מנורת IoT DIY לאוטומציה ביתית -- הדרכה ESP8266: 13 שלבים (עם תמונות)

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

במדריך זה נכין מנורה חכמה המחוברת לאינטרנט. זה ייכנס לעומק האינטרנט של הדברים ויפתח עולם של אוטומציה ביתית!

המנורה מחוברת ל- WiFi ובנויה לפרוטוקול הודעות פתוח. זה אומר שאתה יכול לבחור את כל מצב השליטה שאתה רוצה! ניתן לשלוט בו באמצעות דפדפן אינטרנט, אפליקציות אוטומציה ביתיות, עוזרים חכמים כמו אלקסה או Google Assistant ועוד הרבה יותר!

כבונוס מנורה זו משתלבת עם אפליקציה לשליטה בפרויקט. כאן תוכל לבחור מצבי צבע שונים, לדעוך בין צבעי RGB ולהגדיר טיימרים.

המנורה מורכבת מלוח LED ולוח בקרה. לוח הלד משתמש בשלושה סוגים שונים של נוריות עבור סך של חמישה ערוצי LED! זהו RGB יחד עם לבן חם וקרה כאחד. מכיוון שניתן להגדיר את כל הערוצים הללו בנפרד, יש לך סך הכל 112.3 שילובי פטה!

בואו נתחיל!

[נגן סרטון]

שלב 1: חלקים וכלים

חלקים

• Wemos D1 מיני
• 15 x לדים 5050 לבנים חמים
• 15 x נוריות 5050 לבנות קרות
• 18 x נוריות RGB 5050
• נגדים של 6 x 300 אוהם 1206
• נגדים 42 x 150 אוהם 1206
• נגדים 5 x 1k ohm

• 5 x NTR4501NT1G

  MOSFETs

• ווסת מתח לינארי, 5V

• PCB

  הורד את קבצי הגרבר בשלב המעגל כדי ליצור מחשבי PCB משלך

• PSU 12V 2A

כלים

• מלחם

  • פח הלחמה
  • שטף הלחמה נוזלי
• נייר דבק
• קלטת דו צדדית
• מדפסת תלת מימד
• חשפניות חוטים

שלב 2: התוכנית

הפרויקט השלם מורכב מארבעה חלקים עיקריים:

1. מעגל חשמלי

   המעגל עשוי על לוח PCB. המעגל שהושלם יכלול יותר מ -100 רכיבים בודדים. זו הקלה עצומה לא לחבר את כל אלה ביד על לוח לוח

2. קוד ארדואינו

   אני משתמש ב- Wemos D1 Mini המשתמש ב- ESP8266 כמיקרו -בקר מחובר WiFi. הקוד יפעיל שרת ב- D1. כאשר אתה מבקר בכתובת של שרת זה D1 יפרש זאת כפקודות שונות. המיקרו -בקר פועל על פי פקודה זו כדי להגדיר את האורות בהתאם

3. שלט רחוק

   • הכנתי אפליקציה בדיוק בשביל הפרויקט הזה כדי שיהיה לך קל יותר לשלוט במנורה כרצונך

   • ניתן באמת לשלוט במנורה החכמה על ידי כל דבר המסוגל לשלוח בקשת http GET. המשמעות היא שהמנורה מקבלת פקודות ממערך מכשירים כמעט בלתי מוגבל

4. הדפסה תלת מימדית

   מנורה חכמה זו ראויה למארז למראה מגניב. וכמו כל כך הרבה פרויקטים שבהם אתה צריך מארז מגניב, הדפסה תלת מימדית באה לעזרתך

שלב 3: מעגל

הזמנתי את ה- PCB שלי מ- jlcpcb.com. זמן גילוי מלא: הם גם נותנו חסות לפרויקט זה.

ה- PCB מורכב משני חלקים. יש לו לוח LED ולוח הבקרה. ניתן לפרק את ה- PCB כדי לחבר מאוחר יותר את שני החלקים האלה באמצעות חוט גמיש. זה הכרחי כדי לשמור על המנורה המודפסת בתלת -ממד דקה, ולזווית את לוח הלד כדי להפיץ את האור באופן שווה דרך חדר החורים.

לוח הבקרה מכיל את המיקרו -בקר D1 יחד עם חמישה מכשירי MOSFET לעמעם הנוריות, וסת מתח שיעניק למיקרו -בקר 5V חלק.

לוח ה- LED כולל חמישה ערוצי LED בשלושה סוגים שונים של נוריות LED. מכיוון שאנו משתמשים במקור חשמל של 12V, נוריות ה- LED מוגדרות כשלוש נוריות בסדרה עם נגד ואז חוזרות על עצמן 16 פעמים במקביל.

