DIY IoT eszközök LED -húrok használatával: 9 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

(Jogi nyilatkozat: Nem vagyok angol anyanyelvű.)

Egy ideje a feleségem vett néhány LED -es lámpát, hogy éjszaka megvilágítsa a kertet. Nagyon szép hangulatot teremtettek. A fák köré állították őket, de találd ki, mi történjen, mi elvágtuk a húrt, miközben a fákat vágtuk…

Ma azt szeretném megmutatni nektek, hogyan lehet megmenteni a törött dolgokat, például azokat a LED -szálakat, és érdekes csatlakoztatott eszközöket létrehozni, amelyeket okostelefonjával vezérelhet.

Megtanulja, hogyan kell mikrokontrollert és tranzisztorot használni a LED -ek meghajtásához, hogyan csatlakoztathatja készülékét az internethez, és hogyan vezérelheti az eszközt okostelefonjáról. Feltételezem, hogy rendelkezel alapvető elektronikai ismeretekkel, például az Ohm -törvény alkalmazásával. Ha valaha is programozott egy Arduino -t, mielőtt még jobb lenne.

Kezdjük azokkal az eszközökkel, amelyeket meg akarok építeni. A vágott húrok jó tulajdonsága, hogy legalább két darab van. Így legalább két eszközt tudok építeni. Kezdem egy csatlakoztatott lámpával, amelyet leteszek egy asztalra, majd egy csatlakoztatott LED -húrral, amellyel megvilágítom az új hálószobámat. Csak azt szeretném, ha az okostelefonommal ki- és bekapcsolhatnám a lámpákat.

De először is meg kell látnunk, hogyan működtek a fények újrafelhasználása.

1. lépés: Fordított tervezés

Két LED karakterláncunk van, de nem ismerjük a feszültségcsökkenést a húrok csapjain és a szükséges áramot. Sajnos nincs adatlapom az értékek lekéréséhez.

Ezekben az esetekben mindent magunknak kell kitalálnunk. Vegyük szét a burkolatot.

Miután néhány csavart csavarhúzóval eltávolítottunk, egy nagyon egyszerű áramkört láthatunk. Az érdekes rész a LED karakterlánc csapjai körül található, látunk egy feszültségszabályozót (3 tűs komponens), egy ellenállást (a fekete doboz 100 -as rajta) és a LED -es húrtűket. Kicsit közelebbről nézve (áramkör -kialakítás) azt látjuk, hogy a szabályozó kimenet a LED -húrhoz van csatlakoztatva, amely viszont egy 10 ohmos ellenálláson keresztül csatlakozik a földhöz (100 azt jelenti, hogy 10x10e0). Tegyünk néhány akkumulátort, és mérjük meg a feszültségcsökkenést a zsinórcsapokon, valamint a szabályozó kimenete és a föld között.

Multiméter segítségével 3 V körüli feszültségcsökkenést mérhetünk a karakterlánc csapjain (a képeken látható módon). A szabályozó kimenete és a föld között is 4,5 V -ot mérünk. Ebből arra következtetünk, hogy a 10 ohmos ellenálláson 1,5 V feszültségcsökkenés van; valójában mérhetjük is. Az Ohm -törvény (U = RI) segítségével tudjuk, hogy az ágon átfolyó áram 1,5 V / 10 ohm = 0,150A vagy 150 mA. Ismét mérhetjük az áramot, de sorba kell tennünk a multimétert a karakterlánccal, ami nem könnyű.

Most már tudjuk, hogyan kell meghajtani a LED -karakterláncokat. Építsük fel a készülékünket.

2. lépés: Anyagok és eszközök

Íme, amire szüksége lesz az eszközök építéséhez:

- néhány csavarhúzó a letéphető dolgokhoz, szeretem az ilyen készletet

- néhány LED -es lámpa, ha reprodukálni szeretné az eszközöket

- egy ESP8266, ez lesz a készülékünk agya

- kenyérlap és néhány vezeték, ezeket fogjuk használni a prototípus elkészítéséhez

- egy ellenállás -választék készlet és egy tranzisztor -készlet, akkor vásárolhat egy nagyobb készletet is, amely sok hasznos alkatrészt tartalmaz, és csak a szükséges alkatrészek megvásárlása is lehetséges

Ha állandó áramkört szeretne létrehozni, szüksége lesz néhány eszközre és néhány protoboardra:

- a kezdéshez meglehetősen olcsón vásárolhat egy forrasztókészletet, talál egy multimétert, amellyel saját dolgait meg lehet fordítani, csak vigyázzon, hogy ne manipulálja a főhöz csatlakoztatott eszközöket, vagy akár a 30 V-nál nagyobb feszültséget használó eszközöket

- a vágó nagyon hasznos a vezetékek és az alkatrészek vezetékeinek vágásához

- néhány protoboard

- valami szilárd huzal

Lehet, hogy soknak tűnik az indulás, de készletet fog építeni bármely más projekthez. Ha nem bánja a várakozást, az Aliexpress -en mindent megrendelhet sokkal alacsonyabb áron. Alternatívaként, ha nem szeretné megvásárolni ezeket az eszközöket, akkor keresse fel a legközelebbi hackerspace -t is.

