Lampu IoT DIY untuk Automasi Rumah -- Tutorial ESP8266: 13 Langkah (dengan Gambar)

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

Dalam tutorial ini kita akan membuat lampu pintar yang disambungkan ke internet. Ini akan masuk ke dalam internet pelbagai perkara dan membuka dunia automasi rumah!

Lampu disambungkan WiFi dan dibina untuk mempunyai protokol pesanan terbuka. Ini bermakna anda boleh memilih mod kawalan yang anda mahukan! Ia dapat dikawal melalui penyemak imbas web, aplikasi automasi rumah, pembantu pintar seperti Alexa atau Pembantu Google, dan banyak lagi!

Sebagai bonus, lampu ini disertakan dengan aplikasi untuk mengendalikan projek. Di sini anda boleh memilih mod warna yang berbeza, memudar antara warna RGB, dan menetapkan pemasa.

Lampu terdiri daripada papan LED dan papan kawalan. Papan LED menggunakan tiga jenis LED berbeza untuk lima saluran LED! Ini adalah RGB bersama dengan warna putih hangat dan sejuk. Kerana semua saluran ini dapat ditetapkan secara individu, anda mempunyai sejumlah 112.3 kombinasi peta!

Mari kita mulakan!

[Mainkan video]

Langkah 1: Bahagian dan Alat

Bahagian

• Wemos D1 Mini
• 15 x LED 5050 putih hangat
• 15 x LED 5050 putih sejuk
• 18 x LED RGB 5050
• 6 x 300 ohm 1206 perintang
• Perintang 42 x 150 ohm 1206
• Perintang 5 x 1k ohm

• 5 x NTR4501NT1G

  MOSFET

• Pengatur voltan linear, 5V

• PCB

  Muat turun fail gerber pada langkah litar untuk membuat PCB anda sendiri

• PSU 12V 2A

Alat

• Besi pematerian

  • Tin pematerian
  • Fluks pematerian cecair
• Pita pelekat
• Pita dua sisi
• Pencetak 3D
• Pelucut wayar

Langkah 2: Rancangan

Projek lengkap terdiri daripada empat bahagian utama:

1. Litar

   Litar dibuat pada PCB. Litar siap akan terdiri daripada lebih daripada 100 komponen individu. Sangat lega kerana tidak memasang semua itu dengan tangan di papan wangi

2. Kod Arduino

   Saya menggunakan Wemos D1 Mini yang menggunakan ESP8266 sebagai mikrokontroler bersambung WiFi. Kod akan memulakan pelayan pada D1. Apabila anda mengunjungi alamat pelayan ini, D1 akan menafsirkannya sebagai perintah yang berbeza. Mikrokontroler kemudian bertindak berdasarkan arahan ini untuk mengatur lampu dengan sewajarnya

3. Alat kawalan jauh

   • Saya membuat aplikasi hanya untuk projek ini agar semudah mungkin untuk mengawal lampu mengikut keinginan anda
   • Lampu pintar benar-benar dapat dikendalikan oleh apa sahaja yang mampu menghantar permintaan http GET. Ini bermaksud lampu menerima perintah dari hampir semua peranti yang tidak terbatas

4. Percetakan 3D

   Lampu pintar ini memerlukan casing yang sejuk. Dan seperti banyak projek yang anda perlukan, cetakan 3D dapat menyelamatkan anda

Langkah 3: Litar

Saya memesan PCB saya dari jlcpcb.com. Masa pendedahan penuh: mereka juga menaja projek ini.

PCB terdiri daripada dua bahagian. Ia mempunyai papan LED dan papan kawalan. PCB boleh dipisahkan untuk kemudian menghubungkan kedua-dua bahagian ini dengan wayar fleksibel. Ini perlu untuk memastikan lampu cetak 3D tetap langsing, dan memiringkan papan LED untuk menyebarkan cahaya secara merata ke ruang lubang.

Papan kawalan menempatkan mikrokontroler D1 bersama dengan lima MOSFET untuk meredupkan LED, dan pengatur voltan untuk memberi mikrokontroler 5V yang lancar.

Papan LED mempunyai lima saluran LED dalam tiga jenis LED berbeza. Kerana kami menggunakan sumber kuasa 12V, LED dikonfigurasikan sebagai tiga LED secara bersiri dengan perintang dan kemudian diulang 16 kali selari.

LED putih biasa biasanya menarik 3.3 V. Pada segmen papan, tiga LED ini bersiri yang bermaksud penurunan voltan dikumpulkan dalam litar. Tiga LED yang menarik 3.3 V masing-masing bermaksud satu segmen LED menarik 9.9 V. Litar dikuasakan oleh 12 V sehingga meninggalkan 2.1 V.

