Peranti IoT DIY Menggunakan Rentetan LED: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

(Penafian: Saya bukan penutur bahasa Inggeris asli.)

Beberapa ketika yang lalu, isteri saya membeli beberapa lampu tali LED untuk menerangi taman pada waktu malam. Mereka mencipta suasana yang sangat bagus. Mereka diletakkan di sekitar pokok, tetapi tebak, apa yang seharusnya berlaku, kita memotong tali sambil memotong pokok …

Apa yang ingin saya tunjukkan kepada anda hari ini adalah bagaimana menyelamatkan barang-barang yang rosak seperti tali LED dan membuat peranti bersambung yang menarik yang boleh anda kendalikan dengan telefon pintar anda.

Anda akan belajar bagaimana menggunakan mikrokontroler dan transistor untuk menggerakkan LED, cara menyambungkan peranti anda ke Internet, dan bagaimana mengawal peranti dari telefon pintar anda. Saya hanya mengandaikan bahawa anda mempunyai pengetahuan asas elektronik seperti cara menggunakan Undang-Undang Ohm. Sekiranya anda pernah memprogram Arduino sebelum ini lebih baik.

Mari mulakan dengan peranti yang ingin saya bina. Perkara yang baik mengenai tali pemotong adalah sekurang-kurangnya ada dua keping. Oleh itu saya dapat membina sekurang-kurangnya dua peranti. Saya akan mulakan dengan lampu bersambung yang akan saya letakkan di atas meja dan kemudian tali LED bersambung yang akan saya gunakan untuk menyalakan bilik tidur baru saya. Yang saya mahukan adalah cara untuk menghidupkan dan mematikan lampu menggunakan telefon pintar saya.

Tetapi perkara pertama yang pertama, kita perlu melihat bagaimana keadaan berfungsi untuk menggunakan semula lampu.

Langkah 1: Kejuruteraan Terbalik

Kami mempunyai dua tali LED tetapi kami tidak tahu penurunan voltan pada pin tali dan arus yang mereka perlukan. Malangnya, saya tidak mempunyai lembar data untuk mendapatkan nilai tersebut.

Dalam kes-kes tersebut, kita perlu memikirkan semuanya sendiri. Mari kita ketepikan kepungan.

Setelah melepaskan beberapa skru dengan pemutar skru, kita dapat melihat litar yang sangat sederhana. Bahagian yang menarik adalah sekitar pin tali LED, kita melihat pengatur voltan (komponen 3 pin), perintang (kotak hitam dengan 100 di atasnya), dan pin tali LED. Melihat sedikit lebih dekat (reka bentuk litar), kita melihat bahawa output pengatur disambungkan ke tali LED yang seterusnya disambungkan ke tanah melalui perintang 10 ohm (100 bermaksud 10x10e0). Mari letakkan beberapa bateri dan ukur penurunan voltan pada pin tali dan antara output pengatur dan tanah.

Dengan menggunakan multimeter, kita dapat mengukur penurunan voltan sekitar 3V pada pin tali (seperti yang ditunjukkan dalam gambar). Kami juga mengukur 4.5V antara output pengatur dan tanah. Oleh itu, kami menyimpulkan bahawa terdapat penurunan voltan 1.5V pada perintang 10 ohm; kita sebenarnya boleh mengukurnya juga. Dengan menggunakan Hukum Ohm (U = RI), kita tahu bahawa arus melalui cawangan adalah 1.5V / 10 ohm = 0.150A atau 150mA. Sekali lagi kita dapat mengukur arus tetapi kita perlu meletakkan multimeter bersiri dengan rentetan yang tidak mudah dilakukan.

Kami sekarang tahu cara menggerakkan tali LED. Mari membina peranti kami.

Langkah 2: Bahan & Alat

Inilah yang anda perlukan untuk membina peranti:

- beberapa pemutar skru untuk barang-barang teardown, saya suka alat semacam itu

- beberapa lampu rentetan LED, jika anda mahu menghasilkan semula peranti

- ESP8266, ia akan menjadi otak peranti kita

- papan roti dan beberapa wayar, kami akan menggunakannya untuk membina prototaip

- kit assortment resistor dan kit assortment transistor, anda juga boleh membeli kit lebih besar yang mengandungi banyak komponen berguna, hanya membeli komponen yang diperlukan juga pilihan

Sekiranya anda ingin membuat litar kekal, anda memerlukan beberapa alat dan beberapa protoboard:

- anda boleh membeli soldering kit dengan harga yang murah untuk memulakan, anda akan menemui multi-meter yang boleh digunakan untuk membalikkan barang anda sendiri, berhati-hatilah untuk tidak memanipulasi peranti yang disambungkan ke peranti utama atau bahkan menggunakan lebih dari 30V DC

- pemotong sangat berguna untuk memotong wayar dan komponen

- beberapa protoboard

- beberapa wayar padat

Nampaknya banyak untuk memulakan tetapi anda akan membina stok untuk projek lain yang mungkin anda miliki. Sekiranya anda tidak keberatan menunggu, anda boleh memesan semuanya di Aliexpress dengan kos yang jauh lebih rendah. Sebagai alternatif, jika anda tidak mahu membeli alat tersebut, anda juga boleh pergi ke ruang penggodam terdekat.