Végül néhány órára lesz szüksége, hogy mindent felépítsen (kevesebbet, ha csak ezt az oktatóanyagot követi).

3. lépés: A tranzisztor használata

Tudjuk, hogy a LED karakterlánc 150 mA -t igényel, de ez sokkal több annál, mint amit az ESP8266 biztonságosan képes leadni a kimeneti csapjain. Nem szeretne 12 mA -nél többet vezetni GPIO -nként a mikrokontrolleren. Ennek a korlátozásnak a megkerüléséhez valamilyen kapcsolóra lesz szükség, amelyet a mikrokontroller vezérelhet. A leggyakoribb kapcsolók a relé és a tranzisztor. A relé minden bizonnyal működni fog, de terjedelmesebb, drágább lesz, és legtöbbször tranzisztorral kívánja használni a relét.

Mindkét eszközhöz tranzisztorokat fogunk használni. Ahhoz, hogy tranzisztorokat használjunk, mint egy kapcsolót, áramot kell vezetnünk az alapján. A LED -szálon átáramló áram arányos lesz a bázison átfolyó árammal.

Játszhat egy Arduino -val és egy tranzisztorral a Tinkercad -on, hogy megértse a dolgok működését. Létrehoztam egy alapvető szimulációt, amelyet módosíthat. Ha többet szeretne megtudni a Tinkercadról, kövesse ezt a csodálatos bemutatót: A Tinkercad használata a hardver teszteléséhez és megvalósításához.

Látható, hogy a tranzisztor úgy működik, mint egy zárt kapcsoló, ha a GPIO kimenete magas, és mint egy nyitott kapcsoló, amikor a GPIO kimenete alacsony. Játszhat az ellenállások értékeivel is. A LED -del sorba kapcsolt ellenállás korlátozza a LED -en átfolyó áramot, és a tranzisztor bázisához csatlakoztatott ellenállás szabályozza a LED -en keresztül áramló maximális áramot. Ha növeli az alapellenállást, akkor nem vezet elegendő áramot a LED -hez, és a fény halványabb lesz.

Megnézheti a jegyzeteimet, hogy megtudja, milyen ellenállásértékeket választok az eszközökhöz. Használhattam volna a 3,3 V -os kimenetet az 5 V -os kimenet helyett, de akkor nem lennének megfelelő ellenállásaim az áramkör felépítéséhez. Ne habozzon, olvassa el a tranzisztor adatlapját, és keresse meg a tranzisztor nyereséget.

Építsünk most egy prototípust.

4. lépés: Készítse el az áramkör prototípusát

Elő kell készítenünk a LED zsinórt. Először vágjuk le az első felét az elemtartó elválasztásához. Ezután csupaszítsa le a vezetéket, egy sorkapocs segítségével csatlakoztattam a LED -karakterláncot a kenyértáblához. Szükségünk lesz az ESP8266 -ra is, én D1 miniklónt, két ellenállást és egy tranzisztorot használtam.

Én a p2222a -t választom a tranzisztorhoz, de bármelyik NPN tranzisztor is választható. Csak felül kell vizsgálnia az ellenállások értékeit a tranzisztor erősítés szerint, amelyet a tranzisztor adatlapján talál. 1k ohmos alapellenállást és 15 ohmos LED ellenállást választok. Az alapot a GPIO5 vagy a D1 hajtja.

Tartsa meg az elemtartót, mert hasznos lehet egy másik projekthez, vagy akár az újonnan létrehozott eszközök áramellátásához.

Kövesse az oktatóanyagot arról, hogyan tölthet fel programot az ESP8266 készülékre az Arduino IDE -vel, töltse fel a villogó programot, amely a LED_BUILTIN -t helyettesíti D1 -el, és most élvezheti a villogó LED -karakterláncot.

Ha az áramkör nem működik az Ön számára, próbálja meg kicserélni a LED vezetékeket, mivel az anódot a LED ellenálláshoz kell csatlakoztatni. Mindig megfordítom a vezetékeket …

Multiméterrel ellenőrizze a csatlakozást és a feszültségcsökkenést. A D1 és a föld között 3,3 V -ot kell látnia, ha a kimenet magas. Látnia kell a 3 V feszültséget is a LED -vezetékek között.

A villogó LED -karakterlánc jó, de hogyan tudjuk irányítani a LED -et okostelefonunkkal?

5. lépés: Az okostelefon használata a LED -es lámpák meghajtására - I. rész

Telepítenie kell a Blynk alkalmazást az okostelefonjára.

Az alkalmazás telepítése után hozzon létre egy új projektet. A Blynk e -mailt küld Önnek egy tokennel (hexadecimális karakterek sorozata), amire szüksége lesz az ESP8266 programjához. Hozzon létre egy gombot, amely kapcsolóként fog működni. A gombnak meg kell hajtania az ESP8266 GPIO5 vagy D1 érintkezőjét. Most már játszhatja a projektet. Ne feledje, hogy az alkalmazás közli, hogy az eszköz offline állapotban van.

