دستگاه های اینترنت اشیا DIY با استفاده از رشته های LED: 9 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

(سلب مسئولیت: من انگلیسی زبان مادری نیستم.)

چندی پیش ، همسرم چند چراغ سیم LED خرید تا شب باغ را روشن کند. آنها فضای بسیار خوبی را ایجاد کردند. آنها را دور درختان گذاشتند ، اما حدس بزنید چه اتفاقی باید بیفتد ، ما در حالی که درختان را می بریم ، رشته ها را می بریم…

آنچه امروز می خواهم به شما نشان دهم این است که چگونه می توانید موارد خراب مانند سیم های LED را نجات دهید و دستگاه های متصل جالب ایجاد کنید که می توانید با تلفن هوشمند خود کنترل کنید.

شما نحوه استفاده از میکروکنترلر و ترانزیستور برای هدایت LED ها ، نحوه اتصال دستگاه خود به اینترنت و نحوه کنترل دستگاه از طریق تلفن هوشمند خود را خواهید آموخت. من فقط فرض می کنم که شما دانش اولیه الکترونیکی مانند نحوه اعمال قانون اهم را دارید. اگر تا به حال یک آردوینو برنامه نویسی کرده اید ، بهتر است.

بیایید با دستگاه هایی که می خواهم بسازم شروع کنیم. نکته خوب در مورد سیم های بریده این است که حداقل دو قطعه وجود دارد. بنابراین من می توانم حداقل دو دستگاه بسازم. من با یک لامپ متصل که روی میز می گذارم و سپس یک سیم LED متصل که برای روشن کردن اتاق خواب جدیدم استفاده می کنم ، شروع می کنم. تنها چیزی که من می خواهم راهی برای روشن و خاموش کردن چراغ ها با استفاده از تلفن هوشمندم است.

اما در وهله اول ، ما باید ببینیم که چگونه چیزها برای استفاده مجدد از چراغ ها کار کردند.

مرحله 1: مهندسی معکوس

ما دو رشته LED داریم اما افت ولتاژ در پایه های سیم و جریان مورد نیاز آنها را نمی دانیم. متأسفانه ، من یک برگه داده برای دریافت این مقادیر ندارم.

در این موارد ، ما باید همه چیز را خودمان تشخیص دهیم. بیایید محوطه را جدا کنیم.

پس از برداشتن چند پیچ با پیچ گوشتی ، می توانیم مدار بسیار ساده ای را ببینیم. قسمت جالب پیرامون پین های رشته LED است ، ما یک تنظیم کننده ولتاژ (جزء 3 پین) ، یک مقاومت (جعبه سیاه با 100 روی آن) و پین های رشته LED را مشاهده می کنیم. با نگاهی نزدیک تر (طراحی مدار) ، می بینیم که خروجی تنظیم کننده به رشته LED متصل است که به نوبه خود از طریق یک مقاومت 10 اهم به زمین متصل می شود (100 به معنی 10x10e0). بیایید چند باتری بگذاریم و افت ولتاژ را در پین های رشته و بین خروجی تنظیم کننده و زمین اندازه گیری کنیم.

با استفاده از مولتی متر ، می توان افت ولتاژ حدود 3 ولت را در پین های رشته اندازه گیری کرد (در تصاویر نشان داده شده است). ما همچنین بین خروجی رگولاتور و زمین 4.5 ولت اندازه گیری می کنیم. بنابراین می توان نتیجه گرفت که افت ولتاژ 1.5V در مقاومت 10 اهم وجود دارد. ما در واقع می توانیم آن را نیز اندازه گیری کنیم با استفاده از قانون اهم (U = RI) ، می دانیم که جریان از طریق شاخه 1.5V / 10 اهم = 0.150A یا 150mA است. دوباره می توانیم جریان را اندازه گیری کنیم ، اما باید مولتی متر را به صورت سری با رشته ای قرار دهیم که انجام آن آسان نیست.

اکنون می دانیم که چگونه رشته های LED را هدایت کنیم. بیایید دستگاه خود را بسازیم.

