Cadena de llum de cristall intel·ligent: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Quan s’acosta el Nadal i estic en plena investigació sobre la domòtica i els objectes intel·ligents de bricolatge, aquest any vaig decidir provar de fer una cadena lleugera RGB d’aspecte elegant i agradable.

Vaig fer moltes investigacions sobre solucions de bricolatge a la xarxa, per una banda, alguns projectes consisteixen a afegir un relé Wifi o endoll intel·ligent per controlar la potència de la cadena de llum; per altra banda, alguns projectes utilitzen tires led dirigibles amb un controlador wifi per controlar completament els leds. M’ha agradat la manera com s’utilitza el controlador per controlar la tira de led adreçable, però per a mi una tira de LED no em sembla prou bé per a una cadena de llum de Nadal fantàstica.

Em quedava una mica sense temps per demanar algun component electrònic, així que vaig optar per crear la meva pròpia cadena de llum intel·ligent amb difusor de bombetes personalitzable i canviable i amb la màxima característica que podia obtenir utilitzant només els components que tenia a la meva oficina.

En general, la cadena de llum intel·ligent va sortir molt bé, el difusor utilitzat té un aspecte fantàstic i les funcions del firmware Wled són impressionants. Podeu personalitzar completament les llums segons les vostres necessitats. Però aquest projecte està lluny de ser perfecte, encara ho considero una versió beta i cal fer-hi algunes millores. Explicaré més endavant què faria per millorar la propera vegada que el construís.

Pas 1: es necessiten peces i eines

Només he fet servir peces que tenia a la meva oficina per a aquest projecte, ja que no està totalment optimitzat, us donaré les parts que he fet servir i també algunes que podríeu utilitzar per optimitzar la tira de llum.

Parts:

Wemos D1mini (ESP8266)

Relleu 5v 10A

• Tira WS2812b 144LED / m
• Font d'alimentació de 5V
• Condensador 1000uF
• Resistència de 470 Ohm
• Connector d'alimentació de 2 pins
• Connector de dades de 3 pins
• Botó
• Protoboard
• Soldar
• Wires 22 AWG (millor i varat i flexible)
• PETG clar
• PETG no clar (he utilitzat un de blanc)

Eines:

• Impressora 3D
• Soldador
• Alicates de tall
• Pinces
• Multímetre
• Cable micro USB

Opcional:

• WS2812b amb PCB
• Escut de Wled Wemos (gran tauler de bricolatge)
• Cable elèctric de 3 cables
• Cola calenta

Pas 2: impressions 3D

Per crear les bombetes, vaig modificar un model 3D que vaig trobar a thingiverse (aquí teniu la font). El model original va ser dissenyat per ser adorns de Nadal. El vaig modificar amb Fusion 360 per afegir un rosca a la part inferior de la peça. He utilitzat principalment la funció "Fil" de Fusion360 i he reduït la mida de tots dos fils en 0,15 mm a cada part per assegurar-me que hi hagi prou espai perquè la peça encaixi una en l'altra.

Per fer la cadena de llum i mantenir els LEDs, vaig dissenyar un endoll amb forat per al cable d'alimentació i dades, un petit recés per al LED de la tira ws2812b i un fil per poder cargolar la bombeta a la presa LED. Els forats per al cablejat a través de la presa són una mica fluixos per permetre posar 4 cables en cas que necessiteu una mica d’injecció d’alimentació a causa de la longitud de la tira. En aquest cas, podeu tenir 3 cables per a 5V, Data i Ground i el quart per portar un altre de 5V per connectar-vos al final de la vostra tira.

Les peces es fabriquen de manera que el fil fixi els cables connectats a la llum quan les dues peces s’estrenyen evitant arrencar els cables en manipular la corda de llum.

Per imprimir les peces que he fet servir:

PETG transparent per al difusor amb una alçada de capa de 0,12 mm, un 0% d’ompliment i 2 parets per mantenir una mica de resistència

PETG blanc per al sòcol LED amb alçada de capa de 0,12 mm, 100% de farciment per limitar la llum que entra per la part inferior del sòcol

He pogut imprimir tota la presa LED en una sola impressió, ja que la qualitat d’impressió no és massa important en aquesta impressió.

