Stringa di luce di cristallo intelligente: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Con l'avvicinarsi del Natale e la ricerca completa della domotica fai-da-te e degli oggetti intelligenti, quest'anno ho deciso di provare a creare una stringa di luci RGB intelligente e dall'aspetto gradevole.

Ho fatto molte ricerche sulle soluzioni fai-da-te in giro per il web, da un lato alcuni progetti consistono nell'aggiungere un relè Wifi o una presa intelligente per controllare la potenza della stringa luminosa, dall'altro alcuni progetti utilizzano strisce led indirizzabili con un controller wifi per controllare completamente i led. Mi è piaciuto il modo in cui il controller viene utilizzato per controllare la striscia led indirizzabile, ma per me una striscia LED non sembra abbastanza buona per una fantastica stringa di luci natalizie.

Ero un po' a corto di tempo per ordinare qualche componente elettronico, quindi ho scelto di creare la mia stringa di luci smart con diffusore lampadina personalizzabile e intercambiabile e con la massima funzionalità che potevo ottenere utilizzando solo il componente che avevo nel mio ufficio.

Nel complesso la stringa di luce intelligente è venuta molto bene, il diffusore utilizzato ha un bell'aspetto e le funzionalità fornite dal firmware Wled sono fantastiche. Puoi davvero personalizzare completamente le tue luci in base alle tue esigenze. Ma questo progetto è lungi dall'essere perfetto, lo considero ancora come una versione beta e c'è bisogno di qualche miglioramento. Spiegherò ulteriormente cosa farei per renderlo migliore la prossima volta che lo costruirò.

Passaggio 1: parti e strumenti necessari

Ho usato solo parti che avevo nel mio ufficio per questo progetto in quanto non è completamente ottimizzato, ti darò le parti che ho usato e anche alcune parti che potresti usare per ottimizzare la striscia di luce.

Parti:

Wemos D1mini (ESP8266)

Relè 5v 10A

• Striscia WS2812b 144LED/m
• Alimentazione 5V
• Condensatore 1000uF
• Resistenza da 470 Ohm
• Connettore di alimentazione a 2 pin
• Connettore dati a 3 pin
• Pulsante
• Scheda prototipi
• Saldare
• Fili 22 AWG (meglio flessibile e flessibile)
• PETG trasparente
• PETG non trasparente (ho usato quello bianco)

Utensili:

• stampante 3d
• Saldatore
• Pinze da taglio
• pinzette
• Multimetro
• Cavo micro USB

Opzionale:

• WS2812b con PCB
• Wled Wemos shield (ottima scheda fai da te)
• Cavo elettrico a 3 fili
• Colla calda

Passaggio 2: stampe 3D

Per creare le lampadine ho modificato un modello 3D che ho trovato su thingiverse (qui la fonte). Il modello originale è stato progettato per essere palline di Natale. L'ho modificato utilizzando Fusion 360 per aggiungere una filettatura a vite sul fondo della parte. Ho utilizzato principalmente la funzione "Filo" di Fusion360 e ho ridotto le dimensioni di entrambi i filetti di 0,15 mm su ciascuna parte per assicurarmi di avere spazio sufficiente affinché il pezzo si adatti l'uno all'altro.

Per realizzare la stringa di luci e contenere i LED, ho progettato una presa con foro per il cavo di alimentazione e dati, un piccolo incavo per il LED dalla striscia ws2812b e una filettatura per poter avvitare la lampadina nella presa del LED. I fori per il cablaggio attraverso la presa sono un po' allentati per consentire di inserire 4 fili nel caso in cui sia necessaria un'iniezione di potenza a causa della lunghezza della striscia. In questo caso puoi avere 3 fili per 5V, Dati e Terra e il 4° per portare altri 5V da collegare alla fine della tua striscia.

I pezzi sono realizzati in modo tale che il filo bloccherà i fili collegati alla luce quando entrambi i pezzi vengono serrati insieme evitando di strappare i fili durante la manipolazione della corda luminosa.

Per stampare i pezzi ho usato:

PETG trasparente per il diffusore con altezza dello strato di 0,12 mm, riempimento dello 0% e 2 pareti per mantenere una certa resistenza

PETG bianco per la presa LED con altezza dello strato di 0,12 mm, riempimento al 100% per limitare la luce che passa attraverso la parte inferiore della presa

Sono stato in grado di stampare tutta la presa LED in una stampa poiché la qualità di stampa non è troppo importante su questa stampa.

