Dispositius IoT de bricolatge que fan servir cordes LED: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

(Exempció de responsabilitat: no sóc angloparlant nadiu.)

Fa un temps, la meva dona va comprar unes llums de corda LED per il·luminar el jardí a la nit. Van crear un ambient molt agradable. Es van posar al voltant dels arbres, però endevineu què, què hauria de passar va passar, vam tallar les cordes mentre tallàvem els arbres …

El que vull mostrar-vos avui és com recuperar coses trencades com aquestes cadenes de LED i crear interessants dispositius connectats que podeu controlar amb el vostre telèfon intel·ligent.

Aprendràs a utilitzar un microcontrolador i un transistor per conduir LEDs, com connectar el dispositiu a Internet i com controlar el dispositiu des del telèfon intel·ligent. Simplement suposo que teniu coneixements bàsics d’electrònica, com aplicar la llei d’Ohm. Si alguna vegada heu programat un Arduino abans, encara és millor.

Comencem pels dispositius que vull construir. El millor de les cordes tallades és que hi ha almenys dues peces. Així, puc construir almenys dos dispositius. Començaré per una làmpada connectada que posaré sobre una taula i després una corda LED connectada que utilitzaré per il·luminar el meu nou dormitori. Tot el que vull és una manera d’encendre i apagar els llums mitjançant el meu telèfon intel·ligent.

Però abans de tot, hem de veure com funcionaven les coses per reutilitzar els llums.

Pas 1: Enginyeria inversa

Tenim dues cadenes de LED, però desconeixem la caiguda de tensió dels pins de les cadenes i el corrent que necessiten. Malauradament, no tinc cap full de dades per obtenir aquests valors.

En aquests casos, haurem d’esbrinar-ho tot nosaltres mateixos. Desmuntem el recinte.

Després de treure uns cargols amb un tornavís, podem veure un circuit molt senzill. La part interessant és al voltant dels pins de corda LED, veiem un regulador de voltatge (component de 3 pins), una resistència (la caixa negra amb 100) i els pins de corda LED. Mirant una mica més a prop (disseny del circuit), veiem que la sortida del regulador està connectada a la corda LED que al seu torn està connectada a terra mitjançant una resistència de 10 ohms (100 significa 10x10e0). Posem algunes bateries i mesurem la caiguda de tensió a través dels pins de corda i entre la sortida del regulador i el terra.

Mitjançant un multímetre, podem mesurar una caiguda de voltatge d’uns 3V a través dels pins de corda (tal com es mostra a les imatges). També mesurem 4,5 V entre la sortida del regulador i la terra. Deduïm així que hi ha una caiguda de tensió d'1,5 V a través de la resistència de 10 ohm; en realitat també el podem mesurar. Utilitzant la llei d’Ohm (U = RI), sabem que el corrent a través de la branca és d’1,5 V / 10 ohm = 0.150A o 150mA. De nou podem mesurar el corrent, però hauríem de posar el multímetre en sèrie amb la corda que no és fàcil de fer.

Ara sabem com conduir les cordes LED. Construïm el nostre dispositiu.

Pas 2: materials i eines

Això és el que necessitareu per construir els dispositius:

- Alguns tornavisos per arrencar coses, m'agrada aquest tipus de kit

- alguns llums de corda LED, si voleu reproduir els dispositius

- un ESP8266, serà el cervell del nostre dispositiu

- una taula de tall i alguns cables, els utilitzarem per construir el prototip

- Un kit d’assortiment de resistències i un conjunt d’assortiment de transistors, també podeu comprar un kit més gran que contingui molts components útils. També és opcional comprar només els components necessaris.

Si voleu crear un circuit permanent, necessitareu algunes eines i alguns protobards:

- Podeu comprar un kit de soldadura bastant barat per començar, trobareu un multímetre que es pot utilitzar per fer enginyeria inversa de les vostres pròpies coses, només tingueu cura de no manipular dispositius connectats a la xarxa principal o fins i tot dispositius que utilitzin més de 30 V CC

- un tallador és molt útil per tallar cables i cables de components

- alguns protobards

- una mica de filferro sòlid

Per començar, pot semblar molt, però en crearà algunes per a qualsevol altre projecte que pugueu tenir. Si no us importa esperar, podeu demanar tot a Aliexpress a un cost molt inferior. Com a alternativa, si no voleu comprar aquestes eines, també podeu anar a l'espai de hackers més proper.