נורית לבנה רגילה שואבת בדרך כלל 3.3 V. על קטע הלוח, שלוש מנורות אלה נמצאות בסדרה, כלומר ירידת המתח מצטברת במעגל. שלוש נוריות שצורכות 3.3 V כל אחת משמעו קטע אחד של נוריות שואב 9.9 V. המעגל מופעל על ידי 12 וולט כך שמשאיר 2.1 וולט.

אם הקטע היה מורכב רק משלוש הלדים הם היו מקבלים יותר מתח ממה שהם מתפוגגים. זה לא טוב לנוריות ויכול לפגוע בהן במהירות. זו הסיבה שלכל קטע יש גם נגד בסדרה עם כל שלושת הלדים. הנגד הזה נמצא שם כדי להוריד את ה 2.1 V הנותר בצומת הסדרה.

אז אם כל קטע מהווה 12 V זה אומר שכל אחד מהמקטעים מחוברים זה לזה במקביל. כאשר מעגלים מחוברים במקביל כולם מקבלים את אותו המתח והזרם מצטבר. הזרם בחיבור סדרתי תמיד זהה.

LED רגיל שואב 20 mA בזרם. המשמעות היא קטע, שהוא שלושה נוריות LED ונגד בסדרה עדיין ימשכו 20 mA. כאשר אנו מחברים מספר מקטעים במקביל, אנו מוסיפים את הזרם. אם אתה חותך שישה נוריות LED מהרצועה, יש לך שני מקטעים אלה במקביל. מה שאומר שהמעגל הכולל שלך עדיין מושך 12 וולט, אך הוא שואב 40 mA בזרם.

שלב 4: הלחמות נוריות

מניסיונות של כמה דברים שמצאתי מסקינג טייפ פשוט היעיל והגמיש ביותר לשמירה על הנעת הלוח.

עבור חלקים עם מספר סיכות, כמו 6 פינים על 5050 LED, אני מתחיל בהנחת הלחמה על אחת מכריות ה- PCB. אז זה רק עניין של שמירה על הלחמה זו מותכת עם הלחמה תוך החלקת הרכיב למקומה בעזרת פינצטה.

כעת ניתן להדביק בקלות את הרפידות האחרות בעזרת הלחמה. עם זאת, כדי להאיץ את העבודה הזו אני מציע להרים קצת שטף הלחמה נוזלי. אני באמת לא יכול להמליץ על החומר הזה מספיק.

החל חלק מהשטף על כריות ההלחמה, ולאחר מכן המס מעט הלחמה על קצה ברזל ההלחמה שלך. עכשיו רק צריך להביא את הלחמה מותכת לרפידות והכל זורם למקומו. נחמד ופשוט.

בכל הנוגע לנגדים ולרכיבים אחרים של שתי כריות אין צורך באמת בשטף הלחמה. מרחו הלחמה על אחת הרפידות והביאו את הנגד למקומו. עכשיו רק תמיס קצת הלחמה על כרית מספר שתיים. קלי קלות.

תסתכל על התמונה החמישית בשלב זה. שימו לב לכיוון הנורות. נוריות הלבן הלבנות החמות והקרות מכוונות את החריץ שלהן בפינה הימנית העליונה. נוריות ה- RGB בעלות חריץ בפינה השמאלית התחתונה. זוהי שגיאת עיצוב מצידי, מכיוון שלא הצלחתי למצוא את גליון הנתונים של נוריות ה- RGB המשמשות בפרויקט זה. נו טוב, תחיה ולמד וכל זה!

שלב 5: לוח בקרת הלחמות

לאחר סיום מרתון לוח הלדים, לוח הבקרה הוא משב רוח להלחמה. הנחתי את חמשת ה- MOSFET ואת נגדי מקור השער התואמים, לפני שעברתי לווסת המתח.

ווסת המתח כולל חללים אופציונאליים להחלקת קבלים. בזמן שהלחמתי אותם בתמונה הזו בסופו של דבר הסרתי אותם כי הם לא היו ממש נחוצים.

הטריק כדי להשיג לוח בקרה דק הוא לשים את כותרות הסיכות המנקרות את החלק העליון מלמטה. לאחר שהסיכות במקומן, ניתן לחתוך את האורך שאינו בשימוש מהצד האחורי יחד עם הפלסטיק השחור. זה הופך את הצד התחתון לחלק לגמרי.

עם כל הרכיבים במקום הגיע הזמן לאחד את שני הלוחות. פשוט גזרתי והפשטתי שישה חוטים קטנים בגודל 2.5 אינץ '(7 ס מ) וחיברתי את שני המעגלים.

שלב 6: הגדרת WiFi

ישנן שש שורות פשוטות בקוד שעליך לשנות.

