Szeroko zsynchronizowane diody LED w sąsiedztwie: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:26

Miałem kilka bezprzewodowych listew LED, które pomyślałem, że mogę zgasić na święta. Ale na moim podwórku równie dobrze można je było podłączyć. Więc co jest fajniejszym wyzwaniem? Dekoracje LED we wszystkich domach na moim bloku z zsynchronizowanym wyświetlaczem! W tym szalonym roku to sposób na połączenie nas ze sobą.

Są to żyłki LED zasilane przez ESP8266 i są podłączone do sieci WiFi, więc wszystkie pokazują ten sam krok w sekwencji animacji w tym samym czasie. Ponieważ do połączenia używają kodu siatki, mogą znajdować się w odległości kilku domów, a wiadomości są przekazywane od węzła do węzła.

Działają na 5 woltach, a ja używałem zasilaczy, ale mogą też działać przez chwilę na bateriach USB. Dzięki temu są przenośne, mają własną sieć Wi-Fi, która nie jest podłączona do Internetu i mogą działać poza siecią.

Wszyscy nasi sąsiedzi byli podekscytowani tym, że mają tę wspólną dekorację i naprawdę miło jest zobaczyć, jak wszyscy pokazują ten sam wyświetlacz, gdy idziesz ulicą. Mam tutaj kilka zdjęć kilku przed moim domem do testowania, ale naprawdę trudno było je sfotografować na ulicy.

Krok 1: Części

ESP8266 D1 Mini - Użyłem modułów D1 Mini ponieważ wszystko czego potrzebuję to jeden pin I/O dla diod LED. Ten projekt można wykonać bez lutowania za pomocą takiej osłony zacisków i innego modułu ESP8266. Istnieje wersja D1 Mini z lepszą anteną - D1 Mini Pro. Posiada antenę ceramiczną i złącze U. FL do anteny zewnętrznej, ale trzeba przesunąć rezystor do montażu powierzchniowego 0 omów na antenę zewnętrzną. Więcej dyskusji na późniejszym etapie.

Linki LED WS2811 - Użyłem linków WS2811, ponieważ są one wodoodporne (z wyjątkiem złącz JST) i łatwe w obsłudze. Paski WS2812b "Neopixel" używałyby dokładnie tego samego kodu itp. Ja użyłem 5v, ale można je dostać w 12v (użyj mniej prądu) - wtedy potrzebny byłby konwerter napięcia dla ESP8266. Jeśli chcesz, możesz również uzyskać linki LED WS2811 z wodoodpornymi złączami. Żyły LED, których użyłem, mają złącza JST SM na obu końcach - żeńskie jest wejściem, chociaż widziałem, że są podłączone w drugą stronę (męskie jako wejście). Kierunek jest również zaznaczony na samych diodach LED. Są też przewody wtrysku zasilania - odciąłem końcówki, żeby części cynowane nie mogły się zwierać. Możesz je również kupić w paczkach po 10 sztuk.

Rezystor 330 Ohm 1/4 W - jest używany na pinie danych w ESP8266, aby zapobiec migotaniu diod LED.

Złącze męskie JST SM 3 Pin - Służą do podłączenia do taśm LED. Zwróć uwagę, że „męskie” złącze ma nad sobą kaptur.

Złącze żeńskie CCTV 2,1 mm - używane do złącza zasilania. Możesz użyć do tego innego systemu złączy, jeśli chcesz.

Zasilanie 5V - moc wzmacniacza zależy od ilości diod LED. Jeden 2A jest prawdopodobnie OK dla 50 lub 100 diod LED, które nigdy nie są w pełni włączone (zobacz krok okablowania, aby uzyskać więcej informacji).

Przedłużacz 3 pinowy JST SM lub przedłużacz 2,1 mm – ponieważ złącze JST w D1 Mini znajduje się blisko diod LED, zwykle potrzebujesz przedłużenia, aby umożliwić umieszczenie diod LED dalej od procesora. W moim przypadku skończyło się na tym, że umieściłem procesor wyżej w dekoracji, aby uzyskać lepszy zasięg Wi-Fi, więc trzymałem procesor w pobliżu diod LED i zamiast tego użyłem przedłużacza o średnicy 2,1 mm.