مرحله 2: مواد و ابزارها

در اینجا آنچه شما برای ساخت دستگاه ها نیاز دارید:

- برخی از پیچ گوشتی ها برای ریختن قطعات ، من چنین کیتی را دوست دارم

- برخی از چراغ های رشته LED ، اگر می خواهید دستگاه ها را تکثیر کنید

- ESP8266 ، مغز دستگاه ما خواهد بود

- یک تخته نان و چند سیم ، ما از آنها برای ساخت نمونه اولیه استفاده خواهیم کرد

- یک کیت مجموعه مقاومت و یک کیت مجموعه ترانزیستور ، همچنین می توانید یک کیت بزرگتر حاوی بسیاری از اجزای مفید خریداری کنید ، خرید تنها اجزای مورد نیاز نیز یک گزینه است

اگر می خواهید یک مدار دائمی ایجاد کنید ، به برخی ابزارها و چند صفحه اولیه نیاز دارید:

- برای شروع می توانید یک کیت لحیم کاری بسیار ارزان خریداری کنید ، یک دستگاه چند متری پیدا خواهید کرد که می تواند برای مهندسی معکوس وسایل خود استفاده شود ، فقط مراقب باشید که دستگاه های متصل به اصلی یا حتی دستگاه هایی را که از بیش از 30 ولت DC استفاده می کنند دستکاری نکنید.

- یک برش برای بریدن سیم و سیم اجزای آن بسیار مفید است

- برخی از تخته های اولیه

- مقداری سیم جامد

ممکن است شروع کار زیاد به نظر برسد ، اما برای هر پروژه دیگری که دارید ، مقداری سهام ایجاد خواهید کرد. اگر با انتظار مشکلی ندارید ، می توانید همه چیز را در Aliexpress با هزینه بسیار کمتر سفارش دهید. به عنوان یک جایگزین ، اگر نمی خواهید آن ابزارها را خریداری کنید ، می توانید به نزدیکترین فضای هکر نیز بروید.

در نهایت ، برای ساختن همه چیز به چند ساعت زمان نیاز خواهید داشت (اگر این آموزش را دنبال کنید کمتر).

مرحله 3: نحوه استفاده از ترانزیستور

ما می دانیم که رشته LED به 150 میلی آمپر نیاز دارد اما بسیار بیشتر از آن چیزی است که ESP8266 می تواند با خیال راحت در پین های خروجی خود ارائه دهد. شما نمی خواهید بیش از 12 میلی آمپر در هر پین GPIO روی میکروکنترلر رانندگی کنید. برای دور زدن این محدودیت ، به نوعی سوئیچ نیاز دارید که توسط میکروکنترلر کنترل شود. رایج ترین سوئیچ ها رله و ترانزیستور هستند. یک رله مطمئناً کار می کند اما حجیم تر ، گران تر است و بیشتر اوقات شما می خواهید از ترانزیستور برای رانندگی رله استفاده کنید.

ما برای هر دو دستگاه از ترانزیستورها استفاده خواهیم کرد. برای استفاده از ترانزیستور مانند سوئیچ ، باید جریان را از طریق پایه آن عبور دهیم. جریانی که از رشته LED عبور می کند متناسب با جریانی است که از پایه عبور می کند.

می توانید با آردوینو و ترانزیستور در Tinkercad بازی کنید تا از نحوه کار همه چیز مطلع شوید. من یک شبیه سازی اساسی ایجاد کردم که می توانید آن را تغییر دهید. اگر می خواهید در مورد Tinkercad اطلاعات بیشتری کسب کنید ، می توانید این آموزش شگفت انگیز را دنبال کنید: نحوه استفاده از Tinkercad برای آزمایش و پیاده سازی سخت افزار خود.

می بینید که وقتی خروجی GPIO زیاد است ترانزیستور مانند یک کلید بسته عمل می کند و وقتی خروجی GPIO کم است مانند یک سوئیچ باز عمل می کند. همچنین می توانید با مقادیر مقاومت ها بازی کنید. مقاومت سری به همراه LED جریان فعلی LED را محدود می کند و مقاومت متصل به پایه ترانزیستور حداکثر جریان عبوری از LED را کنترل می کند. اگر مقاومت پایه را افزایش دهید ، جریان کافی برای LED ایجاد نمی کنید و نور کم نورتر می شود.

می توانید به یادداشت های من نگاهی بیندازید تا ببینید چه مقدار مقاومت را برای دستگاه ها انتخاب می کنم. من می توانستم از خروجی 3.3 ولت به جای خروجی 5 ولت استفاده کنم ، اما در این صورت از مقاومت های مربوطه برای ساخت مدار استفاده نمی کنم. برای جستجوی افزایش ترانزیستور ، از خواندن برگه اطلاعات ترانزیستور دریغ نکنید.