Sekiranya segmen tersebut hanya terdiri daripada tiga LED, mereka akan mendapat voltan lebih banyak daripada yang hilang. Ini tidak baik untuk LED dan boleh merosakkannya dengan cepat. Inilah sebabnya mengapa setiap segmen juga mempunyai perintang secara bersiri dengan ketiga LED. Perintang ini ada untuk menjatuhkan baki 2.1 V di persimpangan siri.

Oleh itu, jika setiap segmen menyumbang 12 V, ini bermakna setiap segmen tersebut saling berkaitan secara selari. Apabila litar disambungkan secara selari semuanya mendapat voltan yang sama dan arus dihimpunkan. Arus dalam sambungan siri selalu sama.

LED biasa menarik arus 20 mA. Ini bermaksud segmen, iaitu tiga LED dan perintang dalam siri masih akan menarik 20 mA. Apabila kita menghubungkan beberapa segmen secara selari, kita menambah arus. Sekiranya anda memotong enam LED dari jalur, anda mempunyai dua segmen ini secara selari. Ini bermaksud litar total anda masih menarik 12 V, tetapi arus mereka menarik 40 mA.

Langkah 4: Pematerian LED

Dari mencuba beberapa perkara, saya dapati pita pelekat yang paling berkesan dan fleksibel untuk mengelakkan PCB bergerak.

Untuk bahagian dengan beberapa pin, seperti 6-pin pada LED 5050, saya mulakan dengan meletakkan solder di salah satu pad PCB. Oleh itu, hanya perlu memastikan solder ini dicairkan dengan besi pematerian sambil memasukkan komponen ke tempatnya dengan sepasang pinset.

Kini pelapik lain boleh dengan senang dilekatkan dengan beberapa pateri. Walau bagaimanapun, untuk mempercepat kerja ini, saya cadangkan untuk mengambil beberapa fluks solder cecair. Saya tidak dapat mengesyorkan barang ini cukup.

Sapukan sebahagian fluks ke pad solder, kemudian cairkan sedikit pateri di hujung seterika solder anda. Sekarang hanya masalah membawa pateri cair ke alas dan semuanya mengalir ke tempatnya. Bagus dan sederhana.

Untuk perintang dan komponen dua pad lain, fluks solder tidak diperlukan. Sapukan pateri ke salah satu pembalut dan pasangkan perintang ke tempatnya. Sekarang cairkan sedikit pateri ke pad nombor dua. Senang kacang.

Lihat gambar kelima dalam langkah ini. Perhatikan orientasi LED. LED putih yang hangat dan sejuk berorientasikan takiknya di sudut kanan atas. LED RGB mempunyai kedudukan di sudut kiri bawah. Ini adalah kesilapan reka bentuk dari pihak saya, kerana saya tidak dapat menemui lembar data untuk LED RGB yang digunakan dalam projek ini. Oh, hidup dan belajar dan semua itu!

Langkah 5: Papan Kawalan Pematerian

Setelah menyelesaikan maraton papan LED, papan kawalan sangat mudah untuk dipateri. Saya meletakkan lima MOSFET dan perintang sumber gerbang yang sepadan, sebelum beralih ke pengatur voltan.

Pengatur voltan mempunyai ruang pilihan untuk melicinkan kapasitor. Semasa saya menyoldernya dalam gambar ini, saya akhirnya menghapusnya kerana tidak diperlukan.

Caranya untuk mendapatkan papan kawalan yang langsing adalah dengan meletakkan header pin keluar dari atas hingga ke bawah. Setelah pin dipasang, panjang yang tidak digunakan dapat dipotong dari bahagian belakang bersama dengan plastik hitam. Ini menjadikan bahagian bawah licin sepenuhnya.

Dengan semua komponen yang ada, inilah masanya untuk menyatukan kedua papan itu. Saya hanya melepaskan dan melepaskan enam wayar 2.5 inci (7 cm) kecil dan menyambungkan kedua-dua PCB.

Langkah 6: Persediaan WiFi

Terdapat enam garis mudah dalam kod yang perlu anda ubah.