Kabel USB do 2,1 mm - jest opcjonalny - pozwala zasilać linkę z dowolnego źródła USB lub baterii.

Rurka termokurczliwa 3mm - potrzebujesz tylko około 1 cala, aby zakryć rezystor w D1 Mini.

20mm przezroczysta rurka termokurczliwa - jest to częściowo opcjonalne, aby chronić złącza w D1 Mini. Upewnij się, że zaciskasz wokół przełącznika resetowania po nałożeniu, jeśli rurka ściska przełącznik.

Pudełko wodoodporne - do ochrony zasilacza i procesora na zewnątrz. Większość moich sąsiadów po prostu używała plastikowych toreb.

Przewód 1/2" EMT - kawałek 29" pasuje do kształtu trzciny cukrowej - do przytrzymania go użyłem 4 opasek zamka błyskawicznego. Wypróbowałem PCV 1/2" i pasuje, ale dotyka diod LED po obu stronach.

Pręt zbrojeniowy 3/8 "x 3' - po przymocowaniu EMT do kształtu możesz wbić pręt zbrojeniowy w ziemię i nałożyć na niego rurę EMT. Pręt zbrojeniowy 1/2" będzie pasował, ale będziesz musiał odciąć wszelkie zgięte części i jest blisko - jeśli zostanie spłaszczony lub cokolwiek podczas wbijania, będzie bardzo ciasny. Tak więc 3/8 "z większym prawdopodobieństwem łatwo opróżni wewnętrzną średnicę rury EMT.

Kształt Candy Cane - zobacz krok na nich, możesz zrobić DIY kształt, udrapować go na krzaku lub użyć takiego kształtu.

Krok 2: Montaż kontrolera

Kontroler składa się z D1 Mini (ESP8266), żeńskiego gniazda zasilania 2,1 mm CCTV, rezystora 330 omów i 3-pinowego męskiego złącza JST.

Założeniem tego projektu jest użycie 50-100 diod LED. Jeśli chcesz użyć więcej, będziesz musiał użyć zastrzyku mocy, aby zasilić wszystkie diody LED. Zobacz ten inny Instruktaż, aby uzyskać głębszą dyskusję na ten temat.

Przy 50 diodach LED na pełnej bieli pobierałyby 50 x 0,06 A = 3 ampery. Tak więc z adapterem 2A zakładamy, że nigdy nie będą w pełni włączone. W przypadku 100 diod LED maksymalny prąd to 6A, dlatego należy jeszcze bardziej uważać, aby mieć włączone tylko kilka na raz. Nawet przy 100 diodach LED o prądzie 0,02 A każda, używamy 2 amperów. Tak więc zalecany jest zasilacz o wyższym prądzie, chociaż dostroiłem wyświetlacze, aby nie używały wszystkich diod lub kolorów naraz, mocno je przyciemniłem i zacząłem od zasilaczy 2A z większymi w rezerwie. To świetny artykuł na temat zmniejszania zapotrzebowania na energię.

Rezystor 330 omów w linii z przewodem danych ma zapobiegać migotaniu spowodowanemu elektronicznym dzwonieniem, ponieważ dane mają dość wysoką częstotliwość. Jest to bardziej czynnik przy dużej liczbie diod LED, ale warto go dodać.

Przylutowałem rezystor bezpośrednio do D1 Mini, ale pozostawiłem około 1/8" ołowiu nad płytą, abym mógł je zgiąć na płasko. Użyłem około 1" termokurczliwego 3mm na rezystorze, aby zapobiec zwarciu na deska.

Użyłem przezroczystej koszulki termokurczliwej o grubości 20 mm, aby chronić D1 Mini przed dotknięciem metalu itp. Pamiętaj, aby sprawdzić przełącznik resetowania z boku - może być konieczne lekkie przecięcie koszulki termokurczliwej, aby upewnić się, że nie naciska przełącznika. Potrzebowałem tego na wszystkich moich.

