DIY IoT-apparaten met LED-strings - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

(Disclaimer: ik ben geen native speaker Engels.)

Een tijdje geleden kocht mijn vrouw wat LED-lichtslingers om 's avonds de tuin te verlichten. Ze zorgden voor een hele fijne sfeer. Ze werden om de bomen gezet, maar raad eens, wat er moest gebeuren, we sneden de touwtjes door terwijl we de bomen kappen…

Wat ik je vandaag wil laten zien, is hoe je kapotte dingen zoals die LED-strings kunt redden en interessante verbonden apparaten kunt maken die je kunt bedienen met je smartphone.

U leert hoe u een microcontroller en een transistor gebruikt om LED's aan te sturen, hoe u uw apparaat met internet verbindt en hoe u het apparaat vanaf uw smartphone bedient. Ik neem aan dat je enige basiskennis van elektronica hebt, zoals het toepassen van de wet van Ohm. Als je ooit een Arduino hebt geprogrammeerd, is het nog beter.

Laten we beginnen met de apparaten die ik wil bouwen. Het goede aan gesneden snaren is dat er minstens twee stukken zijn. Zo kan ik minimaal twee apparaten bouwen. Ik begin met een aangesloten lamp die ik op een tafel zet en vervolgens een aangesloten LED-string die ik zal gebruiken om mijn nieuwe slaapkamer te verlichten. Ik wil alleen een manier om de lichten AAN en UIT te zetten met mijn smartphone.

Maar eerst moeten we kijken hoe het werkte om de lichten opnieuw te gebruiken.

Stap 1: reverse-engineering

We hebben twee LED-strings, maar we weten niet de spanningsval over de pinnen van de strings en de stroom die ze nodig hebben. Helaas heb ik geen datasheet om die waarden te krijgen.

In die gevallen zullen we alles zelf moeten uitzoeken. Laten we de behuizing uit elkaar halen.

Na het verwijderen van enkele schroeven met een schroevendraaier, kunnen we een heel eenvoudig circuit zien. Het interessante is rond de LED-stringpinnen, we zien een spanningsregelaar (3-pins component), een weerstand (de zwarte doos met 100 erop), en de LED-stringpinnen. Als we wat dichterbij kijken (circuitontwerp), zien we dat de uitgang van de regelaar is verbonden met de LED-string die op zijn beurt met de grond is verbonden via een weerstand van 10 ohm (100 betekent 10x10e0). Laten we wat batterijen plaatsen en de spanningsval meten over de draadpinnen en tussen de uitgang van de regelaar en de grond.

Met behulp van een multimeter kunnen we een spanningsval van ongeveer 3V meten over de snaarpinnen (zoals te zien is op de foto's). We meten ook 4,5V tussen de uitgang van de regelaar en de grond. We leiden dus af dat er een spanningsval is van 1,5V over de 10 ohm weerstand; we kunnen het ook echt meten. Met behulp van de wet van Ohm (U = RI), weten we dat de stroom door de tak 1,5 V / 10 ohm = 0,150 A of 150 mA is. Nogmaals, we kunnen de stroom meten, maar we zouden de multimeter in serie moeten zetten met de string, wat niet gemakkelijk is om te doen.

We weten nu hoe we de LED-strings moeten aansturen. Laten we ons apparaat bouwen.

Stap 2: Materialen en gereedschappen

Dit is wat je nodig hebt om de apparaten te bouwen:

- wat schroevendraaiers om dingen af te breken, ik hou van dat soort kit

- enkele LED-lichtslingers, als u de apparaten wilt reproduceren

- een ESP8266, het wordt het brein van ons apparaat

- een breadboard en wat draden, we zullen ze gebruiken om het prototype te bouwen

- een weerstandsassortimentskit en een transistorassortimentskit, u kunt ook een grotere kit kopen met veel nuttige componenten, alleen de benodigde componenten kopen is ook een optie

Als je een permanent circuit wilt maken, heb je wat gereedschap en wat protoboards nodig:

- je kunt vrij goedkoop een soldeerset kopen om aan de slag te gaan, je zult een multimeter vinden die kan worden gebruikt om je eigen spullen te reverse-engineeren, pas op dat je geen apparaten manipuleert die op de hoofdvoeding zijn aangesloten of zelfs apparaten die meer dan 30V DC gebruiken

- een snijder is erg handig om draden en componentleidingen door te knippen

- sommige protoboards

- wat stevige draad

Het lijkt misschien veel om te beginnen, maar je zult wat voorraad opbouwen voor elk ander project dat je hebt. Als u het niet erg vindt om te wachten, kunt u alles op Aliexpress tegen veel lagere kosten bestellen. Als alternatief kun je, als je die tools niet wilt kopen, ook naar de dichtstbijzijnde hackerspace gaan.