حالا بیایید یک نمونه اولیه بسازیم.

مرحله 4: یک نمونه اولیه از مدار بسازید

ما باید سیم رشته LED را آماده کنیم. ابتدا اجازه دهید نیمه اول را برداریم تا نگهدارنده باتری ها جدا شوند. سپس ، سیم را بردارید ، من از یک بلوک ترمینال برای اتصال رشته LED به تخته نان استفاده کردم. ما همچنین به ESP8266 نیاز داریم ، من از یک مینی کلون D1 ، دو مقاومت و یک ترانزیستور استفاده کردم.

من p2222a را برای ترانزیستور انتخاب می کنم اما شما می توانید هر ترانزیستور NPN را انتخاب کنید. فقط باید مقادیر مقاومت ها را با توجه به افزایش ترانزیستور که می توانید در برگه اطلاعات ترانزیستور پیدا کنید ، مرور کنید. من یک مقاومت پایه 1k اهم و یک مقاومت LED 15 اهم را انتخاب می کنم. پایه توسط GPIO5 یا D1 هدایت می شود.

نگهدارنده باتری ها را نگه دارید زیرا می تواند برای پروژه دیگری یا حتی برای تغذیه دستگاه های تازه ایجاد شده شما مفید باشد.

با آموزش نحوه بارگذاری برنامه در ESP8266 با Arduino IDE ، برنامه چشمک زدن را جایگزین LED_BUILTIN با D1 کنید ، و اکنون می توانید از یک رشته LED چشمک زن لذت ببرید.

اگر مدار برای شما کار نمی کند ، سعی کنید سیم های LED را عوض کنید زیرا برای اتصال آند به مقاومت LED نیاز دارید. من همیشه سیم ها را برعکس می کنم…

برای بررسی اتصال و افت ولتاژ از مولتی متر خود استفاده کنید. وقتی خروجی زیاد است باید بین D1 و زمین 3.3 ولت را ببینید. همچنین باید بین سیمهای رشته ای LED ولتاژ 3 ولت را مشاهده کنید.

داشتن یک رشته LED چشمک زن خوب است اما چگونه می توانیم سیم LED را با تلفن هوشمند خود کنترل کنیم؟

مرحله 5: استفاده از تلفن هوشمند خود برای هدایت چراغ های رشته ای LED - قسمت اول

شما باید برنامه Blynk را روی تلفن هوشمند خود نصب کنید.

پس از نصب برنامه ، یک پروژه جدید ایجاد کنید. بلینک یک ایمیل با توکن (مجموعه ای از کاراکترهای شش ضلعی) برای برنامه ESP8266 خود به شما ارسال می کند. یک دکمه ایجاد کنید که به عنوان یک سوئیچ عمل می کند. دکمه باید پین GPIO5 یا D1 ESP8266 را هدایت کند. اکنون می توانید پروژه خود را اجرا کنید. توجه داشته باشید که برنامه به شما می گوید دستگاه آفلاین است.

می توانید بعداً پروژه را ویرایش کنید تا زمان سنج هایی که چراغ ها را کنترل می کنند اضافه کنید.

مرحله 6: استفاده از تلفن هوشمند خود برای هدایت چراغ های رشته ای LED - قسمت دوم

Arduino IDE خود را باز کنید. شما باید کتابخانه Blynk را نصب کنید. برای این ، فقط تصاویر صفحه ای را که تهیه کرده ام دنبال کنید. به منوی "ابزارها" بروید ، روی "مدیریت کتابخانه ها" کلیک کنید ، "Blynk" را جستجو کنید و آخرین نسخه را نصب کنید.

اکنون می توانید نمونه ای را باز کنید که Blynk را در ESP8266 برای شما راه اندازی می کند. مثال روی اسکرین شات ها نشان داده شده است.

مطمئن شوید که برد مناسب ، "D1 mini" در مورد من و پورت صحیح را انتخاب کرده اید.

کد را با SSID و رمز وای فای خود (معمولاً کلید WPA یا WEP در کادر اینترنت) به روز کنید ، همچنین باید نشانه ای را که از طریق ایمیل دریافت کرده اید پر کنید.

اکنون می توانید کد را در ESP8266 بارگذاری کنید. پس از بارگذاری کد ، چند ثانیه صبر کنید تا مطمئن شوید دستگاه شما از طریق WiFi به روتر اینترنت شما متصل است و می توانید با استفاده از دکمه Blynk که ایجاد کرده اید چراغ ها را کنترل کنید.

