Làmpada IoT de bricolatge per a la domòtica -- Tutorial ESP8266: 13 passos (amb imatges)

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

En aquest tutorial farem un llum intel·ligent connectat a Internet. Això aprofundirà en l’Internet de les coses i obrirà un món de domòtica.

El llum està connectat a WiFi i està construït per tenir un protocol de missatge obert. Això vol dir que podeu seleccionar el mode de control que vulgueu. Es pot controlar mitjançant un navegador web, aplicacions domòtiques, assistents intel·ligents com Alexa o Google Assistant, i molt més.

Com a bonificació, aquest llum inclou una aplicació per controlar el projecte. Aquí podeu seleccionar diferents modes de color, esvair entre colors RGB i definir temporitzadors.

La làmpada consta d’una placa LED i una placa de control. La placa LED utilitza tres tipus diferents de LED per a un total de cinc canals LED. Això és RGB juntament amb un blanc fred i càlid. Com que tots aquests canals es poden configurar individualment, teniu un total de 112,3 combinacions peta.

Comencem!

[Reprodueix vídeo]

Pas 1: peces i eines

Parts

• Wemos D1 Mini
• 15 x LEDs 5050 blancs càlids
• 15 x LEDs 5050 blancs freds
• 18 x LED RGB 5050
• Resistències 1206 de 6 x 300 ohms
• Resistències 1206 de 42 x 150 ohm
• Resistències de 5 x 1k ohm

• 5 x NTR4501NT1G

  MOSFET

• Regulador de tensió lineal, 5V

• PCB

  Descarregueu els fitxers gerber al pas del circuit per crear els vostres propis PCB

• Alimentació 12V 2A

Eines

• Soldador

  • Estany de soldar
  • Flux de soldadura líquida
• Cinta adhesiva
• Cinta de doble cara
• Impressora 3D
• Decapants de filferro

Pas 2: el pla

El projecte complet consta de quatre parts principals:

1. Circuit

   El circuit es realitza en un PCB. El circuit complet constarà de més de 100 components individuals. És un gran alleujament no connectar tots aquells a mà sobre un perfboard

2. Codi Arduino

   Estic fent servir el Wemos D1 Mini que utilitza un ESP8266 com a microcontrolador connectat a WiFi. El codi iniciarà un servidor a la D1. Quan visiteu l'adreça d'aquest servidor, el D1 interpretarà això com a diferents ordres. El microcontrolador actua seguint aquesta ordre per configurar els llums en conseqüència

3. Control remot

   • He creat una aplicació només per a aquest projecte perquè sigui tan fàcil com sigui possible controlar la llum al vostre gust
   • El llum intel·ligent es pot controlar realment amb qualsevol cosa capaç d’enviar una sol·licitud http GET. Això significa que la làmpada accepta ordres de gairebé una infinitat de dispositius

4. Impressió 3D

   Aquesta làmpada intel·ligent mereix un cas elegant. I, com tants projectes, en què necessiteu una funda fantàstica, la impressió 3D és de rescat

Pas 3: Circuit

He demanat els meus PCB a jlcpcb.com. Temps complet de divulgació: també van patrocinar aquest projecte.

El PCB consta de dues parts. Té la placa LED i la placa de control. El PCB es pot separar per connectar posteriorment aquestes dues parts mitjançant un cable flexible. Això és necessari per mantenir la llum impresa en 3D prim i per inclinar el tauler LED per estendre la llum uniformement per la sala de forats.

La placa de control allotja el microcontrolador D1 juntament amb cinc MOSFET per atenuar els LEDs i un regulador de voltatge per donar al microcontrolador una 5V suau.

La placa LED té cinc canals LED en tres tipus diferents de LED. Com que fem servir una font d’alimentació de 12V, els LED es configuren com a tres LED en sèrie amb una resistència i es repeteixen 16 vegades en paral·lel.