1. ssid, שורה 3

   שם הנתב שלך. וודא שאתה מקבל את האותיות הנכונות כשאתה כותב את זה

2. wifiPass, שורה 4

   סיסמת הנתב שלך. שוב, שימו לב למעטפת

3. ip, שורה 8

   כתובת ה- IP הסטטית של המנורה החכמה שלך. בחרתי בכתובת ip אקראית ברשת שלי וניסיתי לדפוק אותה בחלון הפקודה. אם אין תשובה מהכתובת אתה יכול להניח שהיא זמינה

4. שער, קו 9

   זה יהיה השער בנתב שלך. פתח חלון פקודה והקלד "ipconfig". השער ורשת המשנה מוקפים באדום בתמונה

5. רשת משנה, שורה 10

   בדומה לשער, מידע זה מוקף בתמונה לשלב זה

6. זמן אזור, שורה 15

   אזור הזמן בו אתה נמצא. שנה זאת אם ברצונך להשתמש בפונקציות הטיימר המובנות כדי להדליק ולכבות נורות בזמנים ספציפיים. המשתנה הוא נקודה פשוטה או מינוס GMT

שלב 7: קוד מיקרו -בקר

לאחר שינוי כל ההגדרות הרלוונטיות בשלב הקודם הגיע סוף סוף הזמן להעלות את הקוד ל- Wemos D1 Mini!

קוד הארדואינו דורש כמה ספריות ותלות. עקוב תחילה אחר המדריך הזה מ- sparkfun אם מעולם לא העלית קוד מ- arduino IDE ל- ESP8266.

כעת הורד את ספריית הזמן ואת ספריית TimeAlarms. פתח את אלה ועתק אותם לתיקיית הספרייה של arduino במחשב שלך. בדיוק כמו התקנת כל ספריות ארדואינו אחרות.

שימו לב להגדרות ההעלאה שבתמונה בשלב זה. בחר אותה תצורה, למעט יציאת ה- com. זו תהיה כל יציאת ה- com שאליה אתה מחובר המיקרו -בקר שלך במחשב שלך.

כאשר הקוד מועלה פתח את הטרמינל הטורי להודעה של חיבור, בתקווה מוצלח! כעת תוכל לפתוח את הדפדפן שלך ולבקר בכתובת ה- IP הסטטית ששמרת בבקר המיקרו. מזל טוב, זה עתה בנית שרת משלך ומארח עליו דף אינטרנט!

שלב 8: פתח את פרוטוקול ההודעות

כאשר אתה שולט במנורה החכמה עם האפליקציה כל ההודעות יטופלו עבורך באופן אוטומטי. להלן רשימת ההודעות שהמנורה מקבלת, אם ברצונך לבנות שלט רחוק משלך. השתמשתי בכתובת ip לדוגמה כדי להמחיש כיצד להשתמש בפקודות.

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

  • מגדיר נורות אדומות לערך מקסימלי, נורות ירוקות לחצי ערך ואורות כחולים ל -34. לבן קר וחם בקושי נדלק
  • בעת הזנת ערכים, תוכל לבחור בין 0 ל- 1023. כתוב תמיד את ערכי האור כארבע ספרות בכתובת האתר

• 192.168.0.200/&&B=0800

  מגדיר אורות כחולים לערך 800 ובמקביל מכבה את כל שאר הנורות

• 192.168.0.200/LED=OFF

  מכבה את כל האורות לגמרי

• 192.168.0.200/LED=FADE

  מתחיל לדעוך לאט בין כל צבעי ה- RGB האפשריים. מושלם לאווירה

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

  מהבהב את הצבע הנתון פעמיים כדי לציין הודעה נכנסת. מושלם אם אתה רוצה, למשל, ליצור תוכנית במחשב שלך להבהב את המנורה האדומה בכל פעם שאתה מקבל הודעת דוא"ל חדשה

• 192.168.0.200/DST=1

  • מתאים את השעון לשעון הקיץ. מוסיף שעה אחת לשעון
  • /DST = 0 השתמש בזה כדי לחזור מ- DST, מסיר שעה אחת מהשעון אם DST פעיל

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

  שומר את המצב עבור טיימר 1. טיימר זה יפעיל את ערכי RGB הנתונים בשעה 06:30 בבוקר

• 192.168.0.200/TIMER1H=99

  הגדר את שעון הטיימר ל- 99 כדי להשבית את הטיימר. ערכי RGB עדיין מאוחסנים, אך הטיימר לא ידליק את האורות כאשר השעה מוגדרת ל -99

• למנורה ארבעה טיימרים בודדים. שנה את "TIMER1" עבור "TIMER2", "TIMER3" או "TIMER4" כדי להתאים את אחד מהטיימרים האחרים המובנים.

