Llums tàctils sincronitzats en color: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Per a aquest projecte fabricarem dues làmpades que puguin canviar el seu color al tacte i que puguin sincronitzar aquest color entre elles per Internet. El vam utilitzar com a regal de Nadal per a un amic que es va traslladar a una altra ciutat. Va aconseguir una de les làmpades i l’altra ens queda. D’aquesta manera, tots dos disposem d’un llum d’aspecte agradable, alhora que podem enviar-nos colors. Aquesta és una manera agradable i divertida de comunicar-se, encara que estigui separada, i una forma de comunicació molt més lleugera que mitjançant text, veu o imatges.

Aquest projecte s’inspira en el projecte Syncenlight del programa de ràdio alemany Netzbasteln, tot i que hem modificat una mica el programari tranquil i hem creat làmpades més sofisticades per al nostre projecte. Al vídeo podeu veure com funciona. A efectes de demostració, les dues làmpades estan situades directament una al costat de l’altra, però fins i tot funcionaria si estiguessin en costats oposats del planeta (sempre que hi hagi WiFi).

Pas 1: Habilitats, eines i peces necessàries

Com que hem de soldar l'electrònica de la làmpada, les úniques habilitats especials necessàries per a aquest projecte són les habilitats de soldadura i la comprensió bàsica de l'electrònica. Si enteneu algunes coses bàsiques sobre el desenvolupament de programari, això seria un avantatge, ja que podríeu modificar el programari segons les vostres necessitats. Però si només voleu fer-lo servir com ho hem fet, només podeu descarregar el programari i penjar-lo al vostre propi llum.

Les parts necessàries per a la làmpada es poden veure a la imatge superior. Si voleu construir-lo exactament com nosaltres, això és el que necessiteu:

• una resistència de 100kΩ
• un Wemos D1 mini (o qualsevol altra placa basada en ESP8266)
• alguns LEDs WS2812B (ja siguin simples o una tira d'aquests)
• alguns cables
• un cable USB (el mateix tipus que s’utilitza per a la majoria de telèfons intel·ligents, ha de ser un cable de dades)
• un test metàl·lic
• un gerro de vidre
• una llauna d’esprai de flors de gel (o alguna cosa similar)
• dos pals de fusta
• un petit tros de cartró (de la mida del Wemos D1 mini)

Els darrers cinc elements d’aquesta llista són els que hem utilitzat per a un dels nostres dissenys específics de làmpades. Aquest és el disseny de la làmpada que farem servir com a exemple en aquesta instrucció. Podeu construir la vostra pròpia làmpada exactament com aquesta, però, per descomptat, també podeu ser creatius en aquesta part i dissenyar la vostra pròpia làmpada com vulgueu. Com podeu veure a les imatges, el segon que construïm té un aspecte diferent al de la primera i ja tenim idees per a nous dissenys de làmpades. Per tant, aquesta és la part on hi ha possibilitats gairebé infinites.

Per descomptat, no només necessitem les peces, sinó també les eines per muntar-ho tot. Per a això necessitem els elements següents:

• un soldador (més soldadura)
• una mica de paper de vidre
• unes tisores
• una pistola de fusió en calent
• una serra de fusta

Ara que tenim tot el que necessitem, explicarem la idea bàsica de la làmpada, com funciona tot i, per descomptat, com construir la làmpada.

Pas 2: la idea bàsica i com funciona

La idea bàsica es pot veure a l'esquema de cablejat. Al centre del projecte hi ha la mini placa Wemos D1 que té un microcontrolador ESP8266. L’avantatge de l’ESP8266 és que és barat i té WiFi directament a bord, que és exactament el que necessitem. Hem utilitzat la mini placa Wemos D1 perquè amb aquesta placa no necessiteu cap eina addicional per carregar el programari al microcontrolador (a part d’un cable de dades USB estàndard). Però qualsevol placa basada en ESP8266 hauria de funcionar per a aquest projecte.

Per controlar la làmpada volem utilitzar un sensor tàctil capacitiu (per tant, el mateix principi bàsic que s’utilitza a la majoria de pantalles de telèfons intel·ligents). Aquest sensor tàctil es pot construir connectant una resistència de 100 kΩ amb dos pins de l’ESP8266 (en el nostre cas els pins D2 i D5) i, a continuació, connectant un cable addicional al pin D5 i soldant aquest fil a una placa metàl·lica. On soldeu aquest filferro depèn del disseny de la làmpada que trieu. En l’esquema de cablejat acabem d’utilitzar una placa metàl·lica genèrica, però per al disseny específic de la làmpada hem soldat aquest cable a la part de l’olla metàl·lica de la làmpada. Si us interessa saber com funciona exactament, hi ha una bona explicació al lloc web de la biblioteca Arduino que hem utilitzat per programar el sensor tàctil capacitiu.

