התקני IoT DIY באמצעות מחרוזות LED: 9 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

(כתב ויתור: אני לא דובר אנגלית שפת אם.)

לפני זמן מה, אשתי קנתה כמה נורות מחרוזות LED כדי להאיר את הגן בלילה. הם יצרו אווירה נחמדה מאוד. הם הונחו סביב העצים, אבל נחשו מה, מה שצריך לקרות קרה, חתכנו את המיתרים תוך חיתוך העצים …

מה שאני רוצה להראות לך היום הוא כיצד להציל דברים שבורים כמו מיתרי ה- LED האלה וליצור מכשירים מחוברים מעניינים אותם תוכל לשלוט באמצעות הסמארטפון שלך.

תלמד כיצד להשתמש במיקרו -בקר ובטרנזיסטור להנעת נוריות LED, כיצד לחבר את המכשיר שלך לאינטרנט וכיצד לשלוט במכשיר מהסמארטפון שלך. אני רק מניח שיש לך ידע בסיסי באלקטרוניקה כמו יישום חוק אוהם. אם אי פעם תוכנת ארדואינו לפני זה אפילו יותר טוב.

נתחיל במכשירים שאני רוצה לבנות. הדבר הטוב בחוטים חתוכים הוא שיש לפחות שתי חתיכות. כך אני יכול לבנות לפחות שני מכשירים. אתחיל במנורה מחוברת שהנחתי על שולחן ולאחר מכן מחרוזת LED מחוברת בה אשתמש כדי להדליק את חדר השינה החדש שלי. כל מה שאני רוצה הוא דרך להדליק ולכבות את האורות באמצעות הסמארטפון שלי.

אבל ראשית כל, עלינו לראות כיצד הדברים פעלו לשימוש חוזר באורות.

שלב 1: הנדסה הפוכה

יש לנו שני מחרוזות LED אך איננו יודעים את ירידת המתח על סיכות המיתרים ואת הזרם הדרוש להם. למרבה הצער, אין לי גליון נתונים כדי לקבל ערכים אלה.

במקרים אלה, נצטרך להבין הכל בעצמנו. בואו נפרק את המארז.

לאחר הסרת כמה ברגים בעזרת מברג, אנו יכולים לראות מעגל פשוט מאוד. החלק המעניין הוא סביב סיכות מחרוזת ה- LED, אנו רואים ווסת מתח (רכיב 3 פינים), נגד (הקופסה השחורה עם 100 עליה) וסיכות מחרוזת ה- LED. במבט קצת יותר קרוב (עיצוב מעגל), אנו רואים שפלט הווסת מחובר למחרוזת LED המחוברת בתורה לקרקע באמצעות נגד של 10 אוהם (100 פירושו 10x10e0). בואו לשים כמה סוללות ולמדוד את ירידת המתח על פני סיכות המחרוזת ובין פלט הרגולטור לקרקע.

באמצעות מולטימטר, אנו יכולים למדוד ירידת מתח של סביב 3V על פני סיכות המחרוזת (כפי שמוצג בתמונות). אנו מודדים גם 4.5V בין פלט הרגולטור לבין הקרקע. לפיכך אנו מסיקים כי קיימת ירידת מתח של 1.5V על פני הנגד של 10 אוהם; גם אנחנו יכולים למדוד אותו. באמצעות חוק אוהם (U = RI), אנו יודעים כי הזרם דרך הענף הוא 1.5V / 10 אוהם = 0.150A או 150mA. שוב נוכל למדוד את הזרם אך נצטרך לשים את המולטימטר בסדרה עם המחרוזת וזה לא פשוט לביצוע.

כעת אנו יודעים כיצד להניע את מיתרי ה- LED. בואו לבנות את המכשיר שלנו.