אלה הפקודות המובנות כיום. השאר הערה אם יש לך רעיונות מגניבים לפקודות חדשות לבנות בקוד הארדואינו או באפליקציה המרוחקת!

שלב 9: שלט רחוק

לחץ כאן להורדת האפליקציה. ההתקנה נעשית סופר קלה, פשוט הזן את כתובת ה- IP של המנורה החכמה שלך ובחר אם ברצונך לשלוט רק על נוריות RGB או נוריות לבנות חמות וקרות של RGB +.

כפי שהוסבר בשלב הקודם, כעת אתה יודע באיזה פרוטוקול הודעות האפליקציה משתמשת. הוא שולח בקשת GET של http עם כתובות האתרים. המשמעות היא שאתה יכול גם ליצור מעגל מיקרו -בקר משלך, ועדיין להשתמש באפליקציה זו כדי לשלוט בפונקציות שאתה מפתח בעצמך.

מכיוון שבאמת בחנו לעומק את פרוטוקול ההודעות, תוכל גם לשלוט במנורה החכמה על ידי כל דבר המסוגל לשלוח בקשת http GET. המשמעות היא כל דפדפן בטלפון או במחשב, או מכשירים ביתיים חכמים או עוזרים כמו Alexa או Google Assistant.

Tasker היא אפליקציה שבעצם מאפשרת לך ליצור תנאים לשליטה קרוב לכל דבר. השתמשתי בזה כדי להבהב את המנורה החכמה בצבע הודעה כשאני מקבל אותה בטלפון שלי. הגדרתי גם טקסר כדי להדליק את האורות בלבן מלא, כשהטלפון מתחבר ל- WiFi הביתי שלי אחרי השעה 16:00 ביום חול. זה אומר שהאורות נדלקים אוטומטית כשאני חוזר מבית הספר. זה ממש מגניב לחזור הביתה עם אורות דולקים אוטומטית!

שלב 10: הדפסה תלת מימדית

ניתן להדפיס את המנורה עצמה כמעט לחלוטין ללא תומכים. החלקים היחידים שבאמת זקוקים לתמיכה הם היתדות המיועדות להזדווגות עם ה- PCB. לכן הפכתי את ה- STL לזמין הן עם ובלי מבנה תמיכה זעיר רק ליתדות האלה. היתרון בשימוש בתמיכה מותאמת אישית זו הוא שההדפסה מהירה בהרבה! ואנחנו מקבלים תמיכה בהדפסה רק על החלקים שבאמת צריכים את זה.

אתה יכול להוריד את קבצי.stl כאן

שלב 11: הביאו הכל ביחד

לאחר הדפסה תלת מימדית התחל על ידי הסרת תמיכת ההדפסה. כבלי החשמל נכנסים לערוצים נפרדים וקשורים זה לזה. קשר זה ייצור הקלה במתיחות שתמנע מהכבלים להיחלץ מה- PCB. הלחם את כבלי החשמל על החלק האחורי של הלוח והוודא שאתה מקבל את הקוטביות הנכונה!

לוח הבקרה מהודק לאחר מכן בעזרת פיסת סרט כדי לשמור אותו סומק בתוך המארז. ניתן להדביק את לוח ה- PCB LED במקומו במקום בו הוא מונח בכוחות עצמו.

שלב 12: תליית המנורה

יש הרבה אפשרויות לתלות את המנורה הזו על הקיר. מכיוון שאוכל לעדכן את הקוד באופן רציף כדי לשפר את המנורה, רציתי איך להוריד את המנורה מדי פעם. אתה יכול להשתמש בדבק חם, אבל אני ממליץ על סרט דבק דו צדדי. עדיף להשתמש בסרט הדו -צדדי העבה והקצף מכיוון שהוא מחזיק את המנורה בצורה הטובה ביותר על קיר מרקם.

שלב 13: סיים

כשהמנורה מונחת על הקיר ומוכנה לקבל פקודות זה אומר שסיימת!

לוח הלדים זוויתי באופן המפיץ את האור באופן שווה בחדר. זוהי תוספת נחמדה לכל חלל עבודה והיכולת להשתלב עם אוטומציה ביתית היא יתרון גדול. אני מאוד אוהב את היכולת להגדיר צבעי RGB וכן להתאים את איזון הלבן בין אור קר וחם. הוא נראה מסוגנן ומהווה עזרה מצוינת להגדרת נורות או סביבת עבודה, כך שיתאים לכל צרכי התאורה שיש לי כרגע.

מזל טוב, עשית עכשיו קפיצה גדולה לעולם ה- IoT והאוטומציה הביתית!