Ara que tenim alguna cosa que podem tocar per controlar la llum, el següent que necessitem és una font de llum. Per a això, hem utilitzat LEDs WS2812B. S’utilitzen àmpliament en diversos projectes i el seu principal avantatge és que podeu controlar el color de nombrosos LEDs mitjançant una única connexió de dades entre el primer LED i el microcontrolador (en el nostre cas connectat al D8 de l’ESP8266). Al nostre projecte estem utilitzant quatre LEDs WS2812B. A l’esquema de cablejat es mostren dos, però afegir LEDs addicionals funciona exactament igual que afegir el segon: el pin DOUT del segon LED s’ha de connectar a DIN del tercer i s’ha de connectar VSS i VDD al pin de terra i al Pin de 5V respectivament. Aquests LED WS2812B es poden programar fàcilment, p. amb la biblioteca NeoPixel d'Adafruit.

Ara tenim tots els ingredients que necessitem: un microcontrolador amb capacitat WiFi, un sensor tàctil per controlar la llum i la font de llum mateixa. En els passos següents es descriurà com construir la làmpada real i com penjar el programari i què cal fer perquè dues (o més) làmpades es puguin sincronitzar a Internet.

Pas 3: Soldar l'electrònica

Per tant, primer de tot, hem de soldar totes les peces electròniques juntes. Vam començar soldant junts els únics LED WS2812B (tal com es mostra i es descriu al pas anterior). Si tornéssim a fer aquest projecte, probablement només compraríem els LED WS2812B en forma de tira. Aquestes tires es poden tallar de manera que tingueu exactament la quantitat de LED que desitgeu i només cal soldar els connectors DIN, VDD i VSS d’aquesta tira als pins D8, 5V i G de l’ESP8266. Això seria més fàcil que fer-ho tal com ho vam fer, però també és possible soldar els únics LED WS2812B junts com es pot veure a les imatges (tot i que les nostres juntes de soldadura no són molt boniques, però funcionen)

A continuació, hem soldat la resistència entre els pins D2 i D5. Al pin D5 també hem de soldar amb un cable addicional que després es soldarà a la part de la làmpada que hauria de funcionar com a sensor tàctil. A les imatges es pot veure que no hem soldat la resistència directament a la placa, sinó que hem soldat els connectors a la placa on hem posat la resistència. Això es deu al fet que volíem esbrinar quina resistència funciona millor per a aquest projecte, però també podeu soldar la resistència directament a la placa.

Com a darrer pas, ara podem connectar el nostre cable USB a l’endoll USB del Wemos D1 mini (assegureu-vos que teniu un cable de dades USB; també hi ha cables que funcionen només per carregar però no per transferir dades, però necessitem capacitat de dades per fer flash el programari més endavant).

Pas 4: Construir el llum

Ara que les parts electròniques estan llestes, podem començar a fabricar la llum real. Per a això volem il·luminar el gerro des de la part superior amb els nostres LED i volem que la llum del llum sigui difusa. Com que el vidre del gerro que hem trobat és molt clar, hem utilitzat esprai de flors de gel per donar un aspecte més glaçat al got. Hi ha diverses versions d’esprai disponibles que poden donar al vidre un aspecte més esmerilat o difús perquè pugueu mirar allò que podeu trobar. Si utilitzeu aquest esprai, assegureu-vos que tot estigui ben assecat abans de continuar. Això pot trigar diverses hores en funció del spray que utilitzeu.

Per construir la làmpada, hem d’assegurar-nos que el test de metall es mantingui a la part superior del gerro a l’alçada adequada i que l’electrònica estigui fixada dins del test de manera que els LED il·luminin el gerro. Per fer-ho hem utilitzat els dos pals de fusta, el paper de sorra i la serra de fusta per fer una creu. Aquesta creu s’assentarà a sobre del gerro i els extrems de la creu s’enganxaran a l’olla. D’aquesta manera ens podem assegurar que l’olla estigui a l’alçada adequada (si la creu de fusta té la mida adequada).