شما اکنون یک دستگاه اینترنت اشیا دارید! در صورت تمایل می توانید آنجا را متوقف کنید اما فراموش نکنید که بخش "منابع" را بخوانید. اگر می خواهید بیشتر سرگرم شوید و یک مدار دائمی و یک محوطه بسازید ، به خواندن ادامه دهید.

مرحله 7: ایجاد یک مدار دائمی (پاداش)

زمان ایجاد یک مدار دائمی فرا رسیده است. برای آشنایی با لحیم کاری می توانید این و این ویدئو را تماشا کنید. من برای ESP8266 از یک تخته اولیه استاندارد با مقداری سربرگ استفاده کردم. به این ترتیب اگر بخواهم از میکروکنترلر برای پروژه دیگری استفاده کنم ، می توانم. می توانید میکروکنترلر را مستقیماً به برد اولیه خود لحیم کنید. اگر اعتماد به نفس ندارید یک تخته اولیه که شبیه تخته نان است انتخاب کنید. شما قادر خواهید بود از اتصالات ورق خود استفاده مجدد کنید.

من با دستگاه اولم دو اشتباه کردم. من از بلوک ترمینال برای رشته LED استفاده نکردم … و سیم ها را وارونه کردم. می توانید سیم منفی یا مثبت را علامت گذاری کنید اما استفاده از بلوک ترمینال توصیه می شود. اشتباه دوم این است که من از 3.3 ولت برای هدایت سیم LED استفاده کردم که منجر به نور کمتری می شود. اگر مانند من اشتباه می کنید ، نگران نباشید ، حذف لحیم کاری و تغییر مقادیر مقاومت ها یا به روز رسانی اتصالات آسان است. حتی بعداً می توانید اجزای بیشتری اضافه کنید!

اکنون که مدار دائمی خود را دارید ، وقت آن است که محوطه آن را بسازید.

مرحله 8: ساخت یک محوطه (پاداش)

من یک آموزش sparkfun را در Tinkercad دنبال کردم تا محفظه ای برای دستگاه هایم بسازم. من محوطه را با استفاده از Prusa i3 MK3 تازه خریداری شده خود با برخی از رشته های PLA (20٪ پر کننده و 0.2 میلی متر) چاپ کردم. این در واقع برای من اولین بار است و من قبلاً دو اشتباه انجام داده ام که می توانید در تصاویر مشاهده کنید. اولین محفظه من فضای لازم برای دوشاخه USB را نداشت و سوراخ ها تراز نشده بودند. سپس یک نسخه جدید با تناسب بهتر طراحی کردم که می تواند از درپوش نیز پشتیبانی کند. شما می توانید مقداری زمان و مقداری پول صرفه جویی کنید و فقط قسمت مورد نیاز محفظه را برای آزمایش تناسب با مدار چاپ کنید.

اکنون دو دستگاه IoT دارید که می توانید با استفاده از Blynk آنها را کنترل کنید. آسمان محدود است شما می توانید پروژه را با یک آشکارساز حضور که چراغ ها را کنترل می کند ، با یک تایمر که پس از مدت زمان مشخصی چراغ ها را خاموش می کند ، یا حتی از چراغ های رشته ای LED به عنوان یک سیستم اعلان استفاده کنید. به عنوان مثال وقتی یک ایمیل دریافت می کنید ممکن است پلک بزنند.

هک مبارک!

مرحله 9: منابع

من نمی توانم این کتاب را به اندازه کافی توصیه کنم: Make: Electronics: Learning Through Discovery. شما می توانید در مورد ترانزیستورها ، خازن ها و موارد جالب دیگر در مورد وسایل الکترونیکی اطلاعات کسب کنید. دانش لازم برای شروع کار با قطعات الکترونیکی را دارد. همراه با دانش تازه ای که در مورد ESP8266 ، Blynk و Tinkerpad کسب کرده اید ، می توانید چیزهای بسیار جالبی بسازید.

با تماشای ویدئوهای Youtube می توانید چیزهای زیادی یاد بگیرید. من کانال های زیر را توصیه می کنم:

- EEVblog

- اسکات بزرگ!

- آکادمی خان

من به اندازه کافی شجاع هستید ، می توانید در دوره های edx یا coursera در مورد IoT یا الکترونیک اطلاعات بیشتری کسب کنید.