Ten slotte heb je een paar uur nodig om alles te bouwen (minder als je deze tutorial volgt).

Stap 3: Hoe een transistor te gebruiken?

We weten dat de LED-string 150mA nodig heeft, maar het is veel meer dan wat de ESP8266 veilig kan leveren op zijn uitgangspinnen. Je wilt niet meer dan 12mA per GPIO-pinnen op de microcontroller aansturen. Om deze beperking te omzeilen, is een soort schakelaar nodig die door de microcontroller kan worden bestuurd. De meest voorkomende schakelaars zijn het relais en de transistor. Een relais zal zeker werken, maar zal omvangrijker en duurder zijn, en meestal wil je een transistor gebruiken om een relais aan te sturen.

We zullen transistors gebruiken voor beide apparaten. Om een transistor als een schakelaar te gebruiken, moeten we stroom door de basis sturen. De stroom die door de LED-string vloeit, is evenredig met de stroom die door de basis vloeit.

Je kunt spelen met een Arduino en een transistor op Tinkercad om een idee te krijgen hoe dingen werken. Ik heb een basissimulatie gemaakt die je kunt aanpassen. Als u meer wilt weten over Tinkercad, kunt u deze geweldige tutorial volgen: Tinkercad gebruiken om uw hardware te testen en te implementeren.

Je kunt zien dat de transistor werkt als een gesloten schakelaar wanneer de GPIO-uitgang hoog is en als een open schakelaar wanneer de GPIO-uitgang laag is. Je kunt ook spelen met de weerstandswaarden. De weerstand in serie met de LED zal de stroom door de LED beperken en de weerstand die is aangesloten op de basis van de transistor regelt de maximale stroom die door de LED vloeit. Als u de basisweerstand verhoogt, stuurt u niet genoeg stroom voor de LED en wordt het licht zwakker.

Je kunt mijn aantekeningen bekijken om te zien welke weerstandswaarden ik kies voor de apparaten. Ik had de 3.3V-uitgang kunnen gebruiken in plaats van de 5V-uitgang, maar dan zou ik niet de bijbehorende weerstanden hebben om het circuit te bouwen. Aarzel niet om de datasheet van de transistor te lezen om de transistorversterking te zoeken.

Laten we nu een prototype bouwen.

Stap 4: Bouw een prototype van het circuit

We zullen de LED-snaardraad moeten voorbereiden. Laten we eerst de eerste helft doorknippen om de batterijhouder te scheiden. Strip vervolgens de draad, ik gebruikte een aansluitblok om de LED-string op het breadboard aan te sluiten. We hebben ook de ESP8266 nodig, ik gebruikte een D1-minikloon, twee weerstanden en een transistor.

Ik kies een p2222a voor de transistor, maar je kunt elke NPN-transistor kiezen. U hoeft alleen de weerstandswaarden te bekijken op basis van de transistorversterking die u op het gegevensblad van de transistor kunt vinden. Ik kies een basisweerstand van 1k ohm en een LED-weerstand van 15 ohm. De basis wordt aangedreven door de GPIO5 of D1.

Bewaar de batterijhouder, want deze kan handig zijn voor een ander project of zelfs om uw nieuw gemaakte apparaten van stroom te voorzien.

Volg een tutorial over het uploaden van een programma op de ESP8266 met de Arduino IDE, upload het knipperprogramma en vervang de LED_BUILTIN door D1, en je kunt nu genieten van een knipperende LED-reeks.

Als het circuit niet voor u werkt, probeer dan de LED-draden om te wisselen, aangezien u de anode op de LED-weerstand moet aansluiten. Ik draai de draden altijd om…

Gebruik je multimeter om de verbinding en spanningsval te controleren. Je zou 3,3V moeten zien tussen D1 en de grond wanneer de output hoog is. Je zou ook een spanning van 3V moeten zien tussen de LED-snaardraden.

Een knipperende LED-string is goed, maar hoe kunnen we de LED-string bedienen met onze smartphone?

Stap 5: Uw smartphone gebruiken om de LED-lichtslingers aan te drijven - Deel I

U moet de Blynk-app op uw smartphone installeren.

Nadat de app is geïnstalleerd, maakt u een nieuw project. Blynk stuurt je een e-mail met een token (reeks hex-tekens) die je nodig hebt voor je ESP8266-programma. Maak een knop die als schakelaar zal fungeren. De knop moet de GPIO5- of D1-pin van de ESP8266 aansturen. U kunt nu uw project afspelen. Houd er rekening mee dat de app u zal vertellen dat het apparaat offline is.

U kunt het project later bewerken om timers toe te voegen die de lichten regelen.

