Inteligentny kryształowy łańcuch świetlny: 9 kroków (ze zdjęciami)

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

W miarę zbliżania się świąt Bożego Narodzenia, a ja jestem w trakcie pełnych badań nad automatyką domową i inteligentnymi obiektami, postanowiłem w tym roku spróbować stworzyć elegancki, ładnie wyglądający ciąg świetlny RGB.

Zrobiłem wiele badań na temat rozwiązań DIY w Internecie, z jednej strony niektóre projekty polegają na dodaniu przekaźnika Wifi lub inteligentnej wtyczki do sterowania mocą łańcucha świetlnego, z drugiej strony niektóre projekty wykorzystują adresowalne paski led z kontrolerem wifi aby w pełni kontrolować diody. Podobał mi się sposób, w jaki kontroler jest używany do sterowania adresowalną taśmą LED, ale dla mnie taśma LED nie wygląda wystarczająco dobrze na świetny świąteczny łańcuch świetlny.

Trochę zabrakło mi czasu na zamówienie jakiegoś elementu elektronicznego, więc zdecydowałem się stworzyć własny inteligentny ciąg świetlny z konfigurowalnym i wymiennym dyfuzorem żarówki i z maksymalną funkcjonalnością, jaką mogłem uzyskać, używając tylko elementu, który miałem w moim biurze.

Ogólnie rzecz biorąc, inteligentny ciąg świetlny wypadł bardzo dobrze, zastosowany dyfuzor wygląda świetnie, a funkcje oferowane przez oprogramowanie Wled są niesamowite. Możesz naprawdę w pełni dostosować swoje oświetlenie do swoich potrzeb. Ale ten projekt jest daleki od ideału, nadal uważam go za wersję beta i należy w nim wprowadzić pewne ulepszenia. Wyjaśnię dalej, co bym zrobił, aby był lepszy, gdy następnym razem go zbuduję.

Krok 1: Potrzebne części i narzędzia

Do tego projektu użyłem tylko części, które miałem w moim biurze, ponieważ nie jest w pełni zoptymalizowany, dam ci części, których użyłem, a także niektóre części, których możesz użyć do optymalizacji paska świetlnego.

Części:

Wemos D1mini (ESP8266)

Przekaźnik 5 v 10A

• Listwa WS2812b 144LED/m
• Zasilacz 5 V
• Kondensator 1000uF
• Rezystor 470 Ohm
• 2-pinowe złącze zasilania
• 3-pinowe złącze danych
• Przycisk
• Protoboard
• Lutować
• Przewody 22 AWG (linkowe i elastyczne są lepsze)
• Wyczyść PETG
• Non Clear PETG (ja użyłem białego)

Narzędzia:

• drukarka 3d
• Lutownica
• Szczypce do cięcia
• Pinceta
• Multimetr
• Kabel micro USB

Opcjonalny:

• WS2812b z PCB
• Tarcza Wled Wemos (świetna tablica do majsterkowania)
• 3-żyłowy kabel elektryczny
• Gorący klej

Krok 2: Wydruki 3D

Aby stworzyć żarówki, zmodyfikowałem model 3D, który znalazłem na thingiverse (tutaj jest źródło). Pierwotny model miał być bombkami bożonarodzeniowymi. Zmodyfikowałem go za pomocą Fusion 360, aby dodać gwint na dole części. Użyłem głównie funkcji „Gwint” z Fusion360 i zmniejszyłem rozmiar obu gwintów o 0,15 mm na każdej części, aby zapewnić wystarczający prześwit, aby element pasował do siebie.

Aby zrobić ciąg świetlny i trzymać diody zaprojektowałem gniazdo z otworem na przewód zasilający i danych, małe wgłębienie na diodę z listwy ws2812b oraz gwint umożliwiający wkręcenie żarówki w gniazdo LED. Otwory do okablowania przez gniazdo są nieco luźne, aby umożliwić umieszczenie 4 przewodów w przypadku, gdy potrzebujesz zasilania ze względu na długość paska. W tym przypadku możesz mieć 3 przewody na 5 V, dane i uziemienie, a czwarty doprowadzić kolejne 5 V do podłączenia do końca paska.

Kawałki są wykonane w taki sposób, że nić zaciska przewody podłączone do światła, gdy oba elementy są dociśnięte do siebie, unikając odrywania przewodów podczas manipulowania sznurkiem świetlnym.

Do wydrukowania kawałków, których użyłem:

Przezroczysty PETG do dyfuzora o wysokości warstwy 0,12 mm, wypełnieniu 0% i 2 ścianach, aby zachować pewną wytrzymałość

Biały PETG do gniazda LED o wysokości warstwy 0,12 mm, wypełnienie 100%, aby ograniczyć światło wpadające przez spód gniazda

Udało mi się wydrukować wszystkie gniazda LED na jednym wydruku, ponieważ jakość wydruku nie jest zbyt ważna na tym wydruku.