Finalment, necessitareu unes hores per construir-ho tot (menys si seguiu aquest tutorial).

Pas 3: Com utilitzar un transistor

Sabem que la corda LED requereix 150 mA, però és molt més del que l’ESP8266 pot lliurar amb seguretat als seus pins de sortida. No voleu conduir més de 12 mA per pins GPIO al microcontrolador. Per superar aquesta limitació, caldrà algun tipus de commutador que pugui controlar el microcontrolador. Els commutadors més habituals són el relé i el transistor. Un relé funcionarà sens dubte, però serà més voluminós, més car i, la majoria de les vegades, voldreu utilitzar un transistor per conduir un relé.

Utilitzarem transistors per a tots dos dispositius. Per utilitzar un transistor com un commutador, hem de conduir corrent per la seva base. El corrent que flueix a través de la corda LED serà proporcional al corrent que flueix a través de la base.

Podeu jugar amb un Arduino i un transistor a Tinkercad per tenir una idea de com funcionen les coses. Vaig crear una simulació bàsica que podeu modificar. Si voleu obtenir més informació sobre Tinkercad, podeu seguir aquest increïble tutorial: Com utilitzar Tinkercad per provar i implementar el vostre maquinari.

Podeu veure que el transistor funciona com un interruptor tancat quan la sortida GPIO és alta i com un interruptor obert quan la sortida GPIO és baixa. També podeu jugar amb els valors de les resistències. La resistència en sèrie amb el LED limitarà el flux de corrent a través del LED i la resistència connectada a la base del transistor controlarà el corrent màxim que circula pel LED. Si augmenteu la resistència de base, no conduïu prou corrent per al LED i la llum serà més feble.

Podeu fer una ullada a les meves notes per veure quins valors de resistència tinc per als dispositius. Podria haver utilitzat la sortida de 3,3 V en lloc de la sortida de 5 V, però després no tindria les resistències corresponents per construir el circuit. No dubteu a llegir el full de dades del transistor per cercar el guany del transistor.

Ara construïm un prototip.

Pas 4: Creeu un prototip del circuit

Haurem de preparar el fil de corda LED. Primer tallem la primera meitat per separar el suport de les bateries. Després, tira el filferro, he utilitzat un bloc de terminals per connectar la cadena de LED a la placa. També necessitarem l’ESP8266, he utilitzat un mini clon D1, dues resistències i un transistor.

Trio un p2222a per al transistor, però podeu triar qualsevol transistor NPN. Només haureu de revisar els valors de les resistències segons el guany del transistor que podeu trobar al full de dades del transistor. Trio una resistència base d’1k ohm i una resistència LED de 15 ohm. La base està impulsada pel GPIO5 o el D1.

Conserveu el suport de les bateries, ja que pot ser útil per a un altre projecte o fins i tot per alimentar els vostres dispositius de nova creació.

Seguiu un tutorial sobre com penjar un programa a l'ESP8266 amb l'IDE Arduino, carregueu el programa de parpelleig substituint el LED_BUILTIN per D1 i ara podeu gaudir d'una cadena de LED parpellejant.

Si el circuit no funciona, intenteu canviar els cables LED perquè necessiteu connectar l'ànode a la resistència LED. Sempre inverteixo els cables …

Utilitzeu el multímetre per comprovar la connexió i la caiguda de tensió. Hauríeu de veure 3,3V entre D1 i el sòl quan la sortida és alta. També hauríeu de veure una tensió de 3V entre els cables de la corda LED.

Tenir una corda LED parpellejant és bo, però com podem controlar la cadena LED amb el nostre telèfon intel·ligent?

Pas 5: fer servir el vostre telèfon intel·ligent per conduir les llums de corda LED: primera part

Haureu d’instal·lar l’aplicació Blynk al vostre telèfon intel·ligent.

Un cop instal·lada l'aplicació, creeu un projecte nou. Blynk us enviarà un correu electrònic amb un testimoni (sèrie de caràcters hexadecimals) que necessitareu per al vostre programa ESP8266. Creeu un botó que actuï com a commutador. El botó hauria de conduir el pin GPIO5 o D1 de l’ESP8266. Ara podeu reproduir el vostre projecte. Tingueu en compte que l'aplicació us indicarà que el dispositiu està fora de línia.

