istället för 5V -utgången men då skulle jag inte ha motsvarande motstånd för att bygga kretsen. Tveka inte att läsa transistorbladet för att leta efter transistorförstärkningen.

Låt oss nu bygga en prototyp.

Steg 4: Bygg en prototyp av kretsen

Vi måste förbereda LED -strängtråden. Låt oss först klippa den första halvan för att separera batterihållaren. Dra sedan av tråden, jag använde en plint för att ansluta LED -strängen till brödbrädan. Vi kommer också att behöva ESP8266, jag använde en D1 -miniklon, två motstånd och en transistor.

Jag väljer en p2222a för transistorn men du kan välja vilken NPN -transistor som helst. Du behöver bara granska motståndsvärdena enligt transistorförstärkningen som du kan hitta på transistorbladet. Jag väljer ett basmotstånd på 1k ohm och ett LED -motstånd på 15 ohm. Basen drivs av GPIO5 eller D1.

Behåll batterihållaren eftersom det kan vara användbart för ett annat projekt eller till och med för att driva dina nyskapade enheter.

Följ en handledning om hur du laddar upp ett program på ESP8266 med Arduino IDE, ladda upp blinkprogrammet som ersätter LED_BUILTIN med D1, och du kan nu njuta av en blinkande LED -sträng.

Om kretsen inte fungerar för dig, försök att byta LED -ledningar eftersom du behöver ansluta anoden till LED -motståndet. Jag vänder alltid om trådarna …

Använd din multimeter för att kontrollera anslutning och spänningsfall. Du bör se 3,3V mellan D1 och marken när utgången är hög. Du bör också se en spänning på 3V mellan LED -strängtrådarna.

Att ha en blinkande LED -sträng är bra, men hur kan vi styra LED -strängen med vår smartphone?

Steg 5: Använd din smartphone för att driva LED -strålkastarna - del I

Du måste installera Blynk -appen på din smartphone.

När appen är installerad skapar du ett nytt projekt. Blynk skickar dig ett e -postmeddelande med en token (serie hex -tecken) som du behöver för ditt ESP8266 -program. Skapa en knapp som fungerar som en omkopplare. Knappen ska driva GPIO5- eller D1 -stiftet på ESP8266. Du kan nu spela ditt projekt. Observera att appen berättar att enheten är offline.

Du kan redigera projektet senare för att lägga till timers som styr lamporna.

Steg 6: Använd din smartphone för att driva LED -strålkastarna - Del II

Öppna din Arduino IDE. Du måste installera Blynk -biblioteket; för det, följ bara skärmdumparna jag gjorde. Gå till "Verktyg" -menyn, klicka på "Hantera bibliotek", sök efter "Blynk" och installera den senaste versionen.

Du kan nu öppna ett exempel som installerar Blynk på ESP8266 åt dig. Exemplet visas på skärmdumparna.

Se till att du har valt rätt kort, "D1 mini" i mitt fall och rätt port.

Uppdatera koden med ditt wifi -SSID och lösenord (vanligtvis WPA- eller WEP -nyckeln på Internet -rutan), du måste också fylla i den token du fick via e -post.

Du kan nu ladda upp koden till ESP8266. När koden har laddats upp, vänta några sekunder för att säkerställa att din enhet är ansluten i WiFi till din internetrouter och du kommer att kunna styra lamporna med Blynk -knappen som du skapade.

Du har nu en IoT -enhet! Du kan stanna där om du vill, men glöm inte att läsa avsnittet "Resurser". Om du vill ha mer kul och bygga en permanent krets och ett hölje, fortsätt läsa.

Steg 7: Skapa en permanent krets (bonus)

Det är dags att skapa en permanent krets. Du kan titta på denna och den här videon för att lära dig mer om lödning. Jag använde ett standardprotokort med lite rubrik för ESP8266. På det sättet, om jag vill återanvända mikrokontrollern för ett annat projekt, kan jag. Du kan välja att löda mikrokontrollern direkt på ditt proto -kort. Om du inte är säker väljer du en proto -bräda som ser ut som en brödbräda; du kommer att kunna återanvända dina breadboard -anslutningar.

Jag gjorde två misstag med min första enhet. Jag använde inte kopplingsblocket för LED -strängen … och jag vände om ledningarna. Du kan markera den negativa eller positiva tråden men att använda ett plint rekommenderas. Det andra misstaget är att jag använde 3,3V för att driva LED -strängen vilket resulterade i ett svagare ljus. Om du, precis som jag, gör misstag, oroa dig inte, det är lätt att ta bort lod och ändra motståndsvärden eller uppdatera anslutningarna. Du kan till och med lägga till fler komponenter senare!

Nu när du har din permanenta krets är det dags att bygga sitt hölje.

Steg 8: Skapa ett hölje (bonus)

Jag följde en sparkfun -handledning på Tinkercad för att bygga ett hölje för mina enheter. Jag skrev ut höljet med min nyförvärvade Prusa i3 MK3 med lite PLA -filament (20% fyllning och 0,2 mm). Det är faktiskt det första för mig och jag har redan gjort två misstag som du kan se på bilderna. Mitt första hölje hade inte tillräckligt med utrymme för USB -kontakten och hålen var inte inriktade. Jag designade sedan en ny version med en bättre passform som också kan stödja ett lock. Du kan spara lite tid och lite pengar genom att bara skriva ut den nödvändiga delen av höljet för att testa passformen med kretsen.

Du har nu två IoT -enheter som du kan styra med Blynk. Bara fantasin sätter gränser. Du kan helt utöka projektet med en närvarodetektor som styr lamporna, med en timer som släcker lamporna efter en viss tid, eller till och med använder LED -stränglamporna som ett aviseringssystem; de kan blinka när du får ett mejl till exempel.

Glad hackning!

Steg 9: Resurser

Jag kan inte rekommendera denna bok nog: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Du kan lära dig om transistorer, kondensatorer och många andra intressanta saker om elektronik. Den har den kunskap som krävs för att börja pyssla med elektronikkomponenter. Tillsammans med din just förvärvade kunskap om ESP8266, Blynk och Tinkerpad kommer du att kunna bygga mycket intressanta saker.

Du kan lära dig mycket när du tittar på Youtube -videor. Jag rekommenderar följande kanaler:

- EEVblogg

- GreatScott!

- Khan akademin

Jag du är modig nog, du kan skaffa dig mer kunskap efter edx- eller coursera -kurser om IoT eller elektronik.