1. ssid, baris 3

   Nama penghala anda. Pastikan anda mendapat betul huruf besar semasa menulis ini

2. wifiPass, baris 4

   Kata laluan penghala anda. Sekali lagi, perhatikan selongsong

3. ip, baris 8

   Alamat ip statik lampu pintar anda. Saya memilih alamat ip rawak di rangkaian saya dan mencuba ping di tetingkap arahan. Sekiranya tidak ada balasan dari alamat, anda boleh menganggapnya ada

4. pintu masuk, barisan 9

   Ini akan menjadi pintu masuk pada penghala anda. Buka tetingkap arahan dan ketik "ipconfig". Gerbang dan subnet dilingkari dengan warna merah pada gambar

5. subnet, baris 10

   Seperti pintu masuk, maklumat ini dilingkari dalam gambar untuk langkah ini

6. zon waktu, baris 15

   Zon waktu yang anda masuki. Ubah ini jika anda ingin menggunakan fungsi pemasa dalam untuk menghidupkan dan mematikan lampu pada waktu tertentu. Pemboleh ubahnya adalah GMT sederhana atau tolak

Langkah 7: Kod Pengawal Mikro

Setelah mengubah semua tetapan yang relevan pada langkah sebelumnya, akhirnya tiba masanya untuk memuat naik kod ke Wemos D1 Mini!

Kod arduino memerlukan beberapa perpustakaan dan pergantungan. Mula-mula ikuti panduan ini dari sparkfun jika anda tidak pernah memuat naik kod dari arduino IDE ke ESP8266.

Sekarang muat turun perpustakaan Time dan perpustakaan TimeAlarms. Buka zip dan salin ke folder perpustakaan arduino di komputer anda. Sama seperti memasang perpustakaan arduino yang lain.

Perhatikan tetapan muat naik dalam gambar pada langkah ini. Pilih konfigurasi yang sama, kecuali port com. Ini akan menjadi port com yang anda sambungkan mikrokontroler pada komputer anda.

Apabila kod diunggah, buka terminal bersiri ke mesej sambungan yang diharapkan berjaya! Anda kini boleh membuka penyemak imbas anda dan mengunjungi alamat ip statik yang anda simpan ke mikrokontroler. Tahniah, anda baru sahaja membina pelayan anda sendiri dan menghoskan laman web di dalamnya!

Langkah 8: Buka Protokol Mesej

Apabila anda mengawal lampu pintar dengan aplikasi, semua mesej akan dikendalikan untuk anda secara automatik. Berikut adalah senarai mesej yang diterima oleh lampu, jika anda ingin membina alat kawalan jauh anda sendiri. Saya telah menggunakan contoh alamat ip untuk menggambarkan cara menggunakan perintah.

• 192.168.0.200/&&R=1023G=0512B=0034C=0500W=0500

  • Menetapkan lampu Merah ke nilai maksimum, lampu hijau hingga separuh nilai, dan lampu biru ke 34. Putih sejuk dan hangat hampir tidak menyala
  • Semasa memasukkan nilai, anda boleh memilih antara 0 dan 1023. Sentiasa tuliskan nilai cahaya sebagai empat digit dalam URL

• 192.168.0.200/&&B=0800

  Menetapkan lampu biru ke nilai 800 sambil mematikan semua lampu lain secara serentak

• 192.168.0.200/LED=OFF

  Mematikan semua lampu sepenuhnya

• 192.168.0.200/LED=FADE

  Mula perlahan-lahan memudar di antara semua kemungkinan warna RGB. Sesuai untuk suasana

• 192.168.0.200/NOTIFYR=1023-G=0512-B=0000

  Berkedip warna yang diberikan dua kali untuk menunjukkan pemberitahuan masuk. Sempurna jika anda mahu, katakanlah, buat program di komputer anda untuk menyalakan lampu merah setiap kali anda menerima e-mel baru

• 192.168.0.200/DST=1

  • Melaraskan jam untuk menjimatkan waktu siang. Menambah satu jam untuk jam
  • / DST = 0 gunakan ini untuk kembali dari DST, mengeluarkan satu jam dari jam jika DST aktif

• 192.168.0.200/TIMER1H=06M=30R=1023G=0512B=0034C=0000W=0000

  Menyimpan keadaan untuk pemasa 1. Pemasa ini akan menghidupkan nilai RGB yang diberikan pada pukul 06:30 pagi

• 192.168.0.200/TIMER1H=99

  Tetapkan jam pemasa ke 99 untuk menyahaktifkan pemasa. Nilai RGB masih disimpan, tetapi pemasa tidak akan menyala lampu ketika jam ditetapkan ke 99

• Lampu mempunyai empat pemasa individu. Tukar "TIMER1" untuk "TIMER2", "TIMER3", atau "TIMER4" untuk menyesuaikan salah satu pemasa bawaan yang lain.