Akhirnya, anda memerlukan beberapa jam untuk membina semuanya (kurang sekiranya anda mengikuti tutorial ini).

Langkah 3: Cara Menggunakan Transistor

Kami tahu bahawa tali LED memerlukan 150mA tetapi ia jauh lebih tinggi daripada yang dapat disampaikan oleh ESP8266 pada pin outputnya dengan selamat. Anda tidak mahu memandu lebih daripada 12mA setiap pin GPIO pada mikrokontroler. Untuk mengatasi batasan ini, memerlukan beberapa jenis suis yang dapat dikawal oleh mikrokontroler. Suis yang paling biasa adalah relay dan transistor. Relay pasti berfungsi tetapi lebih besar, lebih mahal, dan kebanyakan masa anda mahu menggunakan transistor untuk menggerakkan geganti.

Kami akan menggunakan transistor untuk kedua-dua peranti. Untuk menggunakan transistor seperti suis, kita mesti menggerakkan arus melalui dasarnya. Arus yang mengalir melalui tali LED akan sebanding dengan arus yang mengalir melalui dasar.

Anda boleh bermain dengan Arduino dan transistor di Tinkercad untuk mengetahui bagaimana sesuatu berfungsi. Saya membuat simulasi asas yang boleh anda atur. Sekiranya anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai Tinkercad, anda boleh mengikuti tutorial luar biasa ini: Cara Menggunakan Tinkercad Untuk Menguji & Melaksanakan Perkakasan Anda.

Anda dapat melihat bahawa transistor berfungsi seperti suis tertutup ketika output GPIO tinggi dan seperti suis terbuka apabila output GPIO rendah. Anda juga boleh bermain dengan nilai perintang. Perintang secara bersiri dengan LED akan menghadkan aliran arus melalui LED dan perintang yang disambungkan ke dasar transistor akan mengawal arus maksimum yang mengalir melalui LED. Sekiranya anda meningkatkan perintang asas, anda tidak akan menggerakkan arus yang cukup untuk LED dan cahaya akan lebih malap.

Anda boleh melihat nota saya untuk melihat nilai perintang yang saya pilih untuk peranti. Saya boleh menggunakan output 3.3V dan bukannya output 5V tetapi kemudian saya tidak mempunyai perintang yang sesuai untuk membina litar. Jangan teragak-agak untuk membaca lembaran data transistor untuk mencari keuntungan transistor.

Sekarang mari kita membina prototaip.

Langkah 4: Bina Prototaip Litar

Kita perlu menyiapkan wayar tali LED. Pertama mari potong separuh pertama untuk memisahkan pemegang bateri. Kemudian, lepaskan wayar, saya menggunakan blok terminal untuk menyambungkan tali LED ke papan roti. Kami juga memerlukan ESP8266, saya menggunakan klon mini D1, dua perintang, dan transistor.

Saya memilih p2222a untuk transistor tetapi anda boleh memilih mana-mana transistor NPN. Anda hanya perlu menyemak nilai perintang mengikut perolehan transistor yang anda dapati pada lembaran data transistor. Saya memilih perintang asas 1k ohm dan perintang LED 15 ohm. Pangkalan didorong oleh GPIO5 atau D1.

Simpan pemegang bateri kerana ia berguna untuk projek lain atau bahkan untuk menghidupkan peranti anda yang baru dibuat.

Ikuti tutorial tentang cara memuat naik program pada ESP8266 dengan Arduino IDE, memuat naik program berkedip menggantikan LED_BUILTIN oleh D1, dan kini anda dapat menikmati rentetan LED yang berkedip.

Sekiranya litar tidak berfungsi untuk anda, cuba tukar wayar LED kerana anda perlu menyambungkan anod ke perintang LED. Saya selalu membalikkan wayar …

Gunakan multimeter untuk memeriksa sambungan dan penurunan voltan. Anda harus melihat 3.3V antara D1 dan tanah ketika outputnya tinggi. Anda juga harus melihat voltan 3V antara wayar tali LED.

Mempunyai rentetan LED yang berkedip bagus tetapi bagaimana kita dapat mengawal rentetan LED dengan telefon pintar kita?

Langkah 5: Menggunakan Telefon Pintar Anda untuk Memacu Lampu String LED - Bahagian I

Anda perlu memasang aplikasi Blynk pada telefon pintar anda.

Setelah aplikasi dipasang, buat projek baru. Blynk akan menghantar e-mel kepada anda dengan token (siri hex chars) yang anda perlukan untuk program ESP8266 anda. Buat butang yang akan berfungsi sebagai suis. Butang harus menggerakkan pin GPIO5 atau D1 ESP8266. Anda kini boleh memainkan projek anda. Perhatikan bahawa aplikasi akan memberitahu anda bahawa peranti itu di luar talian.