Per la lampadina consiglierei di stampare poi uno per uno. Sono molto sottili e stamparli tutti in una volta può causare una cattiva finitura della lampadina e persino alcuni problemi di resistenza sulla parte filettata.

Ecco le parti stampate in 3D utilizzate per questo progetto:

www.thingiverse.com/thing:4672612

Passaggio 3: preparazione dei LED

Nel mio caso ho usato LED 5V WS2812b ma ho notato che qualsiasi LED indirizzabile funzionerebbe per questo progetto.

Per questa parte, se possibile, sarebbe molto meglio utilizzare PCB rotondo ws2812b standalone preassemblato. Renderebbe la tua striscia luminosa molto più affidabile e faciliterà l'assemblaggio del LED nella presa LED.

Se usi una striscia luminosa ws2812b proprio come me, dovrai tagliare i tuoi LED uno per uno dalla tua striscia, assicurandoti di tenere abbastanza dai pad di saldatura sulla striscia per saldare i tuoi fili nei passaggi successivi.

Se non riesci a mantenere abbastanza superfici di saldatura su ciascun LED, puoi mantenere solo un LED su due sacrificando un LED e tagliando l'intera lunghezza dei suoi pad di saldatura tra due LED.

Successivamente dovrai preparare tutti i tuoi fili. Scegli una lunghezza che desideri tra due lampadine (ho scelto di avere circa 30 cm) e un numero di LED che desideri sulla tua stringa (ho usato 20 LED) e taglia tutto il filo alla lunghezza che scegli. Avrai bisogno di 3 fili per LED. (Nel mio caso avevo bisogno di 3x20LED quindi 60 fili da 30cm ciascuno). Il tuo alimentatore dipenderà dal numero di LED che stai utilizzando nella tua striscia. A piena luminosità 5V WS2812b richiedono 60mA è necessario moltiplicare questo numero per il numero di LED per avere i requisiti di alimentazione necessari sull'alimentatore. Nel mio caso la potenza massima necessaria è 20 LED x 60 mA = 1200 mA. Ho usato un 5V/3A che avevo in giro ma avrei potuto usare un alimentatore meno potente.

Se non prevedi di utilizzare la tua striscia luminosa su un motivo bianco solido con piena luminosità, la tua striscia luminosa non avrà mai bisogno della piena potenza. Come luce di Natale puoi considerare che hai solo bisogno di 1A per 40 LED.

Una volta che sono tutti tagliati puoi spellare ogni lato di tutti i tuoi fili e stagnarli. (Questo è un passo piuttosto lungo…)

Se vuoi, puoi avvolgere i fili 3 per 3 per renderli belli tra i LED e per renderli meno inclini a impigliarsi nel tuo albero di Natale.

Ora puoi stagnare tutti i pad di saldatura sui tuoi LED.

Quando tutto è stagno, metti il LED in posizione nella presa LED, il LED rivolto verso l'alto.

Passaggio 4: cablaggio

Ora arriva la parte più difficile del progetto. Dovrai concatenare tutti i LED insieme usando i fili che hai preparato prima.

Per questo inserisci un cavo a 3 fili attraverso uno dei fori del tuo LED calzato, e con il tuo saldatore, salda i cavi ai pad di saldatura del LED. (prova a usare una punta molto sottile sul tuo saldatore) Devi essere veloce quando salda per non riscaldare e deformare la presa del LED.

Per saldare i tuoi LED in catena, fai attenzione a rispettare veramente l'orientamento dei tuoi LED!!

È possibile utilizzare la freccia su ciascun LED per essere sicuri di rispettare la direzione del cablaggio. Se non te ne occupi, friggi i LED cablati all'indietro.