Később szerkesztheti a projektet, hogy időzítőket adjon hozzá, amelyek vezérlik a fényeket.

6. lépés: Az okostelefon használata a LED -es lámpák meghajtásához - II

Nyissa meg az Arduino IDE -t. Telepítenie kell a Blynk könyvtárat; ehhez csak kövesse az általam készített képernyőképeket. Lépjen az "Eszközök" menübe, kattintson a "Könyvtárak kezelése" elemre, keresse meg a "Blynk" szót, és telepítse a legújabb verziót.

Most megnyithat egy példát, amely beállítja a Blynk -et az ESP8266 -on. A példa a képernyőképeken látható.

Győződjön meg róla, hogy a megfelelő kártyát választotta, az én esetemben a "D1 mini" -t és a megfelelő portot.

Frissítse a kódot wifi SSID -jével és jelszavával (általában a WPA- vagy WEP -kulcs az interneten), ki kell töltenie az e -mailben kapott tokent is.

Most feltöltheti a kódot az ESP8266 készülékre. A kód feltöltése után várjon néhány másodpercet, hogy eszköze WiFi -n csatlakozzon az internetes útválasztóhoz, és a létrehozott Blynk gombbal vezérelheti a fényeket.

Most van IoT eszköze! Itt megállhat, ha akar, de ne felejtse el elolvasni az "Erőforrások" részt. Ha szórakozni szeretne, és állandó áramkört és házat szeretne építeni, folytassa az olvasást.

7. lépés: Állandó kör létrehozása (bónusz)

Itt az ideje egy állandó kör létrehozására. Ezt és ezt a videót megnézheti, hogy megismerje a forrasztást. Az ESP8266 szabványos proto kártyáját használtam néhány fejléccel. Így ha újra akarom használni a mikrokontrollert egy másik projekthez, megtehetem. Választhatja, hogy a mikrokontrollert közvetlenül a proto kártyájához forrasztja. Ha nem vagy benne biztos, válassz egy proto táblát, amely úgy néz ki, mint egy kenyeretábla; képes lesz újra használni a kenyérlap -kapcsolatait.

Két hibát követtem el az első készülékemmel. Nem a sorkapcsot használtam a LED -húrhoz… és felfordítottam a vezetékeket. Megjelölheti a negatív vagy pozitív vezetéket, de ajánlott egy sorkapocs használata. A második hiba az, hogy a 3,3 V -ot használtam a LED -karakterlánc meghajtására, ami halványabb fényt eredményezett. Ha hozzám hasonlóan hibázik, ne aggódjon, könnyű eltávolítani a forrasztást, megváltoztatni az ellenállások értékeit, vagy frissíteni a csatlakozásokat. Később további összetevőket is hozzáadhat!

Most, hogy állandó áramköre van, itt az ideje, hogy felépítse a házát.

8. lépés: Ház építése (bónusz)

Követtem egy szikrázó oktatóanyagot a Tinkercad -on, hogy házat építsek az eszközeimhez. A burkolatot az újonnan beszerzett Prusa i3 MK3 -mal kinyomtattam néhány PLA szállal (20% töltet és 0,2 mm). Ez valójában az első számomra, és már két hibát is elkövettem, amelyeket a képeken láthat. Az első házamban nem volt elegendő hely az USB -csatlakozóhoz, és a lyukak nem voltak igazítva. Ezután terveztem egy új, jobb illeszkedésű verziót, amely fedőt is támogat. Időt és pénzt takaríthat meg, ha csak a ház szükséges részét nyomtatja ki, hogy tesztelje az áramkörrel való illeszkedést.

Most két IoT -eszköze van, amelyeket a Blynk segítségével vezérelhet. Az ég a határ. Teljesen kiterjesztheti a projektet egy jelenlétérzékelővel, amely szabályozza a fényeket, egy időzítővel, amely egy bizonyos idő után lekapcsolja a világítást, vagy akár a LED -es lámpákat értesítési rendszerként használja; villoghatnak, ha például e -mailt kap.

Boldog hackelést!

9. lépés: Erőforrások

Nem tudom eléggé ajánlani ezt a könyvet: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Tanulhat a tranzisztorokról, kondenzátorokról és sok más érdekes dologról az elektronikáról. Rendelkezik a szükséges ismeretekkel ahhoz, hogy elkezdjen bánni az elektronikai alkatrészekkel. Az ESP8266 -ról, a Blynk -ről és a Tinkerpad -ről szerzett ismereteivel párosítva nagyon érdekes dolgokat készíthet.

Sokat tanulhatsz a Youtube videókat nézve. A következő csatornákat ajánlom:

- EEVblog

- Nagyszerű!

- Khan Akadémia

Ha elég bátor vagy, további ismereteket szerezhetsz az IoT -ről vagy az elektronikáról szóló edx vagy tanfolyamok után.