Per a la bombeta, recomanaria imprimir-ne una per una. Són molt prims i imprimir-los tots alhora pot provocar un mal acabat a la bombeta i fins i tot alguns problemes de força a la part roscada.

Aquí teniu les parts impreses en 3D que s’utilitzen per a aquest projecte:

www.thingiverse.com/thing:4672612

Pas 3: Preparació dels LEDs

En el meu cas, he utilitzat LEDs WS2812b de 5V, però observeu que qualsevol LED adreçable funcionaria per a aquest projecte.

Per a aquesta part, si és possible, seria molt millor utilitzar PCB rodó ws2812b preassemblat. Faria que la vostra tira de llum sigui més fiable i facilitarà el muntatge del LED a la presa LED.

Si utilitzeu una tira de llum ws2812b com jo, haureu de tallar el LED un per un de la vostra, assegurant-vos que manteniu prou de les pastilles de soldadura de la tira per soldar els cables en els passos següents.

Si no teniu prou superfícies de soldadura en cada LED, només podeu conservar-ne un de més de dos sacrificant un LED i tallant la longitud total de les seves pastilles de soldadura entre dos LED.

A continuació hauràs de preparar tots els teus cables. Trieu la longitud que vulgueu entre dues bombetes (he triat tenir uns 30cm) i un nombre de LEDs que vulgueu a la vostra corda (he utilitzat 20LED) i talleu tot el cable a la longitud que trieu. Haureu de tenir 3 cables per LED. (En el meu cas, necessitava 3x20LEDs, de manera que 60 cables de 30cm cadascun). L'adaptador de corrent dependrà del nombre de LEDs que utilitzeu a la tira. Amb una lluminositat màxima de 5 V, el WS2812b requereix 60 mA, heu de multiplicar aquest nombre per la quantitat de LED per tenir els requisits d’alimentació necessaris al vostre adaptador de corrent. En el meu cas, la potència màxima necessària és de 20 LEDs x 60mA = 1200mA. Vaig utilitzar un 5V / 3A que tenia al voltant, però podria haver utilitzat una font d'alimentació menys potent.

Si no teniu previst fer servir la tira de llum sobre un patró de color blanc sòlid amb una brillantor total, la tira de llum mai no necessitarà la màxima potència. Com a llum de Nadal, podeu considerar que només necessiteu 1A per a 40 LED.

Un cop tallats tots, podeu treure tots els costats de tots els cables i estanyar-los. (Aquest és un pas bastant llarg …)

Si voleu, podeu embolicar-los de 3 en 3 per fer que quedin bé entre els LED i perquè siguin menys propensos a enganxar-se al vostre arbre de Nadal.

Ara podeu estanyar tots els coixinets de soldadura dels vostres LED.

Quan tot estigui estanyat, col·loqueu el LED al seu lloc a la presa de LED, el LED cap amunt.

Pas 4: cablejat

Ara arriba la part més complicada del projecte. Haureu d’encadenar tots els LED utilitzant els cables que heu preparat abans.

Per a això, introduïu un cable de 3 fils a través d’un dels forats del mitjó LED i, amb la planxa de soldar, soldeu els cables a les pastilles de soldadura LED. (intenteu fer servir una punta molt prima a la planxa de soldadura). Quan heu de soldar, no heu d'escalfar ni deformar la presa de llum LED.

Per soldar els vostres LED en cadena, tingueu cura de respectar de debò l'orientació dels vostres LED.

Podeu utilitzar la fletxa de cada LED per assegurar-vos de respectar la direcció del cablejat. Si no en teniu cura, fregireu els LEDs connectats cap enrere.

Per a aquells que opten per embolicar els cables, haureu d’utilitzar un multímetre per detectar cada extrem dels cables que haureu de connectar al següent LED. (Sempre és millor comprovar abans que reparar després de provar)

Assegureu-vos que tot està ben soldat amb el multímetre durant el procés per verificar la soldadura per evitar soldadures fredes o deficients. Un LED mal soldat donarà lloc a que tots els LED després d’aquest funcionin o funcionin malament. Si teniu un problema que no s'encén el LED, comproveu la soldadura al principi (ho explico per experiència;))

Pas 5: programació

He seleccionat un Wemos D1 mini per al controlador perquè ja treballava amb aquesta placa. Són bastant barats, fiables, fàcils de programar i inclouen una antena Wifi.

