อุปกรณ์ DIY IoT โดยใช้ LED Strings: 9 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

(ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: ฉันไม่ใช่เจ้าของภาษา)

ไม่นานมานี้ ภรรยาของฉันซื้อไฟส่องแบบ LED เพื่อส่องสว่างสวนในตอนกลางคืน พวกเขาสร้างบรรยากาศที่ดีมาก พวกมันถูกล้อมไว้รอบๆ ต้นไม้ แต่เดาสิ ว่าเกิดอะไรขึ้น เราตัดเชือกไปพร้อมกับตัดต้นไม้…

สิ่งที่ฉันต้องการแสดงให้คุณเห็นในวันนี้คือวิธีกอบกู้สิ่งของที่เสียหาย เช่น สายไฟ LED เหล่านั้น และสร้างอุปกรณ์เชื่อมต่อที่น่าสนใจซึ่งคุณสามารถควบคุมได้ด้วยสมาร์ทโฟนของคุณ

คุณจะได้เรียนรู้วิธีใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์และทรานซิสเตอร์เพื่อขับเคลื่อนไฟ LED วิธีเชื่อมต่ออุปกรณ์กับอินเทอร์เน็ต และวิธีควบคุมอุปกรณ์จากสมาร์ทโฟนของคุณ ฉันแค่ถือว่าคุณมีความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์ เช่น วิธีการใช้กฎของโอห์ม หากคุณเคยตั้งโปรแกรม Arduino มาก่อนมันจะดียิ่งขึ้นไปอีก

เริ่มจากอุปกรณ์ที่ฉันต้องการสร้างกันก่อน ข้อดีของการตัดสายคือมีอย่างน้อยสองชิ้น ดังนั้นฉันจึงสามารถสร้างอุปกรณ์ได้อย่างน้อยสองเครื่อง ฉันจะเริ่มต้นด้วยโคมไฟที่เชื่อมต่อกันซึ่งฉันจะวางไว้บนโต๊ะแล้วต่อด้วยสายไฟ LED ที่เชื่อมต่อกันซึ่งฉันจะใช้จุดไฟในห้องนอนใหม่ของฉัน ทั้งหมดที่ฉันต้องการคือวิธีการเปิดและปิดไฟโดยใช้สมาร์ทโฟนของฉัน

แต่ก่อนอื่น เราต้องดูว่าสิ่งต่าง ๆ ทำงานอย่างไรเพื่อนำไฟกลับมาใช้ใหม่

ขั้นตอนที่ 1: วิศวกรรมย้อนกลับ

เรามีสายไฟ LED สองเส้น แต่เราไม่รู้ว่าแรงดันตกคร่อมหมุดสายและกระแสที่ต้องใช้ น่าเศร้าที่ฉันไม่มีแผ่นข้อมูลเพื่อรับค่าเหล่านั้น

ในกรณีเหล่านั้น เราจะต้องค้นหาทุกอย่างด้วยตัวเอง มาถอดเคสกัน

หลังจากไขสกรูบางตัวด้วยไขควงแล้ว เราจะเห็นวงจรง่ายๆ ส่วนที่น่าสนใจอยู่รอบๆ หมุดสายไฟ LED เราเห็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า (ส่วนประกอบ 3 พิน) ตัวต้านทาน (กล่องดำที่มี 100 อัน) และหมุดสตริง LED เมื่อมองใกล้ขึ้นอีกนิด (การออกแบบวงจร) เราจะเห็นว่าเอาต์พุตตัวควบคุมเชื่อมต่อกับสตริง LED ซึ่งเชื่อมต่อกับกราวด์ผ่านตัวต้านทาน 10 โอห์ม (100 หมายถึง 10x10e0) มาใส่แบตเตอรี่และวัดแรงดันตกคร่อมหมุดสายและระหว่างเอาต์พุตตัวควบคุมกับกราวด์