שלב 2: חומרים וכלים

להלן מה שתצטרך לבניית המכשירים:

- כמה מברגים לדריסה, אני אוהב ערכה כזו

- כמה נורות מחרוזת LED, אם אתה רוצה לשחזר את המכשירים

- ESP8266, זה יהיה המוח של המכשיר שלנו

- קרש לחם וכמה חוטים, נשתמש בהם לבניית אב הטיפוס

- ערכת מבחר נגדים וערכת מבחר טרנזיסטורים, אתה יכול גם לקנות ערכה גדולה יותר המכילה הרבה רכיבים שימושיים, רכישת רק הרכיבים הנדרשים היא גם אופציה

אם אתה רוצה ליצור מעגל קבוע, תזדקק לכמה כלים וכמה לוחות פרוט:

- אתה יכול לקנות ערכת הלחמה די בזול כדי להתחיל, תמצא מכשיר מרובה שניתן להשתמש בו להנדסה לאחור של דברים משלך, רק היזהר לא לתמרן מכשירים המחוברים לרשת הראשית או אפילו להתקנים באמצעות יותר מ 30V DC

- חותך שימושי מאוד לחיתוך חוטים ומרכיבי רכיבים

- כמה לוחות פרוט

- קצת חוט מוצק

זה אולי נראה הרבה להתחיל, אבל תבנה מלאי לכל פרויקט אחר שיהיה לך. אם לא אכפת לך לחכות, אתה יכול להזמין הכל ב- Aliexpress בעלות הרבה יותר נמוכה. לחלופין, אם אינך רוצה לקנות את הכלים הללו, תוכל גם ללכת למרחב האקרים הקרוב ביותר.

לבסוף, תצטרך כמה שעות לבנות הכל (פחות אם תעקוב אחר הדרכה זו).

שלב 3: כיצד להשתמש בטרנזיסטור

אנו יודעים שמחרוזת ה- LED דורשת 150mA אך היא הרבה יותר ממה ש- ESP8266 יכול לספק בבטחה על סיכות הפלט שלה. אינך רוצה להניע יותר מ 12mA לכל סיכות GPIO בבקר המיקרו. כדי לעקוף את המגבלה הזו, תזדקק למתג כלשהו שניתן לשלוט בו על ידי המיקרו -בקר. המתגים הנפוצים ביותר הם הממסר והטרנזיסטור. ממסר בהחלט יעבוד אך יהיה גדול יותר, יקר יותר, ולרוב תרצה להשתמש בטרנזיסטור להנעת ממסר.

נשתמש בטרנזיסטורים לשני המכשירים. כדי להשתמש בטרנזיסטור כמו מתג, עלינו להעביר זרם דרך הבסיס שלו. הזרם הזורם דרך מחרוזת ה- LED יהיה פרופורציונלי לזרם הזורם בבסיס.

אתה יכול לשחק עם ארדואינו וטרנזיסטור ב- Tinkercad כדי להבין איך הדברים עובדים. יצרתי סימולציה בסיסית שתוכל לשנות. אם אתה רוצה ללמוד עוד על Tinkercad, תוכל לעקוב אחר הדרכה מדהימה זו: כיצד להשתמש ב- Tinkercad כדי לבדוק וליישם את החומרה שלך.

אתה יכול לראות שהטרנזיסטור עובד כמו מתג סגור כאשר יציאת GPIO גבוהה וכמו מתג פתוח כאשר יציאת GPIO נמוכה. אתה יכול גם לשחק עם ערכי הנגדים. הנגד בסדרה עם הלד יגביל את זרימת הזרם דרך הלד והנגד המחובר לבסיס הטרנזיסטור ישלוט בזרם המרבי הזורם דרך הלד. אם תגדיל את הנגד הבסיסי לא תניע מספיק זרם עבור ה- LED והאור יהיה עמום יותר.

אתה יכול להסתכל בהערות שלי כדי לראות אילו ערכי הנגד אני בוחר עבור המכשירים. יכולתי להשתמש ביציאת 3.3V במקום ביציאת 5V אבל אז לא יהיו לי הנגדים המתאימים לבניית המעגל. אל תהסס לקרוא את גליון הנתונים של הטרנזיסטור כדי לחפש את רווח הטרנזיסטור.

בואו נבנה עכשיו אב טיפוס.