He trobat el projecte WLED a github, és un firmware fet per al control de LED per wifi, exactament el que necessitava per al meu projecte.

WLED és un gran firmware desenvolupat per Aircoookie, compatible amb les plaques Esp8266 i ESP32 i amb moltes funcions. Per exemple:

• Més de 100 efectes especials de llamps
• Segments de LED per configurar diferents efectes i colors a diferents parts d’una tira de LED
• Interfície d'usuari de control web per controlar els LEDs amb l'ordinador
• Aplicació per a telèfons intel·ligents per controlar els LEDs amb el telèfon
• Comandament a distància per infrarojos
• Compatibilitat domòtica
• Compatibilitat amb l'Assistent de veu Alexa
• Afegint un relé per controlar la vostra llum
• Afegir un botó extern per controlar el LED sense Wifi
• Sincronitzeu diversos dispositius WLED a la vostra xarxa local

I molt més …

Descobriu totes les possibilitats al Github del projecte:

Intermitir Wled a un esp8266 no és tan difícil. No cal res específic. Només heu de seguir aquests passos:

Aneu a la pàgina de Wled Github per descarregar l’últim firmware (https://github.com/Aircoookie/WLED/releases)

Per a Wemos D1 Mini descarregueu el fitxer que acaba amb ESP8266.bin

Aneu a la pàgina de Python per descarregar i instal·lar Pytno (https://www.python.org/downloads/)

Instal·leu la versió més nova de Python per al vostre sistema operatiu

Obriu un terminal i utilitzeu les ordres següents:

pip instal·lar esptool

Per comprovar si l'eina està instal·lada correctament, utilitzeu l'ordre següent:

esptool.py

Si teniu problemes amb l’Esptool.py, podeu provar de descarregar l’esphome-flasher. Aquest instal·lador fa exactament el mateix, però utilitza una interfície gràfica.

Ara podeu connectar la mini placa Wemos D1 a l’ordinador amb el cable micro USB.

Un cop connectat, utilitzeu l'ordre següent per llampar Wled al tauler:

esptool.py write_flash 0x0./WLED_X. X. X_ESP8266.bin

Només heu de substituir./WLED_X. X. X_ESP8266.bin pel camí del fitxer.bin que heu descarregat anteriorment.

Ara, la vostra placa Wemos s'hauria de llançar amb èxit amb WLED?

Pas 6: Connexió de la placa a WiFi

Ara que el tauler està llampat, quan l’engegueu hauríeu de veure una nova xarxa Wi-Fi anomenada WLED-AP. Proveu de connectar-vos a aquesta xarxa Wifi i utilitzeu aquesta contrasenya:

wled1234

Se us redirigirà a una pàgina web, només heu de seguir els passos per connectar el tauler al WiFi de casa vostra

Un cop hàgiu configurat el tauler al WiFi de casa, canvieu a la vostra xarxa WiFi normal i obriu un navegador nou per connectar-vos al nom mDNS que heu configurat abans

Hauríeu d’estar connectat a la pàgina web següent:

Pas 7: control del PCB

Aquesta part no és un requisit perquè el sistema funcioni. Només podeu connectar la unitat d’alimentació a la vostra tira i al Wemos D1 mini i, a continuació, utilitzar un cable per connectar la Data In de la tira LED al pin D4 del Wemos D1 mini.

Volia provar la funció de relé i botó físic, així que vaig agafar una protoborda per fer un prototip del sistema per tenir una solució de prova de treball.

He utilitzat principalment un esquema de cablejat que he trobat al WLED Wiki i el vaig modificar lleugerament per afegir el relé i el botó utilitzant l’ús GPIO que es dóna a la mateixa pàgina del WLED Wiki.