เมื่อใช้มัลติมิเตอร์ เราสามารถวัดแรงดันตกคร่อมประมาณ 3V ผ่านพินสตริง (ดังแสดงในรูปภาพ) นอกจากนี้เรายังวัด 4.5V ระหว่างเอาต์พุตตัวควบคุมกับกราวด์ ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าแรงดันตก 1.5V ทั่วทั้งตัวต้านทาน 10 โอห์ม; เราก็สามารถวัดได้เช่นกัน โดยใช้กฎของโอห์ม (U = RI) เรารู้ว่ากระแสผ่านกิ่งคือ 1.5V / 10 ohm = 0.150A หรือ 150mA อีกครั้งเราสามารถวัดกระแสได้ แต่เราจะต้องใส่มัลติมิเตอร์เป็นอนุกรมด้วยสตริงซึ่งไม่ง่ายที่จะทำ

ตอนนี้เรารู้วิธีขับสตริง LED แล้ว มาสร้างอุปกรณ์ของเรากันเถอะ

ขั้นตอนที่ 2: วัสดุและเครื่องมือ

นี่คือสิ่งที่คุณจะต้องสร้างอุปกรณ์:

- ไขควงสำหรับรื้อของบางอย่าง ฉันชอบชุดแบบนั้น

- ไฟสตริง LED บางตัวหากคุณต้องการทำซ้ำอุปกรณ์

- ESP8266 มันจะเป็นสมองของอุปกรณ์ของเรา

- เขียงหั่นขนมและสายไฟ เราจะใช้พวกมันสร้างต้นแบบ

- ชุดจัดประเภทตัวต้านทานและชุดจัดประเภททรานซิสเตอร์ คุณสามารถซื้อชุดขนาดใหญ่ขึ้นที่มีส่วนประกอบที่มีประโยชน์มากมาย การซื้อเฉพาะส่วนประกอบที่จำเป็นก็เป็นทางเลือกเช่นกัน

หากคุณต้องการสร้างวงจรถาวร คุณจะต้องมีเครื่องมือและโปรโตบอร์ดบางตัว:

- คุณสามารถซื้อชุดบัดกรีได้ค่อนข้างถูกเพื่อเริ่มต้น คุณจะพบมัลติมิเตอร์ที่สามารถใช้ย้อนกลับวิศวกรรมข้อมูลของคุณเองได้ เพียงระวังอย่าจัดการอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์หลักหรือแม้แต่อุปกรณ์ที่ใช้ไฟ DC มากกว่า 30V

- คัตเตอร์มีประโยชน์มากในการตัดสายไฟและสายนำส่วนประกอบ

- โปรโตบอร์ดบางตัว

- ลวดแข็ง

อาจดูเหมือนเป็นการเริ่มต้นมาก แต่คุณจะต้องสร้างสต็อคสำหรับโครงการอื่นๆ ที่คุณอาจมี ถ้าคุณไม่รังเกียจที่จะรอ คุณสามารถสั่งซื้อทุกอย่างใน Aliexpress ได้ในราคาที่ถูกกว่ามาก หรือหากคุณไม่ต้องการซื้อเครื่องมือเหล่านั้น คุณสามารถไปที่แฮ็กเกอร์สเปซที่ใกล้ที่สุดได้

สุดท้ายนี้ คุณจะต้องใช้เวลาสองสามชั่วโมงในการสร้างทุกอย่าง (น้อยกว่านี้หากคุณทำตามบทช่วยสอนนี้)

ขั้นตอนที่ 3: วิธีใช้ทรานซิสเตอร์

เรารู้ว่าสายไฟ LED ต้องการ 150mA แต่มันมากกว่าที่ ESP8266 สามารถส่งมอบบนพินเอาต์พุตได้อย่างปลอดภัย คุณไม่ต้องการขับมากกว่า 12mA ต่อพิน GPIO บนไมโครคอนโทรลเลอร์ ในการหลีกเลี่ยงข้อจำกัดนี้ คุณจะต้องมีสวิตช์บางประเภทที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ควบคุมได้ สวิตช์ที่พบบ่อยที่สุดคือรีเลย์และทรานซิสเตอร์ รีเลย์จะทำงานได้อย่างแน่นอน แต่จะมีขนาดใหญ่กว่า มีราคาแพงกว่า และโดยส่วนใหญ่ คุณจะต้องการใช้ทรานซิสเตอร์เพื่อขับเคลื่อนรีเลย์