Per fer-ho, primer hem utilitzat la serra per aconseguir que els pals de fusta tinguessin la mida adequada. Després hem utilitzat el paper de sorra per polir un solc al mig d’un dels pals. Ara vam enganxar l’altre a la ranura amb l’ajut de la pistola de fusió en calent. Si poséssim això a sobre del gerro no encaixaria bé, perquè els pals no estan al mateix nivell. Així, vam lijar dues noves ranures als extrems del pal que es troba al nivell inferior, de manera que la creu encaixi perfectament al gerro. Això es pot veure bé a les imatges.

Si tot encaixa bé, el següent pas és enganxar un tros de cartró a la part superior de la creu. Ha de ser al costat de la creu on no hi ha solcs. Després vam enganxar la mini placa Wemos D1 a la part superior del cartró i els LED a l’altra banda de la creu.

El següent pas és soldar el cable del sensor tàctil resistiu a l'olla metàl·lica. D’aquesta manera podem controlar el color de la làmpada tocant l’olla. Si es fa això, la creu de fusta es pot enganxar a l'olla metàl·lica amb la pistola de fusió en calent i després es pot enganxar la creu i l'olla a sobre del gerro.

Com a darrer pas, ara podem enganxar el cable USB amb la súper cola al gerro perquè tot sembli agradable i ordenat. Ara ja quasi hem acabat.

Pas 5: poseu-lo en funcionament

L'últim pas és carregar el programari al llum i configurar el servidor que s'utilitzarà per a la sincronització del llum. Si esteu interessats en com funciona exactament el programari, podeu estudiar el codi font, aquí no detallarem massa. Però la idea bàsica és que cadascun dels llums que vulgueu sincronitzar ha d’estar connectat al mateix servidor MQTT. MQTT és un protocol de missatgeria per a Internet de les coses i la comunicació màquina a màquina. Si una de les làmpades canvia de color, la publicarà al servidor MQTT, que després enviarà un senyal a la resta de làmpades que els indicarà que també canviïn el seu color.

Però no us preocupeu, no cal entendre res sobre MQTT, com funciona o com configurar un servidor MQTT si només voleu utilitzar el llum. Per descomptat, podeu configurar i configurar el vostre propi servidor si voleu. Però si no voleu fer-ho, també hi ha diversos serveis disponibles on podeu llogar un servidor MQTT allotjat al núvol. Hem utilitzat CloudMQTT per a això, on podeu obtenir un servidor molt limitat fins i tot de franc (però amb prou funcionalitat i amplada de banda per als nostres propòsits). El pla gratuït s’anomena Cute Cat i, si en teniu un, només cal que consulteu Detalls → Informació de la instància i allà podeu veure el servidor, l’usuari, la contrasenya i el port de la vostra instància MQTT. Aquests valors són tot el que necessiteu, així que escriviu-los:-)

Ara, per carregar el programari a la làmpada, heu de connectar el cable USB al vostre ordinador portàtil o ordinador i després podeu carregar el programari mitjançant el programari Arduino. La informació sobre com instal·lar i configurar el programari Arduino per fer-lo servir amb plaques basades en l’ESP8266 s’explica bé en aquest manual, de manera que no cal que repetim aquests passos aquí.

Després d’instal·lar i configurar tot el que necessiteu, aneu a Eines → Gestiona biblioteques al programari Arduino i instal·leu les biblioteques necessàries per a aquest projecte: Adafruit NeoPixel, CapacativeSensor, PubSubClient, WifiManager (a la versió 0.11) i ArduinoJson (a la versió 5, no la versió beta 6). Si s’instal·len, podeu descarregar el codi font de la làmpada del nostre dipòsit Github per a aquest projecte i penjar-la a la làmpada mitjançant el programari Arduino.

Si tot va bé, la llum es posarà en marxa i estarà llesta per utilitzar-la:-) Mentre s'inicia, es tornarà a color blau i intentarà connectar-se a un WiFi conegut. A la primera posada en marxa, evidentment, el llum no coneix cap WiFi, de manera que engegarà el seu propi punt d'accés (amb un nom que és una combinació de "Syncenlight" i un identificador únic per a l'ESP8266 que heu utilitzat). Podeu connectar-vos per exemple el telèfon intel·ligent cap a aquest WiFi i se us dirigirà a la pàgina de configuració de la làmpada on podreu configurar les vostres credencials de WiFi i també introduir la configuració necessària per al servidor MQTT (aquelles que necessiteu per anotar uns paràgrafs abans). Si heu acabat amb això, la làmpada es reiniciarà i estarà completament llesta per al seu ús.

Feu-nos saber com us ha agradat aquest projecte o si teniu cap pregunta, esperem que us hagi agradat aquest instructiu:-)