W przypadku żarówki polecam drukować po kolei. Są bardzo cienkie i drukowanie ich wszystkich naraz może spowodować złe wykończenie żarówki, a nawet problemy z wytrzymałością części gwintowanej.

Oto części wydrukowane w 3D użyte w tym projekcie:

www.thingiverse.com/thing:4672612

Krok 3: Przygotowanie diod LED

W moim przypadku użyłem diod LED WS2812b 5V, ale zauważ, że wszystkie diody adresowalne będą działać w tym projekcie.

W tej części, jeśli możesz, lepiej byłoby użyć wstępnie zmontowanej, samodzielnej okrągłej płytki PCB ws2812b. Dzięki temu Twoja listwa świetlna będzie bardziej niezawodna i ułatwi montaż diody w gnieździe LED.

Jeśli używasz paska świetlnego ws2812b, tak jak ja, będziesz musiał odciąć diodę LED jeden po drugim z paska, upewniając się, że masz wystarczająco dużo od pól lutowniczych na pasku, aby przylutować przewody w następnych krokach.

Jeśli nie uda Ci się utrzymać wystarczającej ilości powierzchni lutowniczych na każdej diodzie LED, możesz zachować tylko jedną na dwie diody LED, poświęcając diodę LED i przecinając całą długość jej pól lutowniczych między dwiema diodami LED.

Następnie będziesz musiał przygotować wszystkie przewody. Wybierz żądaną długość między dwiema żarówkami (wybrałem około 30 cm) i liczbą diod LED, które chcesz na swoim sznurku (użyłem 20 diod) i przytnij cały przewód do wybranej długości. Musisz mieć 3 przewody na diodę LED. (W moim przypadku potrzebowałem 3x20LEDów, czyli 60 przewodów po 30cm każdy). Twój zasilacz będzie zależał od liczby diod LED, których używasz w swoim pasku. Przy pełnej jasności 5V WS2812b wymaga 60mA, należy pomnożyć tę liczbę przez liczbę diod LED, aby spełnić wymagania dotyczące zasilania wymaganego przez zasilacz. W moim przypadku maksymalna potrzebna moc to 20LED x 60mA = 1200mA. Użyłem zasilacza 5V/3A, który leżałem, ale mogłem użyć słabszego zasilacza.

Jeśli nie planujesz używać paska świetlnego na jednolitym białym wzorze z pełną jasnością, pasek świetlny nigdy nie będzie potrzebował pełnej mocy. Jako lampkę bożonarodzeniową możesz uznać, że potrzebujesz tylko 1A na 40LED.

Po przycięciu wszystkich przewodów możesz zdjąć z każdej strony wszystkie przewody i ocynować je. (To dość długi krok…)

Jeśli chcesz, możesz owinąć przewody 3 po 3, aby wyglądały ładnie między diodami LED i aby nie zahaczały o choinkę.

Teraz możesz cynować wszystkie pola lutownicze na swoich diodach LED.

Kiedy wszystko jest cyny, umieść diodę LED w gnieździe LED, diodą LED skierowaną do góry.

Krok 4: Okablowanie

Teraz nadchodzi najtrudniejsza część projektu. Będziesz musiał połączyć wszystkie diody LED razem za pomocą przygotowanych wcześniej przewodów.

W tym celu włóż 3-żyłowy kabel przez jeden z otworów gniazda LED, a za pomocą lutownicy przylutuj kable do padów lutowniczych LED. (spróbuj użyć bardzo cienkiej końcówki do lutownicy) Musisz być szybki, gdy lutujesz, aby nie nagrzewać się i nie deformować gniazda LED.

Aby przylutować swoje diody LED w łańcuchu, uważaj, aby naprawdę szanować orientację swoich diod LED!

Możesz użyć strzałki na każdej diodzie LED, aby upewnić się, że przestrzegasz kierunku okablowania. Jeśli się tym nie zajmiesz, usmażysz diody LED podłączone do tyłu.

Dla tych, którzy zdecydują się owinąć przewody, będziesz musiał użyć multimetru, aby wykryć każdy koniec przewodów, które będziesz musiał podłączyć do następnej diody LED. (Zawsze lepiej sprawdzić przed niż naprawić po testach)

Upewnij się, że wszystko jest dobrze zespawane z multimetrem podczas procesu, aby zweryfikować lut, aby uniknąć zimnego lub słabego lutowania. Źle zespawana dioda LED spowoduje, że wszystkie diody LED po tej jednej nie będą działać lub będą działać źle. Jeśli masz problem z nie świeceniem diody LED, najpierw sprawdź lut (mówię to z doświadczenia;))

Krok 5: Programowanie

Do kontrolera wybrałem Wemos D1 mini, ponieważ pracowałem już z tą płytą. Są dość tanie, niezawodne, łatwe do zaprogramowania i zawierają antenę Wi-Fi.