Un LED blanc normal sol treure 3,3 V. En un segment de la placa, tres d’aquests LED estan en sèrie, cosa que significa que la caiguda de tensió s’agrega al circuit. Tres LED que dibuixen 3,3 V cadascun significa que un segment de LED treu 9,9 V. El circuit s’alimenta de 12 V de manera que deixa 2,1 V.

Si el segment només estigués format pels tres LED, obtindrien més tensió del que es dissipa. Això no és bo per als LED i pot danyar-los ràpidament. És per això que cada segment també té una resistència en sèrie amb els tres LED. Aquesta resistència està allà per deixar caure els 2,1 V restants a la unió de la sèrie.

Per tant, si cada segment representa 12 V, significa que cadascun dels segments està connectat entre si en paral·lel. Quan els circuits es connecten en paral·lel, tots obtenen la mateixa tensió i el corrent s’agrega. El corrent en una connexió en sèrie és sempre el mateix.

Un LED normal consumeix 20 mA de corrent. Això significa que un segment, que és de tres LEDs i una resistència en sèrie, encara dibuixarà 20 mA. Quan connectem diversos segments en paral·lel, afegim el corrent. Si talleu sis LED de la tira, teniu dos d’aquests segments en paral·lel. El que significa que el vostre circuit total encara treu 12 V, però consumeixen 40 mA de corrent.

Pas 4: LED de soldadura

De provar algunes coses, he trobat que la cinta adhesiva simple és el més eficaç i flexible per evitar que el PCB es mogui.

Per a les peces amb diversos pins, com els 6 pins d’un LED 5050, començo col·locant la soldadura en un dels coixinets de PCB. Aleshores només es tracta de mantenir aquesta soldadura fosa amb el soldador mentre feu lliscar el component al seu lloc amb unes pinces.

Ara els altres coixinets es poden fixar fàcilment amb una mica de soldadura. No obstant això, per accelerar aquest treball, suggereixo recollir una mica de flux de soldadura líquida. Realment no puc recomanar aquestes coses prou.

Apliqueu part del flux a les pastilles de soldadura i, a continuació, foneu una mica de soldadura a la punta del soldador. Ara només es tracta de portar la soldadura fosa als coixinets i tot flueix al seu lloc. Bonic i senzill.

Quan es tracta de resistències i altres components de dos coixinets, no es necessita realment cap flux de soldadura. Apliqueu la soldadura a un dels coixinets i poseu la resistència al seu lloc. Ara només cal fondre una mica de soldadura al coixinet número dos. Peasy fàcil.

Mireu la cinquena imatge d’aquest pas. Presteu atenció a l’orientació dels LED. Els LED blancs càlids i freds tenen una osca orientada a l’angle superior dret. Els LED RGB tenen la seva osca a l'extrem inferior esquerre. Aquest és un error de disseny de la meva part, perquè no he pogut trobar el full de dades dels LED RGB utilitzats en aquest projecte. Vaja, viu i aprèn i tot això!

Pas 5: Tauler de control de soldadura

Després d’acabar la marató de la placa LED, la placa de control és molt fàcil de soldar. Vaig col·locar els cinc MOSFET i les resistències coincidents de font de porta, abans de passar al regulador de tensió.

El regulador de tensió té espais opcionals per allisar condensadors. Mentre els soldava en aquesta imatge els vaig acabar eliminant perquè realment no eren necessaris.

El truc per aconseguir un tauler de control prim és posar les capçaleres dels pins passant per la part superior per la part inferior. Després que els passadors estiguin al seu lloc, la longitud no utilitzada es pot retallar de la part posterior juntament amb el plàstic negre. Això fa que la cara inferior sigui totalment llisa.

Amb tots els components al seu lloc, és hora de reunir les dues taules. Acabo de trencar i despullar sis fils petits de 2,5 polzades (7 cm) i connectar els dos PCB.

Pas 6: Configuració del WiFi

Hi ha sis línies simples al codi que heu de canviar.