Stap 6: Uw smartphone gebruiken om de LED-lichtslingers aan te drijven - Deel II

Open uw Arduino-IDE. U moet de Blynk-bibliotheek installeren; volg daarvoor gewoon de screenshots die ik heb gemaakt. Ga naar het menu "Extra", klik op "Bibliotheken beheren", zoek naar "Blynk" en installeer de nieuwste versie.

U kunt nu een voorbeeld openen waarmee Blynk op de ESP8266 voor u wordt ingesteld. Het voorbeeld wordt getoond op de screenshots.

Zorg ervoor dat je het juiste bord hebt geselecteerd, "D1 mini" in mijn geval, en de juiste poort.

Werk de code bij met uw wifi-SSID en wachtwoord (meestal de WPA- of WEP-sleutel op de internetbox), u moet ook het token invullen dat u per e-mail hebt ontvangen.

U kunt de code nu uploaden naar de ESP8266. Nadat de code is geüpload, wacht u een paar seconden om ervoor te zorgen dat uw apparaat via wifi is verbonden met uw internetrouter en dat u de lichten kunt bedienen met de Blynk-knop die u hebt gemaakt.

Je hebt nu een IoT-apparaat! Je kunt daar stoppen als je wilt, maar vergeet niet het gedeelte 'Bronnen' te lezen. Als je meer plezier wilt hebben en een permanent circuit en een behuizing wilt bouwen, lees dan verder.

Stap 7: Creëer een permanent circuit (bonus)

Het is tijd om een permanent circuit te creëren. U kunt deze en deze video bekijken om meer te weten te komen over solderen. Ik gebruikte een standaard proto-bord met een header voor de ESP8266. Op die manier kan ik de microcontroller hergebruiken voor een ander project. Je kunt ervoor kiezen om de microcontroller rechtstreeks op je proto-board te solderen. Als je niet zeker bent, kies dan een proto-bord dat eruitziet als een breadboard; u kunt uw breadboard-verbindingen opnieuw gebruiken.

Ik heb twee fouten gemaakt met mijn eerste apparaat. Ik heb het aansluitblok voor de LED-string niet gebruikt … en ik heb de draden omgekeerd. U kunt de negatieve of positieve draad markeren, maar het gebruik van een aansluitblok wordt aanbevolen. De tweede fout is dat ik de 3,3V heb gebruikt om de LED-string aan te sturen, wat resulteert in een dimmer licht. Als je, net als ik, fouten maakt, maak je geen zorgen, het is gemakkelijk om soldeer te verwijderen en weerstandswaarden te wijzigen of de verbindingen bij te werken. U kunt later zelfs meer componenten toevoegen!

Nu je een permanent circuit hebt, is het tijd om de behuizing te bouwen.

Stap 8: Bouw een behuizing (bonus)

Ik volgde een sparkfun-tutorial op Tinkercad om een behuizing voor mijn apparaten te bouwen. Ik heb de behuizing geprint met mijn nieuw aangeschafte Prusa i3 MK3 met wat PLA-filament (20% vulling en 0,2 mm). Het is eigenlijk een primeur voor mij en ik heb al twee fouten gemaakt die je op de foto's kunt zien. Mijn eerste behuizing had niet de benodigde ruimte voor de USB-stekker en de gaten waren niet uitgelijnd. Ik heb toen een nieuwe versie ontworpen met een betere pasvorm die ook een deksel kan dragen. U kunt wat tijd en geld besparen door alleen het vereiste deel van de behuizing te printen om de pasvorm met het circuit te testen.

U hebt nu twee IoT-apparaten die u kunt bedienen met Blynk. De hemel is de limiet. U kunt het project volledig uitbreiden met een aanwezigheidsmelder die de lichten aanstuurt, met een timer die de lichten na een bepaalde tijd uitschakelt, of zelfs door de LED-lichtslingers als notificatiesysteem te gebruiken; ze kunnen knipperen wanneer u bijvoorbeeld een e-mail ontvangt.

Veel plezier met hacken!

Stap 9: Bronnen

Ik kan dit boek niet genoeg aanbevelen: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Je kunt leren over transistors, condensatoren en tal van andere interessante dingen over elektronica. Hij heeft de nodige kennis om aan de slag te gaan met elektronica componenten. In combinatie met je zojuist verworven kennis over de ESP8266, Blynk en Tinkerpad, zul je in staat zijn om zeer interessante dingen te bouwen.

Je kunt veel leren door YouTube-video's te bekijken. Ik raad de volgende kanalen aan:

- EEVblog

- Geweldige Scott!

- Khan Academie

Als je dapper genoeg bent, kun je meer kennis opdoen door edx- of coursera-cursussen over IoT of elektronica te volgen.