เราจะใช้ทรานซิสเตอร์สำหรับอุปกรณ์ทั้งสอง ในการใช้ทรานซิสเตอร์เหมือนสวิตช์ เราต้องขับกระแสผ่านฐานของมัน กระแสที่ไหลผ่านสตริง LED จะเป็นสัดส่วนกับกระแสที่ไหลผ่านฐาน

คุณสามารถเล่นกับ Arduino และทรานซิสเตอร์บน Tinkercad เพื่อทำความเข้าใจว่าสิ่งต่างๆ ทำงานอย่างไร ฉันสร้างแบบจำลองพื้นฐานที่คุณปรับแต่งได้ หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Tinkercad คุณสามารถทำตามบทช่วยสอนที่น่าทึ่งนี้: วิธีใช้ Tinkercad เพื่อทดสอบและใช้งานฮาร์ดแวร์ของคุณ

คุณจะเห็นว่าทรานซิสเตอร์ทำงานเหมือนสวิตช์ปิดเมื่อเอาต์พุต GPIO สูงและเหมือนสวิตช์เปิดเมื่อเอาต์พุต GPIO ต่ำ คุณยังสามารถเล่นกับค่าตัวต้านทาน ตัวต้านทานแบบอนุกรมที่มี LED จะจำกัดการไหลของกระแสผ่าน LED และตัวต้านทานที่เชื่อมต่อกับฐานของทรานซิสเตอร์จะควบคุมกระแสสูงสุดที่ไหลผ่าน LED หากคุณเพิ่มตัวต้านทานพื้นฐาน คุณจะขับกระแสไฟไม่เพียงพอสำหรับ LED และไฟจะหรี่ลง

คุณสามารถดูบันทึกย่อของฉันเพื่อดูว่าฉันเลือกค่าตัวต้านทานใดสำหรับอุปกรณ์ ฉันสามารถใช้เอาต์พุต 3.3V แทนเอาต์พุต 5V ได้ แต่จากนั้นฉันจะไม่มีตัวต้านทานที่เกี่ยวข้องเพื่อสร้างวงจร อย่าลังเลที่จะอ่านแผ่นข้อมูลทรานซิสเตอร์เพื่อค้นหาอัตราขยายของทรานซิสเตอร์

มาสร้างต้นแบบกัน

ขั้นตอนที่ 4: สร้างต้นแบบของวงจร

เราจะต้องเตรียมลวดสตริง LED ขั้นแรกให้ตัดครึ่งแรกเพื่อแยกที่ใส่แบตเตอรี่ จากนั้นดึงลวดออก ฉันใช้แผงขั้วต่อเพื่อเชื่อมต่อสาย LED กับเขียงหั่นขนม เราต้องการ ESP8266 ด้วย ฉันใช้ D1 mini clone ตัวต้านทานสองตัว และทรานซิสเตอร์หนึ่งตัว

ฉันเลือก p2222a สำหรับทรานซิสเตอร์ แต่คุณสามารถเลือกทรานซิสเตอร์ NPN ใดก็ได้ คุณเพียงแค่ต้องตรวจสอบค่าตัวต้านทานตามอัตราขยายของทรานซิสเตอร์ที่คุณสามารถหาได้จากแผ่นข้อมูลทรานซิสเตอร์ ฉันเลือกตัวต้านทานฐาน 1k โอห์มและตัวต้านทาน LED 15 โอห์ม ฐานขับเคลื่อนโดย GPIO5 หรือ D1

เก็บที่ใส่แบตเตอรี่ไว้เพราะจะเป็นประโยชน์สำหรับโครงการอื่น หรือแม้แต่เพิ่มพลังให้กับอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นใหม่ของคุณ

ทำตามบทช่วยสอนเกี่ยวกับวิธีการอัปโหลดโปรแกรมบน ESP8266 ด้วย Arduino IDE อัปโหลดโปรแกรมกะพริบแทนที่ LED_BUILTIN ด้วย D1 และตอนนี้คุณสามารถเพลิดเพลินกับสตริง LED ที่กะพริบได้

หากวงจรไม่ทำงาน ให้ลองเปลี่ยนสายไฟ LED เนื่องจากคุณจำเป็นต้องเชื่อมต่อขั้วบวกกับตัวต้านทาน LED ฉันมักจะผกผันสายไฟ …

ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อตรวจสอบการเชื่อมต่อและแรงดันไฟตก คุณควรเห็น 3.3V ระหว่าง D1 กับพื้นเมื่อเอาต์พุตสูง คุณควรเห็นแรงดันไฟฟ้า 3V ระหว่างสายไฟ LED

การมีไฟ LED กะพริบนั้นดี แต่เราจะควบคุมสตริง LED ด้วยสมาร์ทโฟนได้อย่างไร?