Per chi sceglie di avvolgere i fili, si dovrà utilizzare un multimetro per individuare ogni estremità dei fili che si dovrà collegare al LED successivo. (È sempre meglio controllare prima che riparare dopo il test)

Assicurati che tutto sia ben saldato con il tuo multimetro durante il processo per verificare la tua saldatura per evitare saldature fredde o scadenti. Un LED saldato male farà sì che tutti i LED successivi a questo non funzionino o funzionino male. Se hai un problema con il LED che non si accende, controlla prima la saldatura (lo dico per esperienza;))

Passaggio 5: programmazione

Ho selezionato un mini Wemos D1 per il controller perché ho già lavorato con quella scheda. Sono abbastanza economici, affidabili, facili da programmare e includono un'antenna Wifi.

Ho trovato il progetto WLED su github, è un firmware realizzato per il controllo dei LED tramite wifi, esattamente quello di cui avevo bisogno per il mio progetto!

WLED è un firmware davvero eccezionale sviluppato da Aircoookie, compatibile con le schede Esp8266 ed ESP32 e con molte funzionalità. Per esempio:

• Oltre 100 effetti speciali di fulmini
• Segmenti LED per impostare effetti e colori diversi su parti diverse di una striscia LED
• Interfaccia utente di controllo Web per controllare i LED con il computer
• App per smartphone per controllare i LED con il telefono
• Telecomando a infrarossi
• Compatibilità con la domotica
• Compatibilità con l'assistente vocale Alexa
• Aggiunta di relè per controllare la potenza della luce
• Aggiunta di un pulsante esterno per controllare il LED senza Wifi
• Sincronizza più dispositivi WLED sulla tua rete locale

E molto di più…

Scopri tutte le possibilità sul Github del progetto:

Lampeggiare Wled su un esp8266 non è così difficile. Non è necessario nulla di specifico. Devi solo seguire questi passaggi:

Vai alla pagina Wled Github per scaricare l'ultimo firmware (https://github.com/Aircoookie/WLED/releases)

Per Wemos D1 Mini scarica il file che termina con ESP8266.bin

Vai alla pagina Python per scaricare e installare Pytno (https://www.python.org/downloads/)

Installa la versione più recente di Python per il tuo sistema operativo

Apri un Terminale e usa i seguenti comandi:

pip install esptool

Per verificare che lo strumento sia installato correttamente, utilizzare il comando successivo:

esptool.py

Se hai problemi con Esptool.py puoi provare a scaricare esphome-flasher. Questo programma di installazione fa esattamente lo stesso ma utilizza un'interfaccia grafica.

Ora puoi collegare la tua mini scheda Wemos D1 al tuo computer con il cavo micro USB.

Una volta connesso utilizzare il seguente comando per flashare Wled sulla scheda:

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

Devi solo sostituire./WLED_X. X. X_ESP8266.bin con il percorso del file.bin che hai scaricato in precedenza.

La tua scheda Wemos dovrebbe ora essere lampeggiata con successo con WLED?

Passaggio 6: collegamento della scheda al WiFi

Ora che la tua scheda è lampeggiata, quando la accendi dovresti vedere una nuova rete Wi-Fi chiamata WLED-AP. Prova a connetterti a questa rete Wifi e usa questa password:

wled1234

Verrai reindirizzato a una pagina web, devi solo seguire i passaggi per connettere la scheda al WiFi di casa

Dopo aver configurato la tua scheda sul WiFi di casa, passa alla tua normale rete WiFi e apri un nuovo browser per connetterti al nome mDNS che hai impostato in precedenza

Dovresti finire connesso alla seguente pagina web:

Passaggio 7: PCB di controllo

Questa parte non è un requisito per il funzionamento del sistema. Puoi collegare l'alimentatore solo alla tua striscia e al Wemos D1 mini e quindi utilizzare un cavo per collegare l'ingresso dati dalla striscia LED al pin D4 sul Wemos D1 mini.

Volevo provare la funzione relè e pulsante fisico, quindi ho preso una scheda prototipi per realizzare un prototipo del sistema per avere una soluzione di prova del lavoro.

Ho utilizzato principalmente uno schema di cablaggio che ho trovato sul Wiki WLED e l'ho leggermente modificato per aggiungere il relè e il pulsante utilizzando l'utilizzo GPIO indicato nella stessa pagina del Wiki WLED.