Znalazłem projekt WLED na github, to oprogramowanie stworzone do sterowania LED przez Wi-Fi, dokładnie to, czego potrzebowałem do mojego projektu!

WLED to naprawdę świetne oprogramowanie opracowane przez Aircookie, kompatybilne z płytami Esp8266 i ESP32 i posiadające wiele funkcji. Na przykład:

• Ponad 100 specjalnych efektów świetlnych
• Segmenty LED do ustawiania różnych efektów i kolorów dla różnych części taśmy LED
• Interfejs sterowania internetowego do sterowania diodami LED za pomocą komputera
• Aplikacja na smartfona do sterowania diodami LED za pomocą telefonu
• Pilot na podczerwień
• Kompatybilność z automatyką domową
• Kompatybilność z asystentem Alexa Voice
• Dodanie przekaźnika do sterowania mocą światła
• Dodanie zewnętrznego przycisku do sterowania diodą LED bez Wifi
• Synchronizuj wiele urządzeń WLED w sieci lokalnej

I o wiele więcej…

Odkryj wszystkie możliwości na Github projektu:

Flashowanie Wleda na esp8266 nie jest takie trudne. Nie ma nic konkretnego. Musisz tylko wykonać następujące kroki:

Przejdź do strony Wled Github, aby pobrać ostatnie oprogramowanie (https://github.com/Aircookie/WLED/releases)

W przypadku Wemos D1 Mini pobierz plik, który kończy się na ESP8266.bin

Przejdź do strony Pythona, aby pobrać i zainstalować Pytno (https://www.python.org/downloads/)

Zainstaluj najnowszą wersję Pythona dla swojego systemu operacyjnego

Otwórz terminal i użyj następujących poleceń:

pip zainstalować esptool

Aby sprawdzić, czy narzędzie jest poprawnie zainstalowane, użyj kolejnego polecenia:

esptool.py

Jeśli masz problemy z Esptool.py, możesz spróbować pobrać esphome-flasher. Ten instalator robi dokładnie to samo, ale używa interfejsu graficznego.

Możesz teraz podłączyć mini płytkę Wemos D1 do komputera za pomocą kabla micro USB.

Po podłączeniu użyj następującego polecenia, aby flashować Wled na płycie:

esptool.py write_flash 0x0./WLED_X. X. X_ESP8266.bin

Wystarczy zastąpić./WLED_X. X. X_ESP8266.bin ścieżką do wcześniej pobranego pliku.bin.

Twoja tablica Wemos powinna teraz być pomyślnie flashowana za pomocą WLED?

Krok 6: Podłączanie tablicy do Wi-Fi

Teraz, gdy twoja płyta jest flashowana, po jej włączeniu powinieneś zobaczyć nową sieć Wi-Fi o nazwie WLED-AP. Spróbuj połączyć się z tą siecią Wi-Fi i użyj tego hasła:

wled1234

Zostaniesz przekierowany na stronę internetową, wystarczy postępować zgodnie z instrukcjami, aby podłączyć tablicę do domowej sieci WiFi

Po skonfigurowaniu tablicy do domowego Wi-Fi, przełącz się na zwykłą sieć Wi-Fi i otwórz nową przeglądarkę, aby połączyć się z nazwą mDNS, którą skonfigurowałeś wcześniej

Powinieneś połączyć się z następującą stroną internetową:

Krok 7: Płytka sterująca

Ta część nie jest wymagana do działania systemu. Możesz podłączyć zasilacz tylko do swojej taśmy i do Wemos D1 mini, a następnie użyć przewodu do podłączenia Data In z taśmy LED do pinu D4 w Wemos D1 mini.

Chciałem wypróbować funkcję przekaźnika i fizycznego przycisku, więc wziąłem płytkę prototypową, aby stworzyć prototyp systemu, aby mieć dowód działania rozwiązania.

Użyłem głównie schematu okablowania, który znalazłem na WLED Wiki i nieznacznie go zmodyfikowałem, aby dodać przekaźnik i przycisk za pomocą użycia GPIO podanego na tej samej stronie WLED Wiki.