ขั้นตอนที่ 5: การใช้สมาร์ทโฟนของคุณเพื่อขับเคลื่อนไฟ LED String - ตอนที่ I

คุณจะต้องติดตั้งแอพ Blynk บนสมาร์ทโฟนของคุณ

เมื่อติดตั้งแอปแล้ว ให้สร้างโปรเจ็กต์ใหม่ Blynk จะส่งอีเมลพร้อมโทเค็น (ชุดอักขระฐานสิบหก) ที่คุณต้องการสำหรับโปรแกรม ESP8266 ของคุณ สร้างปุ่มที่จะทำหน้าที่เป็นสวิตช์ ปุ่มควรขับพิน GPIO5 หรือ D1 ของ ESP8266 ตอนนี้คุณสามารถเล่นโครงการของคุณ โปรดทราบว่าแอปจะบอกคุณว่าอุปกรณ์ออฟไลน์อยู่

คุณสามารถแก้ไขโครงการในภายหลังเพื่อเพิ่มตัวจับเวลาที่จะควบคุมไฟ

ขั้นตอนที่ 6: การใช้สมาร์ทโฟนของคุณเพื่อขับเคลื่อนไฟ LED String - ตอนที่ II

เปิด Arduino IDE ของคุณ คุณจะต้องติดตั้งไลบรารี Blynk สำหรับสิ่งนั้น เพียงทำตามภาพหน้าจอที่ฉันสร้างไว้ ไปที่เมนู "เครื่องมือ" คลิก "จัดการไลบรารี" ค้นหา "Blynk" และติดตั้งเวอร์ชันล่าสุด

ตอนนี้คุณสามารถเปิดตัวอย่างที่จะตั้งค่า Blynk บน ESP8266 ให้คุณได้ ตัวอย่างจะแสดงบนหน้าจอ

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้เลือกบอร์ดที่ถูกต้อง "D1 mini" ในกรณีของฉัน และพอร์ตที่ถูกต้อง

อัปเดตรหัสด้วย wifi SSID และรหัสผ่านของคุณ (โดยปกติคือคีย์ WPA หรือ WEP บนช่องอินเทอร์เน็ต) คุณจะต้องกรอกโทเค็นที่คุณได้รับทางอีเมลด้วย

ตอนนี้คุณสามารถอัปโหลดรหัสไปยัง ESP8266 เมื่ออัปโหลดรหัสแล้ว โปรดรอสักครู่เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ของคุณเชื่อมต่อ WiFi กับเราเตอร์อินเทอร์เน็ตของคุณ และคุณจะสามารถควบคุมไฟโดยใช้ปุ่ม Blynk ที่คุณสร้างขึ้น

ตอนนี้คุณมีอุปกรณ์ IoT แล้ว! คุณสามารถหยุดที่นั่นได้หากต้องการ แต่อย่าลืมอ่านส่วน "แหล่งข้อมูล" หากคุณต้องการสนุกมากขึ้นและสร้างวงจรถาวรและกรง ให้อ่านต่อ

ขั้นตอนที่ 7: สร้างวงจรถาวร (โบนัส)

ถึงเวลาสร้างวงจรถาวร คุณสามารถดูสิ่งนี้และวิดีโอนี้เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับการบัดกรี ฉันใช้บอร์ดโปรโตมาตรฐานที่มีส่วนหัวสำหรับ ESP8266 ด้วยวิธีนี้ ถ้าฉันต้องการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ซ้ำสำหรับโปรเจ็กต์อื่น ฉันทำได้ คุณสามารถเลือกที่จะประสานไมโครคอนโทรลเลอร์เข้ากับบอร์ดโปรโตของคุณได้โดยตรง หากคุณไม่มั่นใจให้เลือกบอร์ดโปรโตที่ดูเหมือนเขียงหั่นขนม คุณจะสามารถนำการเชื่อมต่อแบบเขียงหั่นขนมของคุณกลับมาใช้ใหม่ได้