Zauważ, że nie potrzebowałem przełącznika poziomu z wyjść 3,3 V ESP8266 i diod LED pracujących przy 5 V (ponieważ specyfikacja układu LED ma mieć linię danych nie mniejszą niż 70% zasilania). Potrzebowałem diody/protektorowej diody LED w poprzednich projektach (krok 3) z paskami WS2812b, ale bezpośrednie chipy WS2811 w diodach wydają się jak dotąd OK.

Możesz to zrobić bez lutowania! Równie dobrze działałby ekran terminala ESP8266 z innym procesorem. Obudowa D1 Mini jest ładna i niewielka, ale wszystkie działają mniej więcej tak samo.

Krok 3: Kształty

Wiązki LED mogą mieć dowolny kształt lub można je ułożyć w kształty - samodzielnie lub w sklepie internetowym. Zamówiłem w HolidayCoro kilka kształtów - kilka małych drzewek LED, pończochę i laskę cukrową. Pończocha ładnie zajęła 50 diod - długość jednego sznurka. Małe drzewo zajmuje 100 diod LED, ale możesz zrobić tylko połowę, jeśli chcesz - od strony ulicy. W końcu trzcina cukrowa była ulubieńcem sąsiadów, ponieważ była nieco większa. 99 diod LED, a ostatnią zostawiłem z tyłu z pomysłem, aby można ją było wykorzystać do debugowania.

Ponieważ kształty były białe, postanowiliśmy pomalować na nich czerwone paski, aby wyglądały lepiej w ciągu dnia. Zamaskowałem je, zrobiłem szybki drobny piasek, przetarłem acetonem (pełny zmywacz do paznokci) i użyłem dwóch warstw farby w sprayu, która działa na plastik. Wydawało się, że dobrze przylega. Zrobiliśmy głównie z jednej strony, a kilka z drugiej strony dla kilku domów, które miały 2 z nich.

Krok 4: Kod i Wi-Fi

D1 Mini wykorzystuje moduł Espressif ESP8266. Zaprogramowałem go za pomocą Arduino IDE, więc czuje się jak potężne Arduino z wbudowanym WiFi. W Internecie jest wiele instrukcji, jak skonfigurować Arduino IDE dla ESP8266 i D1 Mini, więc nie będę ich tutaj powtarzał.

Kod jest oparty na poprzedniej instrukcji Instructable. Wykorzystuje bibliotekę Painless Mesh, aby wszystkie procesory komunikowały się ze sobą. Korzystałem z biblioteki FastLED, ponieważ wcześniej miałem problemy z biblioteką mesh i biblioteką Neopixel i tym razem nie testowałem tego ponownie.

Nie jestem pewien, jaka jest maksymalna liczba węzłów. Niektóre posty wskazują, że będzie to ograniczone przez liczbę wiadomości i typy procesorów, a być może limit wynosi około 30-60 węzłów. Ta aplikacja nie wysyła wielu wiadomości - tylko zmiana animacji, chociaż istnieją pewne automatyczne, takie jak zmiana siatki i wiadomości synchronizacji czasu.

Możesz podłączyć diody LED do D1 Mini podczas kodowania, ale możesz potrzebować zewnętrznego zasilania, jeśli masz więcej niż 50, ponieważ prawdopodobnie przekroczysz zasilanie z portu USB komputera i regulatora mocy w D1 Mini. Biorąc to pod uwagę, ponieważ mój kod nie włączał diod LED w pełni, mogłem bez problemów zaprogramować 100 diod LED na połączeniu USB.

Moduł ESP8266 posiada wbudowane WiFi. Ponieważ kod siatki (PainlessMesh), którego używamy, tworzy punkt dostępowy w każdym module, ważny jest zasięg dla całego sąsiedztwa. Użyłem kształtów trzciny cukrowej i umieściłem procesor na górze, aby uzyskać najlepszy zasięg, a było to około 50-100 stóp - jard lub dwa w mojej okolicy. Wyższa i lepsza linia wzroku (LOS) poprawia sytuację. W niektórych przypadkach strzelnica przecinała ulicę (bardziej zależała od samochodów blokujących LOS).