שלב 4: בנה אב טיפוס של המעגל

נצטרך להכין את חוט המחרוזת LED. ראשית בואו נחתוך את המחצית הראשונה כדי להפריד בין מחזיק הסוללות. לאחר מכן, הפשיטו את החוט, השתמשתי בלוק מסוף כדי לחבר את מחרוזת הלד ללוח הלחם. נזדקק גם ל- ESP8266, השתמשתי בשיבוט מיני D1, שני נגדים וטרנזיסטור.

אני בוחר p2222a עבור הטרנזיסטור אבל אתה יכול לבחור כל טרנזיסטור NPN. אתה רק צריך לבדוק את ערכי הנגדים בהתאם לרווח הטרנזיסטור שתוכל למצוא בגיליון הנתונים של הטרנזיסטור. אני בוחר בנגד בסיס של 1k אוהם ונגד LED של 15 אוהם. הבסיס מונע על ידי GPIO5 או D1.

שמור את מחזיק הסוללות מכיוון שהוא יכול להיות שימושי עבור פרויקט אחר או אפילו להפעיל את המכשירים החדשים שלך.

עקוב אחר הדרכה כיצד להעלות תוכנית ב- ESP8266 עם Arduino IDE, העלה את תוכנית המצמוץ המחליף את LED_BUILTIN על ידי D1, ועכשיו תוכל ליהנות ממחרוז LED מהבהב.

אם המעגל אינו פועל עבורך, נסה להחליף את חוטי הלד כפי שאתה צריך לחבר את האנודה לנגד ה- LED. אני תמיד הופך את החוטים…

השתמש במולטימטר שלך כדי לבדוק את החיבור ואת ירידת המתח. אתה אמור לראות 3.3V בין D1 לאדמה כשהפלט גבוה. אתה צריך גם לראות מתח של 3V בין חוטי מחרוזת LED.

בעל מחרוזת LED מהבהבת זה טוב אבל איך נוכל לשלוט על מחרוזת ה- LED בעזרת הסמארטפון שלנו?

שלב 5: שימוש בסמארטפון שלך להנעת אורות המחרוזת LED - חלק א '

יהיה עליך להתקין את אפליקציית Blynk בסמארטפון שלך.

לאחר התקנת האפליקציה, צור פרויקט חדש. Blynk ישלח לך דוא ל עם אסימון (סדרה של תווים משושה) שתזדקק להם לתוכנית ESP8266 שלך. צור כפתור שישמש כמתג. הלחצן צריך להניע את סיכת GPIO5 או D1 של ה- ESP8266. עכשיו אתה יכול לשחק את הפרויקט שלך. שים לב שהאפליקציה תגיד לך שהמכשיר במצב לא מקוון.

תוכל לערוך את הפרויקט מאוחר יותר ולהוסיף טיימרים שישלטו באורות.

שלב 6: שימוש בסמארטפון שלך להנעת אורות המחרוזת LED - חלק ב '

פתח את Arduino IDE שלך. יהיה עליך להתקין את ספריית Blynk; לשם כך, פשוט עקוב אחר צילומי המסך שעשיתי. עבור לתפריט "כלים", לחץ על "נהל ספריות", חפש "בלינק" והתקן את הגרסה העדכנית ביותר.

כעת תוכל לפתוח דוגמה שתגדיר עבורך את Blynk ב- ESP8266. הדוגמה מוצגת בצילומי המסך.

ודא שבחרת את הלוח הנכון, "D1 mini" במקרה שלי, והיציאה הנכונה.

עדכן את הקוד באמצעות ה- SSID והסיסמה של wifi שלך (בדרך כלל מפתח WPA או WEP בתיבת האינטרנט), יהיה עליך למלא גם את האסימון שקיבלת בדוא ל.

כעת תוכל להעלות את הקוד ל- ESP8266. לאחר העלאת הקוד, המתן מספר שניות כדי לוודא שהמכשיר שלך מחובר ב- WiFi לנתב האינטרנט שלך ותוכל לשלוט בנורות באמצעות לחצן Blynk שיצרת.