ฉันทำผิดพลาดสองครั้งกับอุปกรณ์เครื่องแรกของฉัน ฉันไม่ได้ใช้แผงขั้วต่อสำหรับสายไฟ LED… และฉันกลับสายไฟ คุณสามารถทำเครื่องหมายที่สายลบหรือสายบวกได้ แต่ขอแนะนำให้ใช้แผงขั้วต่อ ข้อผิดพลาดที่สองคือฉันใช้ 3.3V เพื่อขับเคลื่อนสตริง LED ทำให้เกิดไฟหรี่ หากคุณทำผิดพลาด ไม่ต้องกังวล เช่นเดียวกับฉัน คุณสามารถถอดบัดกรีและเปลี่ยนค่าตัวต้านทานหรืออัปเดตการเชื่อมต่อได้ง่าย คุณยังสามารถเพิ่มส่วนประกอบเพิ่มเติมได้ในภายหลัง!

ตอนนี้คุณมีวงจรถาวรแล้ว ก็ถึงเวลาสร้างเปลือกหุ้ม

ขั้นตอนที่ 8: สร้างสิ่งที่แนบมา (โบนัส)

ฉันทำตามบทช่วยสอน sparkfun บน Tinkercad เพื่อสร้างโครงสำหรับอุปกรณ์ของฉัน ฉันพิมพ์กล่องหุ้มโดยใช้ Prusa i3 MK3 ที่ซื้อมาใหม่ด้วยเส้นใย PLA (20% infill และ 0.2 มม.) นี่เป็นครั้งแรกสำหรับฉัน และฉันได้ทำผิดพลาดไปแล้วสองอย่างที่คุณเห็นในภาพ ตู้แรกของฉันไม่มีพื้นที่เพียงพอสำหรับปลั๊ก USB และรูไม่อยู่ในแนวเดียวกัน ฉันจึงออกแบบเวอร์ชันใหม่ให้มีขนาดพอดียิ่งขึ้นซึ่งสามารถรองรับฝาปิดได้ คุณสามารถประหยัดเวลาและประหยัดเงินได้บ้างเพียงการพิมพ์ส่วนที่จำเป็นของกล่องหุ้มเพื่อทดสอบความพอดีกับวงจร

ตอนนี้คุณมีอุปกรณ์ IoT สองเครื่องที่คุณควบคุมได้โดยใช้ Blynk สกายคือขีดจำกัด คุณสามารถขยายโปรเจ็กต์ได้ทั้งหมดด้วยเครื่องตรวจจับสถานะที่ควบคุมไฟ มีตัวจับเวลาที่จะปิดไฟหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง หรือแม้แต่ใช้ไฟสตริง LED เป็นระบบแจ้งเตือน พวกเขาสามารถกะพริบเมื่อคุณได้รับอีเมลเป็นต้น

แฮ็คอย่างมีความสุข!

ขั้นตอนที่ 9: ทรัพยากร

ฉันไม่สามารถแนะนำหนังสือเล่มนี้ได้เพียงพอ: Make: Electronics: Learning Through Discovery คุณสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับทรานซิสเตอร์ ตัวเก็บประจุ และสิ่งที่น่าสนใจอื่นๆ เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีความรู้ที่จำเป็นในการเริ่มต้นซ่อมแซมส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อรวมกับความรู้ที่คุณเพิ่งได้รับเกี่ยวกับ ESP8266, Blynk และ Tinkerpad คุณจะสามารถสร้างสิ่งที่น่าสนใจได้มาก

คุณสามารถเรียนรู้ได้มากมายจากการดูวิดีโอ Youtube ฉันขอแนะนำช่องทางต่อไปนี้:

- EEVblog

- เกรทสกอตต์!

- สถาบันข่าน

ฉันกล้าพอแล้ว คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมตามหลักสูตร edx หรือ Coursera เกี่ยวกับ IoT หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์