Per afegir el relé al vostre projecte, heu d’engegar el relé amb la línia d’alimentació de 5V i la terra i connectar el GPIO12 (pin D6 del Wemos D1 mini) al pin d’ordres del relé. A l’altre costat del relé, connecteu-lo al centre de la línia elèctrica de 5V connectant l’entrada de 5V al pin d’entrada i la sortida de 5V al pin NO (Normaly Open) del relé. Per defecte, el microprogramari WLED encén el pin GPIO12 en encendre els LED, en connectar la línia de 5 V del pin NO, engegareu el relé en encendre els LED i apagareu el relé en apagar els LED (això és el que volem aconseguir).

També podeu afegir un botó al circuit quan no utilitzeu un rellotge per controlar els LEDs. Per connectar el botó, connecteu-lo entre el GPIO 0 (D3 del Wemos D1 mini) i la terra. El botó es pot configurar a la interfície de l’aplicació WLED per fer accions especials amb un sol toc, manteniu premut dues vegades (Efecte següent, Cicle predefinit, ON / OFF per exemple).

El condensador connectat a la línia elèctrica de la tira de llum s'utilitza per suavitzar la línia elèctrica i absorbir els pics de potència potencials. connecteu-lo després del relé i el més a prop possible de l’inici de la tira LED per a un millor ús.

La resistència de l'entrada de la línia de dades de la tira està allà per protegir la tira de LED que es cremi d'aquesta entrada. Potencialment, si teniu la línia de dades connectada però el carril d’alimentació positiu desconnectat, hi ha el risc d’intentar alimentar el LED a través del pin de dades i cremar-lo.

Si teniu un cable de cable llarg des del controlador fins al primer LED, podeu utilitzar un canvi de nivell per tenir una entrada de dades fiable a la vostra cadena de LED. Hi ha components fets per fer aquesta feina, però podeu utilitzar una alternativa econòmica utilitzant un LED de la vostra tira com a canvi de nivell. Per assolir aquest objectiu, connecteu un dels LED directament al protobordo prop de la sortida del controlador. A continuació, podeu connectar el connector de tira LED després d’aquest LED. En passar pel primer LED, la línia de dades es veurà afectada de la mateixa manera que amb un canvi de nivell. (Per evitar que aquest LED s’il·lumini amb la vostra banda LED, hi ha una opció a les preferències del LED WLED per comprovar si es salta el primer LED).

Un cop connectat tot, trigueu una estona a comprovar totes les connexions i soldades.

Si tot està bé, ara podeu connectar la font d'alimentació i la tira LED a la vostra placa de circuit.

Pas 8: activeu el LED perquè funcioni amb WLED

Per permetre que la vostra tira de llum funcioni bé a Wled, haureu d’anar a la configuració de la interfície web i, a continuació, a les preferències de LED i introduir el recompte de LED que teniu a la vostra cadena de LED.

També podeu limitar el corrent màxim que voleu que dibuixi la vostra cadena lleugera perquè la vostra font d’alimentació sigui molt segura.

Deseu la configuració i torneu a la pàgina principal per provar la vostra tira de llum.

Ara podeu triar diferents colors i efectes per il·luminar el vostre arbre de Nadal.

Cerqueu una wiki completa que mostra tots els preajustats i possibilitats dels efectes a la pàgina Wiki del projecte WLED:

Pas 9: Resultats

Crec que Light Strip va sortir molt bé per a una versió alfa, la bombeta de vidre funciona molt bé com a difusor amb PETG clar i el control que ofereix el programari WLED és fantàstic. Segur que no serà l'última vegada que faré servir WLED per afegir llum intel·ligent a casa meva.

La propera vegada provaré d’utilitzar una tira lleugera, faré servir components més fiables com el WS2812b i crec que provaré el Wled Wemos Shield que ofereix un PCB d’aspecte millor amb algunes funcions més (un fusible per a més seguretat encara, per exemple). També intentaré fer alguna cosa impermeable per a la propera versió per oferir les possibilitats d’afegir la tira a l’exterior.

Gràcies per llegir aquest instructiu, espero que us hagi estat útil, actualitzaré aquest article quan es faci la segona versió, estigueu atents si esteu interessats:)