Per aggiungere il relè al tuo progetto, devi alimentare il tuo relè con la linea di alimentazione a 5 V e la terra e collegare il GPIO12 (pin D6 su Wemos D1 mini) al pin di comando del tuo relè. Dall'altro lato del relè, collega il tuo relè al centro della linea di alimentazione 5V collegando l'ingresso 5V sul pin di ingresso e l'uscita 5V sul pin NO (normalmente aperto) del relè. Per impostazione predefinita il firmware WLED accende il pin GPIO12 quando si accendono i LED, collegando la linea 5V sul pin NO si accenderà il relè quando si accendono i LED e si spegnerà il relè quando si spengono i LED (è quello che vogliamo raggiungere).

Puoi anche aggiungere un pulsante al tuo circuito quando non usi un orologio per controllare i tuoi LED. Per cablare il pulsante, collegalo tra il GPIO 0 (D3 su Wemos D1 mini) e la terra. Il pulsante può essere configurato nell'interfaccia dell'app WLED per eseguire azioni speciali da un tocco, doppio tocco e tenere premuto (Effetto successivo, Ciclo predefinito, ON/OFF per esempio).

Il condensatore collegato alla linea di alimentazione della striscia luminosa viene utilizzato per livellare la linea di alimentazione e assorbire potenziali picchi di alimentazione. collegalo dopo il relè e il più vicino possibile all'inizio della striscia LED per un migliore utilizzo.

Il resistore sull'ingresso della linea dati della striscia è lì per proteggere la striscia di LED da bruciare da questo ingresso. Potenzialmente se la linea dati è collegata ma la linea di alimentazione positiva è scollegata, c'è il rischio di tentare di alimentare il LED attraverso il pin dati e di bruciarlo.

Se hai un cavo lungo dal tuo controller al tuo primo LED, puoi usare un Level Shifter per avere un input dati affidabile sulla tua stringa di LED. Ci sono componenti realizzati per fare questo lavoro, ma puoi usare un'alternativa economica usando un LED dalla tua striscia come traslatore di livello. Per raggiungere questo obiettivo, collega uno dei LED direttamente sulla tua scheda prototipi vicino all'uscita del tuo controller. Quindi puoi collegare il connettore della striscia LED dopo questo LED. Passando attraverso il primo LED, la linea dati sarà influenzata allo stesso modo dell'utilizzo di un traslatore di livello. (Per evitare che questo LED si illumini con la tua striscia LED, c'è un'opzione nelle preferenze LED WLED per controllare di saltare il primo LED).

Una volta che tutto è cablato, prenditi del tempo per controllare tutte le connessioni e le saldature.

Se tutto va bene, ora puoi collegare il tuo alimentatore e la tua striscia LED al tuo circuito.

Passaggio 8: abilitare il LED per funzionare con WLED

Per abilitare la tua striscia luminosa a funzionare bene in Wled dovrai andare nelle impostazioni dell'interfaccia web, quindi nelle preferenze LED e inserire il numero di LED che hai sulla tua stringa di LED.

Puoi anche limitare la corrente massima che desideri assorbire dalla tua stringa di luci affinché il tuo alimentatore sia molto sicuro.

Salva le tue impostazioni e torna alla pagina principale per testare la tua striscia luminosa.

Ora puoi scegliere diversi colori ed effetti per illuminare il tuo albero di Natale!

Trova un wiki completo che elenca tutti i preset e le possibilità di effetti sulla pagina Wiki del progetto WLED:

Passaggio 9: risultati

Penso che la Light Strip sia venuta molto bene per una versione alfa, il bulbo di cristallo funziona benissimo come diffusore con PETG trasparente e il controllo offerto dal software WLED è eccezionale. Di sicuro questa non è l'ultima volta che userò WLED per aggiungere luce intelligente a casa mia.

La prossima volta che proverò a utilizzare una striscia luminosa utilizzerò componenti più affidabili come il pcb WS2812b e penso che proverò il Wled Wemos Shield che offre un PCB dall'aspetto migliore con alcune caratteristiche in più (un fusibile per una sicurezza ancora maggiore per esempio). Cercherò anche di realizzare qualcosa di impermeabile per la prossima versione per offrire la possibilità di aggiungere la striscia da esterno.

Grazie per aver letto questo tutorial spero che ti sia stato utile, aggiornerò questo articolo quando la seconda versione sarà completata, resta sintonizzato se sei interessato:)