Aby dodać przekaźnik do swojego projektu, musisz zasilić przekaźnik za pomocą linii zasilającej 5 V i uziemienia, a następnie podłączyć GPIO12 (pin D6 na Wemos D1 mini) do pinu sterującego przekaźnika. Po drugiej stronie przekaźnika podłącz przekaźnik w środku linii zasilającej 5 V, łącząc wejście 5 V na bolcu wejściowym i wyjście 5 V na styku NO (normalnie otwarty) przekaźnika. Domyślnie Firmware WLED włącza pin GPIO12 podczas włączania diod LED, podłączając linię 5V na pinie NO włączysz zasilanie przekaźnika przy załączaniu diod LED i wyłączysz przekaźnik przy wyłączeniu diod LED (o to właśnie chcemy osiągnąć).

Możesz również dodać przycisk do obwodu, gdy nie używasz zegara do sterowania diodami LED. Aby podłączyć przycisk, podłącz go między GPIO 0 (D3 na Wemos D1 mini) a masą. Przycisk można skonfigurować w interfejsie aplikacji WLED, aby wykonywać specjalne akcje za jednym dotknięciem, dwukrotnym dotknięciem i przytrzymaniem (na przykład następny efekt, zaprogramowany cykl, włączanie/wyłączanie).

Kondensator podłączony do linii energetycznej taśmy świetlnej służy do wygładzania linii energetycznej i pochłaniania potencjalnych skoków mocy. podłącz go za przekaźnikiem i jak najbliżej początku paska LED, aby uzyskać lepsze wykorzystanie.

Rezystor na wejściu linii danych paska służy do ochrony paska LED przed spaleniem z tego wejścia. Potencjalnie, jeśli masz podłączoną linię danych, ale dodatnia szyna zasilania jest odłączona, istnieje ryzyko próby zasilania diody LED przez pin danych i jej wypalenia.

Jeśli masz długi kabel ze swojego kontrolera do pierwszej diody LED, możesz użyć Level Shifter, aby uzyskać niezawodne dane wejściowe na łańcuchu diod LED. Istnieją elementy do wykonania tej pracy, ale możesz użyć taniej alternatywy, używając jednej diody LED z paska jako przełącznika poziomu. Aby osiągnąć ten cel, podłącz jedną z diod LED bezpośrednio do płyty prototypowej w pobliżu wyjścia kontrolera. Następnie możesz podłączyć złącze paska LED po tej diodzie LED. Przejście przez pierwszą diodę LED wpływa na linię danych w taki sam sposób, jak przy użyciu przełącznika poziomu. (Aby ta dioda LED nie rozjaśniała się wraz z paskiem LED, istnieje opcja w preferencjach LED WLED, aby pominąć pierwszą diodę LED).

Po okablowaniu poświęć trochę czasu na sprawdzenie wszystkich połączeń i lutowania.

Jeśli wszystko jest w porządku, możesz teraz podłączyć zasilacz i pasek LED do płytki drukowanej.

Krok 8: Włącz diodę LED do pracy z WLED

Aby Twoja listwa świetlna działała dobrze w Wled, musisz przejść do ustawień interfejsu internetowego, a następnie w preferencjach LED i wprowadzić liczbę LED, którą masz na swoim łańcuchu LED.

Możesz również ograniczyć maksymalny prąd, który chcesz pobierać z łańcucha świetlnego, aby twój zasilacz był bardzo bezpieczny.

Zapisz ustawienia i wróć do strony głównej, aby przetestować pasek świetlny.

Teraz możesz wybrać różne kolory i efekty, aby oświetlić swoją choinkę!

Znajdź pełną wiki zawierającą wszystkie ustawienia wstępne i możliwości efektów na stronie Wiki projektu WLED:

Krok 9: Wyniki

Myślę, że listwa świetlna wyszła bardzo dobrze w wersji alpha, kryształowa żarówka świetnie sprawdza się jako dyfuzor z przezroczystym PETG, a sterowanie oferowane przez oprogramowanie WLED jest rewelacyjne. Na pewno nie jest to ostatni raz, kiedy użyję WLED, aby dodać inteligentne oświetlenie w moim domu.

Następnym razem, gdy spróbuję użyć listwy świetlnej, użyję bardziej niezawodnego elementu, jak płytka drukowana WS2812b i myślę, że wypróbuję Wled Wemos Shield, która oferuje lepiej wyglądającą płytkę drukowaną z kilkoma dodatkowymi funkcjami (na przykład bezpiecznik dla jeszcze większego bezpieczeństwa). Postaram się też zrobić coś wodoodpornego do kolejnej wersji, aby dać możliwość dodania listwy na zewnątrz.

Dziękuję za przeczytanie tej instrukcji, mam nadzieję, że była dla ciebie przydatna, zaktualizuję ten artykuł, gdy druga wersja zostanie ukończona, bądź na bieżąco, jeśli jesteś zainteresowany:)