Podeu editar el projecte més endavant per afegir temporitzadors que controlin els llums.

Pas 6: fer servir el vostre telèfon intel·ligent per conduir els llums de corda LED - Part II

Obriu el vostre ID Arduino. Haureu d’instal·lar la biblioteca de Blynk; per a això, només cal que seguiu les captures de pantalla que he fet. Aneu al menú "Eines", feu clic a "Gestiona les biblioteques", cerqueu "Blynk" i instal·leu la versió més recent.

Ara podeu obrir un exemple que us configurarà Blynk a l’ESP8266. L'exemple es mostra a les captures de pantalla.

Assegureu-vos que heu seleccionat el tauler correcte, "D1 mini" en el meu cas, i el port correcte.

Actualitzeu el codi amb el vostre SSID wifi i contrasenya (normalment la clau WPA o WEP a la caixa d’Internet), també haureu d’omplir el testimoni que heu rebut per correu electrònic.

Ara podeu penjar el codi a l’ESP8266. Un cop carregat el codi, espereu uns segons per assegurar-vos que el dispositiu estigui connectat en WiFi al vostre encaminador d'Internet i podreu controlar els llums mitjançant el botó Blynk que heu creat.

Ara teniu un dispositiu IoT. Podeu aturar-vos aquí si voleu, però no oblideu llegir la secció "Recursos". Si voleu divertir-vos més i construir un circuit permanent i un recinte, continueu llegint.

Pas 7: Creeu un circuit permanent (bonificació)

És hora de crear un circuit permanent. Podeu veure aquest i aquest vídeo per obtenir informació sobre la soldadura. Vaig utilitzar una placa proto estàndard amb capçalera per a l’ESP8266. D’aquesta manera, si vull tornar a utilitzar el microcontrolador per a un altre projecte, puc. Podeu optar per soldar el microcontrolador directament a la vostra placa proto. Si no esteu segurs, trieu una placa proto que sembli una taula de treball; podreu reutilitzar les connexions del tauler de control.

He comès dos errors amb el meu primer dispositiu. No he utilitzat el bloc de terminals per a la cadena de LED … i he invertit els cables. Podeu marcar el cable negatiu o positiu, però es recomana utilitzar un bloc de terminals. El segon error és que he utilitzat el 3,3V per conduir la corda LED, donant lloc a una llum més feble. Si com a mi cometeu errors, no us preocupeu, és fàcil eliminar la soldadura i canviar els valors de les resistències o actualitzar les connexions. Fins i tot podeu afegir més components més endavant.

Ara que ja teniu el circuit permanent, és hora de construir el seu recinte.

Pas 8: Creeu un recinte (bonificació)

Vaig seguir un tutorial de sparkfun a Tinkercad per construir un recinte per als meus dispositius. Vaig imprimir el recinte amb el meu Prusa i3 MK3 recentment adquirit amb filament PLA (20% d’ompliment i 0,2 mm). En realitat, és per a mi una primera i ja he comès dos errors que es poden veure a les imatges. El meu primer recinte no tenia l’espai necessari per a l’endoll USB i els forats no estaven alineats. Després vaig dissenyar una nova versió amb un ajustament millor que també pot suportar una tapa. Podeu estalviar una mica de temps i alguns diners només imprimint la part necessària del recinte per provar l’ajust del circuit.

Ara teniu dos dispositius IoT que podeu controlar mitjançant Blynk. El cel és el límit. Podeu ampliar totalment el projecte amb un detector de presència que controli els llums, amb un temporitzador que apagui els llums després d’un cert temps o fins i tot utilitzant els llums de corda LED com a sistema de notificació; per exemple, podrien parpellejar quan rebeu un correu electrònic.

Feliç pirateria!

Pas 9: Recursos

No puc recomanar prou aquest llibre: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Podeu aprendre sobre transistors, condensadors i moltes altres coses interessants sobre electrònica. Té els coneixements necessaris per començar a jugar amb components electrònics. Juntament amb els coneixements que heu adquirit sobre l’ESP8266, Blynk i Tinkerpad, podreu crear coses molt interessants.

Podeu aprendre molt veient vídeos de Youtube. Recomano els canals següents:

- Bloc EEV

- GreatScott!

- Acadèmia Khan

Si sou prou valent, podeu adquirir més coneixement seguint cursos d'edx o curses sobre IoT o electrònica.