כעת יש לך מכשיר IoT! אתה יכול לעצור שם אם אתה רוצה אבל אל תשכח לקרוא את הקטע "משאבים". אם אתה רוצה ליהנות יותר ולבנות מעגל קבוע ומארז, המשך לקרוא.

שלב 7: צור מעגל קבוע (בונוס)

הגיע הזמן ליצור מעגל קבוע. תוכלו לצפות בסרטון זה ובסרטון זה כדי ללמוד על הלחמה. השתמשתי בלוח פרוטו סטנדרטי עם כותרת מסוימת ל- ESP8266. ככה אם אני רוצה לעשות שימוש חוזר במיקרו -בקר לפרויקט אחר, אני יכול. אתה יכול לבחור להלחם את המיקרו -בקר ישירות ללוח הפרוטו שלך. אם אתה לא בטוח בחר לוח פרוטו שנראה כמו לוח לחם; תוכל לעשות שימוש חוזר בחיבורי קרש הלוח שלך.

עשיתי שתי טעויות במכשיר הראשון שלי. לא השתמשתי בלוק הטרמינל עבור מחרוזת ה- LED … והפכתי את החוטים. ניתן לסמן את החוט השלילי או החיובי אך מומלץ להשתמש בלוק מסוף. הטעות השנייה היא שהשתמשתי ב- 3.3V כדי להניע את מחרוזת ה- LED וכתוצאה מכך אור עמום יותר. אם, כמוני, אתה עושה טעויות, אל תדאג, קל להסיר הלחמה ולשנות ערכי נגדים או לעדכן את החיבורים. אתה יכול אפילו להוסיף רכיבים נוספים מאוחר יותר!

עכשיו שיש לך מעגל קבוע, הגיע הזמן לבנות את המתחם שלו.

שלב 8: בנה מארז (בונוס)

עקבתי אחר מדריך sparkfun ב- Tinkercad כדי לבנות מארז למכשירים שלי. הדפסתי את המארז באמצעות ה- Prusa i3 MK3 החדש שלי שנרכש עם נימה PLA (מילוי 20% ו -0.2 מ מ). זה בעצם הראשון בשבילי וכבר עשיתי שתי טעויות שאתה יכול לראות בתמונות. במארז הראשון שלי לא היה המקום הנדרש עבור תקע ה- USB והחורים לא היו מיושרים. לאחר מכן עיצבתי גרסה חדשה עם התאמה טובה יותר שיכולה לתמוך גם במכסה. אתה יכול לחסוך קצת זמן וכמה כסף רק להדפיס את החלק הנדרש במארז כדי לבדוק את ההתאמה למעגל.

כעת יש לך שני מכשירי IoT שניתן לשלוט בהם באמצעות Blynk. השמיים הם הגבול. אתה יכול להרחיב את הפרויקט לחלוטין עם גלאי נוכחות השולט באורות, עם טיימר שמכבה את האורות לאחר פרק זמן מסוים, או אפילו באמצעות נורות מחרוזת LED כמערכת התראות; הם יכולים למצמץ כשאתה מקבל הודעת דוא ל למשל.

פריצה שמח!

שלב 9: משאבים

אני לא יכול להמליץ מספיק על הספר הזה: Make: Electronics: Learning Through Discovery. אתה יכול ללמוד על טרנזיסטורים, קבלים ועוד הרבה דברים מעניינים על אלקטרוניקה. יש לו את הידע הנדרש כדי להתחיל להתעסק עם רכיבי אלקטרוניקה. יחד עם הידע הנרכש שלך אודות ESP8266, Blynk ו- Tinkerpad, תוכל לבנות דברים מעניינים מאוד.

אתה יכול ללמוד הרבה צפייה בסרטוני Youtube. אני ממליץ על הערוצים הבאים:

- EEVblog

- GreatScott!

- האקדמיה לחאן

אני אתה מספיק אמיץ, אתה יכול לרכוש יותר ידע בעקבות קורסי edx או coursera בנושא IoT או אלקטרוניקה.