Było kilka domów, które nie były zsynchronizowane z powodu przeszkód Wi-Fi, ale światła wyglądają ładnie, nawet gdy nie są zsynchronizowane. Zrobiłem węzeł „repeater” z tylko D1 Mini na pendrive zasilanym baterią USB. Po umieszczeniu między domami były odpowiednio zsynchronizowane. Aby uzyskać bardziej zdalny wzmacniacz, możesz użyć baterii słonecznej USB, chociaż nie ładują się one bardzo szybko.

Nadal widziałem sporadyczne problemy z synchronizacją, a potem znalazłem tę notatkę o zbyt wielu węzłach lub ich rozłożeniu:

gitlab.com/painlessMesh/painlessMesh/-/wik…

Korzystając z tej konfiguracji, zaczął działać znacznie lepiej! To wyznacza jeden konkretny węzeł jako główny, więc mój kod do negocjowania węzła kontrolnego jest niepotrzebny, co może rozbić siatkę. Załączam zaktualizowaną/alternatywną próbkę kodu. Takie podejście wymaga, aby główny węzeł był włączony, aby były zsynchronizowane, więc siatka nie jest tak odporna na uszkodzenia, ale działa lepiej, gdy jest rozłożona tak, jak moja. Pamiętaj, aby edytować kod dla tej wersji - tylko jeden węzeł powinien być ustawiony na root - zobacz komentarze w kodzie.

Dodałem jeszcze jedną aktualizację do wariantu SetRoot: dodałem kod resetujący ESP8266, jeśli przez 10 minut nie było żadnych poleceń. Daje to węzłowi szansę na ponowne odkrycie węzła głównego. Wydawało się, że to pomogło w przypadku niektórych bardziej odległych węzłów.

Pod koniec sezonu udało mi się przetestować kilka modułów D1 Mini Pro. Na płytce mają antenę ceramiczną, można też użyć złącza U. FL i anteny zewnętrznej, jeśli przesuniemy rezystor zero omowy. Wypróbowałem parę, która miała problemy z synchronizacją z D1 Mini Pro z antenami ceramicznymi i działały lepiej. Zrobiłem kilka kolejnych testów z jednym węzłem w moim domu. Na podstawie wyników w przyszłym roku przejdziemy na moduły D1 Mini Pro z antenami ceramicznymi.

Ze zdalnym D1 Mini: widział to tylko D1 Mini Pro z zewnętrzną anteną, a siła sygnału była niska

Ze zdalnym D1 Mini Pro z anteną ceramiczną: D1 Mini, D1 Mini Pro z anteną ceramiczną i D1 Mini Pro z anteną zewnętrzną wszystkie widziały to z mniej więcej taką samą mocą sygnału, więc była to poprawa. Orientacja tablic (anteny) ma do pewnego stopnia znaczenie

Z pilotem D1 Mini Pro z anteną zewnętrzną: wszystkie inne płyty to widziały, ale siła sygnału nie była dużo lepsza niż w testach z wbudowaną anteną ceramiczną, więc nie będę zawracał sobie głowy przesuwaniem tych zeroomowych rezystorów i umieszczaniem anten na laski cukierków

Krok 5: Montaż końcowy

Po przygotowaniu i zaprogramowaniu kontrolera wystarczy podłączyć diody LED do kontrolera za pomocą przewodów JST i zasilacza 5V na gnieździe 2.1mm.

Rozszerzenie JST powinno być pomocne w utrzymaniu kontrolera i zasilacza zawsze z dala od diod LED. Lub, aby podnieść procesor, nałożyłem na nie małą plastikową torebkę zabezpieczoną skręcanym wiązaniem i użyłem przedłużacza 2,1 mm do zasilacza.

Wodoodporne pudełko pomoże chronić zasilacz i procesor, ale większość moich sąsiadów używała prostych plastikowych toreb.

Druga nagroda w wyzwaniu szybkości dekoracji świątecznych