Anda boleh mengedit projek kemudian untuk menambah pemasa yang akan mengawal lampu.

Langkah 6: Menggunakan Telefon Pintar Anda untuk Memacu Lampu String LED - Bahagian II

Buka Arduino IDE anda. Anda perlu memasang perpustakaan Blynk; untuk itu, ikuti tangkapan skrin yang saya buat. Pergi ke menu "Tools", klik pada "Manage Libraries", cari "Blynk", dan pasang versi terbaru.

Anda kini boleh membuka contoh yang akan menyediakan Blynk pada ESP8266 untuk anda. Contohnya ditunjukkan pada tangkapan skrin.

Pastikan anda memilih papan yang betul, "D1 mini" dalam kes saya, dan port yang betul.

Kemas kini kod dengan SSID dan kata laluan wifi anda (biasanya kunci WPA atau WEP di kotak Internet), anda juga perlu mengisi token yang anda terima melalui e-mel.

Anda kini boleh memuat naik kod ke ESP8266. Setelah kod dimuat, tunggu beberapa saat untuk memastikan peranti anda disambungkan dalam WiFi ke penghala Internet anda dan anda akan dapat mengawal lampu menggunakan butang Blynk yang anda buat.

Anda kini mempunyai peranti IoT! Anda boleh berhenti di sana jika anda mahu tetapi jangan lupa membaca bahagian "Sumber". Sekiranya anda ingin bersenang-senang dan membina litar kekal dan kandang, teruskan membaca.

Langkah 7: Buat Litar Kekal (bonus)

Sudah tiba masanya untuk membuat litar kekal. Anda boleh menonton ini dan video ini untuk mengetahui mengenai pematerian. Saya menggunakan papan proto standard dengan beberapa tajuk untuk ESP8266. Dengan cara itu jika saya ingin menggunakan semula mikrokontroler untuk projek lain, saya boleh. Anda boleh memilih untuk memateri mikrokontroler terus ke papan proto anda. Sekiranya anda tidak yakin memilih papan proto yang kelihatan seperti papan roti; anda akan dapat menggunakan semula sambungan papan roti anda.

Saya melakukan dua kesalahan dengan peranti pertama saya. Saya tidak menggunakan blok terminal untuk tali LED … dan saya membalikkan wayar. Anda boleh menandakan wayar negatif atau positif tetapi disyorkan menggunakan blok terminal. Kesalahan kedua ialah saya menggunakan 3.3V untuk memacu tali LED sehingga menghasilkan cahaya yang lebih malap. Sekiranya, seperti saya, anda melakukan kesilapan, jangan bimbang, mudah untuk membuang pateri dan menukar nilai perintang atau mengemas kini sambungan. Anda juga boleh menambah lebih banyak komponen kemudian!

Sekarang anda mempunyai litar kekal, sudah waktunya untuk membina kandangnya.

Langkah 8: Bina Lampiran (bonus)

Saya mengikuti tutorial sparkfun di Tinkercad untuk membina kandang untuk peranti saya. Saya mencetak lampiran menggunakan Prusa i3 MK3 yang baru saya beli dengan beberapa filamen PLA (20% isi dan 0.2 mm). Sebenarnya ini adalah yang pertama bagi saya dan saya sudah membuat dua kesalahan yang dapat anda lihat pada gambar. Kandang pertama saya tidak mempunyai ruang yang diperlukan untuk palam USB dan lubang tidak selaras. Saya kemudian merancang versi baru dengan muat yang lebih baik yang juga boleh menyokong penutup. Anda dapat menjimatkan sedikit masa dan sejumlah wang hanya mencetak bahagian kandang yang diperlukan untuk menguji kesesuaian dengan litar.

Anda kini mempunyai dua peranti IoT yang dapat anda kendalikan menggunakan Blynk. Langit adalah hadnya. Anda boleh memperluas projek sepenuhnya dengan alat pengesan kehadiran yang mengawal lampu, dengan pemasa yang mematikan lampu setelah jangka masa tertentu, atau bahkan menggunakan lampu rentetan LED sebagai sistem pemberitahuan; mereka boleh berkelip apabila anda menerima e-mel misalnya.

Selamat menggodam!

Langkah 9: Sumber

Saya tidak cukup mengesyorkan buku ini: Buat: Elektronik: Belajar Melalui Penemuan. Anda boleh belajar mengenai transistor, kapasitor, dan banyak lagi perkara menarik mengenai elektronik. Ia mempunyai pengetahuan yang diperlukan untuk mula bermain-main dengan komponen elektronik. Ditambah dengan pengetahuan anda yang baru diperoleh mengenai ESP8266, Blynk, dan Tinkerpad, anda akan dapat membina barang yang sangat menarik.

Anda boleh belajar banyak menonton video Youtube. Saya mengesyorkan saluran berikut:

- EEVblog

- GreatScott!

- Akademi Khan

Saya cukup berani, anda boleh memperoleh lebih banyak pengetahuan mengikuti kursus edx atau coursera mengenai IoT atau elektronik.