Ini adalah arahan yang sedang dibina. Tinggalkan komen jika anda mempunyai idea menarik untuk membina perintah baru sama ada dalam kod arduino atau aplikasi jauh!

Langkah 9: Alat Kawalan Jauh

Klik di sini untuk memuat turun aplikasinya. Penyediaan dibuat dengan sangat mudah, cukup masukkan alamat ip lampu pintar anda dan pilih sama ada anda mahu mengawal hanya LED RGB atau LED putih hangat dan sejuk RGB +.

Seperti yang dijelaskan pada langkah sebelumnya, Anda sekarang tahu protokol pesan apa yang digunakan aplikasi. Ini menghantar permintaan http GET dengan URL. Ini bermakna anda juga boleh membuat litar mikrokontroler anda sendiri, dan masih menggunakan aplikasi ini untuk mengawal fungsi yang anda kembangkan sendiri.

Kerana kami benar-benar melihat ke dalam protokol mesej, anda juga dapat mengawal lampu pintar dengan apa sahaja yang mampu menghantar permintaan http GET. Ini bermaksud mana-mana penyemak imbas di telefon atau komputer, atau peranti atau pembantu rumah pintar seperti Alexa atau Pembantu Google.

Tasker adalah aplikasi yang pada dasarnya membolehkan anda membuat keadaan untuk mengawal hampir semua perkara. Saya menggunakannya untuk menyalakan lampu pintar dengan warna pemberitahuan semasa saya menerimanya di telefon saya. Saya juga menyiapkan tasker untuk menyalakan lampu dengan warna putih sepenuhnya, apabila telefon menyambung ke WiFi rumah saya selepas jam 16:00 pada hari kerja. Ini bermaksud lampu akan menyala secara automatik semasa saya pulang dari sekolah. Sangat keren apabila pulang dengan lampu menyala secara automatik!

Langkah 10: Percetakan 3D

Sarung lampu itu sendiri boleh dicetak hampir sepenuhnya tanpa sokongan. Satu-satunya bahagian yang sangat memerlukan sokongan adalah pasak yang dimaksudkan untuk mengawan dengan PCB. Oleh itu, saya menyediakan stl dengan dan tanpa struktur sokongan kecil hanya untuk pasak ini. Kelebihan menggunakan sokongan khas ini ialah cetakannya jauh lebih pantas! Dan kami hanya mendapat sokongan pencetakan pada bahagian yang sangat memerlukannya.

Anda boleh memuat turun fail.stl di sini

Langkah 11: Bawa Bersama

Selepas pencetakan 3D mulakan dengan melepaskan sokongan pencetakan. Kabel kuasa masuk ke saluran yang berasingan dan diikat bersama. Simpulan ini akan membuat pelepasan regangan yang menghalang kabel daripada robek dari PCB. Pasangkan kabel kuasa ke bahagian belakang PCB dan pastikan anda mendapat kekutuban dengan betul!

PCB kawalan kemudian diikat dengan sehelai pita untuk menyimpannya di dalam casing. PCB LED boleh diletakkan dengan mudah di tempatnya sehingga tidak boleh diletak sendiri.

Langkah 12: Menggantung Lampu

Terdapat banyak pilihan untuk menggantung lampu ini ke dinding. Kerana saya mungkin terus-menerus mengemas kini kod untuk memperbaiki lampu, saya mahukan cara mematikan lampu dari semasa ke semasa. Anda boleh menggunakan lem panas, tetapi saya mengesyorkan beberapa pita dua sisi. Sebaiknya gunakan pita dua sisi tebal dan berbuih kerana ia memegang lampu yang terbaik pada dinding bertekstur.

Langkah 13: Selesai

Dengan lampu di dinding dan siap menerima perintah yang bermaksud anda sudah selesai!

Panel LED bersudut dengan cara yang menyebarkan cahaya secara merata di dalam bilik. Ini adalah tambahan yang bagus untuk setiap ruang kerja dan kemampuan untuk berintegrasi dengan automasi rumah adalah nilai tambah yang bagus. Saya sangat menyukai kemampuan untuk menetapkan warna RGB serta menyesuaikan keseimbangan putih antara cahaya sejuk dan hangat. Ia kelihatan bergaya dan sangat membantu untuk menetapkan lampu persekitaran atau kerja, untuk memenuhi apa sahaja keperluan pencahayaan yang saya ada ketika ini.

Tahniah, anda kini telah melakukan lompatan besar ke dalam dunia IoT dan automasi rumah!