1. ssid, línia 3

   El nom del vostre encaminador. Assegureu-vos que obteniu la lletra majúscula correcta quan escriviu aquesta

2. wifiPass, línia 4

   La contrasenya del vostre encaminador. De nou, pareu atenció a la carcassa

3. ip, línia 8

   L'adreça IP estàtica del vostre llum intel·ligent. Vaig triar una adreça IP aleatòria a la meva xarxa i vaig intentar fer ping a la finestra d'ordres. Si no hi ha cap resposta des de l'adreça, podeu assumir-ne la disponibilitat

4. passarel·la, línia 9

   Aquesta serà la porta d’entrada del vostre encaminador. Obriu una finestra d'ordres i escriviu "ipconfig". La porta d’entrada i la subxarxa estan encerclades en vermell a la imatge

5. subxarxa, línia 10

   Com passa amb la passarel·la, aquesta informació es troba encerclada a la imatge d’aquest pas

6. zona horària, línia 15

   La zona horària on es troba. Canvieu-ho si voleu utilitzar les funcions del temporitzador integrat per encendre i apagar els llums en moments específics. La variable és un simple pluss o menys GMT

Pas 7: Codi del microcontrolador

Després de canviar tots els paràmetres rellevants del pas anterior, és hora de carregar el codi al Wemos D1 Mini.

El codi arduino requereix algunes biblioteques i dependències. Primer seguiu aquesta guia des de sparkfun si mai heu penjat codi des de l’IDE arduino a un ESP8266.

Ara descarregueu la biblioteca Time i la biblioteca TimeAlarms. Descomprimiu-los i copieu-los a la carpeta de la biblioteca arduino de l'ordinador. Igual que instal·lar qualsevol altra biblioteca arduino.

Presteu atenció a la configuració de càrrega de la imatge d’aquest pas. Seleccioneu la mateixa configuració, excepte el port de com. Aquest serà el port de comanda al qual tingueu connectat el microcontrolador a l’ordinador.

Quan es penja el codi, obriu el terminal sèrie al missatge d’una connexió, amb sort, amb èxit. Ara podeu obrir el navegador i visitar l'adreça IP estàtica que heu desat al microcontrolador. Enhorabona, acabeu de crear el vostre propi servidor i allotgeu una pàgina web.

Pas 8: obriu el protocol de missatges

Quan controleu el llum intel·ligent amb l'aplicació, tots els missatges es gestionaran automàticament. Aquí teniu una llista dels missatges que la làmpada accepta, si voleu construir el vostre propi control remot. He utilitzat un exemple d’adreça IP per il·lustrar com utilitzar les ordres.

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

  • Estableix els llums vermells al màxim, els verds a la meitat i els blaus a 34. El blanc fred i el càlid amb prou feines estan engegats
  • Quan introduïu valors, podeu triar entre 0 i 1023. Escriviu sempre els valors clars com a quatre dígits a l'URL

• 192.168.0.200/&&B=0800

  Estableix els llums blaus al valor 800 mentre simultàniament apaga la resta de llums

• 192.168.0.200/LED=OFF

  Apaga tots els llums completament

• 192.168.0.200/LED=FADE

  Comença a desaparèixer lentament entre tots els colors RGB possibles. Perfecte per a l'ambient

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

  Parpelleja el color donat dues vegades per indicar la notificació entrant. Perfecte si voleu, per exemple, crear un programa a l’ordinador per fer parpellejar el llum vermell sempre que rebeu un correu electrònic nou

• 192.168.0.200/DST=1

  • Ajusta el rellotge a l'hora d'estiu. Afegeix una hora al rellotge
  • / DST = 0 utilitzeu aquesta opció per tornar enrere de DST, elimina una hora del rellotge si DST està actiu

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

  Desa l'estat del temporitzador 1. Aquest temporitzador activarà els valors RGB indicats a les 06:30 del matí

• 192.168.0.200/TIMER1H=99

  Establiu l'hora del temporitzador a 99 per desactivar-lo. Els valors RGB encara s’emmagatzemen, però el temporitzador no encén els llums quan l’hora estigui en 99

• El llum té quatre temporitzadors individuals. Canvieu "TIMER1" per "TIMER2", "TIMER3" o "TIMER4" per ajustar un dels altres temporitzadors integrats.

Aquestes són les ordres incorporades actualment. Deixeu un comentari si teniu idees interessants per crear noves ordres al codi arduino o a l'aplicació remota.

Pas 9: control remot

Feu clic aquí per descarregar l’aplicació. La configuració és molt senzilla, només cal que introduïu l'adreça IP del vostre llum intel·ligent i seleccioneu si voleu controlar només els LED RGB o els LED blancs freds i càlids RGB +.

Com es va explicar al pas anterior, ara ja sabeu quin protocol de missatges utilitza l'aplicació. S’està enviant una sol·licitud http GET amb els URL. Això vol dir que també podeu crear el vostre propi circuit de microcontroladors i continuar utilitzant aquesta aplicació per controlar les funcions que desenvolupeu pel vostre compte.

Com que realment hem aprofundit en el protocol de missatges, també podeu controlar la làmpada intel·ligent amb qualsevol cosa que pugui enviar una sol·licitud http GET. Això significa qualsevol navegador d'un telèfon o ordinador, o dispositius intel·ligents o assistents com Alexa o l'Assistent de Google.

Tasker és una aplicació que bàsicament us permet crear condicions per controlar gairebé qualsevol cosa. Ho vaig fer servir per llampar la làmpada intel·ligent amb el color d’una notificació quan la rebia al telèfon. També he configurat el tasker per encendre els llums de color blanc complet, quan el telèfon es connecta al WiFi de casa després de les 16:00 del dia de la setmana. Això vol dir que els llums s’encenen automàticament quan torno a casa de l’escola. És genial tornar a casa amb llums engegats automàticament!

Pas 10: impressió 3D

La funda de la làmpada es pot imprimir gairebé completament sense suports. Les úniques parts que realment necessiten suport són les clavilles destinades a l’aparellament amb el PCB. Per això, vaig fer que els stl estiguessin disponibles amb i sense una petita estructura de suport només per a aquestes clavilles. L’avantatge d’utilitzar aquest suport personalitzat és que la impressió és molt més ràpida. I només obtenim suport per a la impressió de les peces que realment ho necessiten.

Podeu descarregar els fitxers.stl aquí

Pas 11: uniu-ho tot

Després de la impressió 3D, comenceu eliminant el suport d'impressió. Els cables d’alimentació van a canals separats i s’uneixen. Aquest nus crearà un alleujament de la tensió evitant que els cables es trenquin del PCB. Soldeu els cables d’alimentació a la part posterior del PCB i assegureu-vos que la polaritat és correcta.

A continuació, es fixa el PCB de control amb un tros de cinta per mantenir-lo a ras dins de la caixa. El PCB LED es pot col·locar simplement al seu lloc on es posa pla contra la caixa per si sol.

Pas 12: Penjar el llum

Hi ha moltes opcions per penjar aquest llum a la paret. Com que podria actualitzar el codi contínuament per millorar la llum, volia una manera de baixar la llum de tant en tant. Podeu utilitzar cola calenta, però us recomano una cinta de doble cara. El millor és utilitzar la cinta gruixuda i espumosa de doble cara, ja que subjecta el llum millor contra una paret amb textura.

Pas 13: finalitzat

Amb el llum encès a la paret i llest per acceptar ordres, això significa que ja heu acabat.

El panell LED està inclinat de manera que dispersa la llum uniformement a l'habitació. És un bon complement a qualsevol espai de treball i la capacitat d’integració amb la domòtica és un gran avantatge. M’agrada molt la possibilitat d’establir colors RGB i ajustar els equilibris de blancs entre la llum freda i la càlida. Té un aspecte elegant i és una gran ajuda per configurar llums ambientals o de treball, per adaptar-se a les necessitats d’il·luminació que tinc en aquest moment.

Enhorabona, ara heu donat un gran salt al món de la IoT i la domòtica.