LED Tersinkronisasi Lebar Lingkungan: 5 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Saya memiliki beberapa bilah LED nirkabel yang saya pikir bisa saya keluarkan untuk liburan. Tapi, di halaman saya, mereka juga bisa disambungkan. Jadi, apa tantangan yang lebih keren? Dekorasi LED di semua rumah di blok saya dengan tampilan yang disinkronkan! Di tahun yang gila ini, ini adalah cara untuk menghubungkan kita bersama.

Ini adalah untaian LED bertenaga ESP8266, dan terhubung dengan WiFi mesh, sehingga semuanya menunjukkan langkah yang sama dalam urutan animasi pada saat yang bersamaan. Karena mereka menggunakan kode mesh untuk terhubung, mereka dapat terpisah beberapa rumah, dan pesan diteruskan dari node ke node.

Mereka berjalan pada 5 volt, dan saya menggunakan adaptor daya, tetapi mereka dapat berjalan untuk sementara waktu dengan baterai USB juga. Jadi mereka portabel, menjalankan jaringan WiFi mereka sendiri yang tidak terhubung ke Internet, dan dapat berjalan di luar jaringan.

Semua tetangga kami senang memiliki dekorasi bersama ini, dan sangat menyenangkan melihat mereka semua menunjukkan tampilan yang sama saat Anda berjalan di sepanjang jalan. Saya memiliki beberapa gambar di sini dari beberapa di depan rumah saya untuk pengujian, tetapi sangat sulit untuk memotretnya di jalan.

Langkah 1: Bagian

ESP8266 D1 Mini - Saya menggunakan modul D1 Mini karena yang saya butuhkan hanyalah satu pin I/O untuk LED. Proyek ini dapat dilakukan tanpa penyolderan menggunakan pelindung terminal seperti ini dan modul ESP8266 yang berbeda. Ada versi D1 Mini dengan antena yang lebih baik - D1 Mini Pro. Ini memiliki antena keramik dan konektor U. FL untuk antena eksternal, tetapi Anda perlu memindahkan resistor 0 ohm pemasangan permukaan untuk antena eksternal. Diskusi lebih lanjut di langkah selanjutnya.

WS2811 LED Strands - Saya menggunakan WS2811 strands karena tahan air (kecuali untuk konektor JST) dan mudah digunakan. Strip "Neopixel" WS2812b akan menggunakan kode yang sama persis, dll. Saya menggunakan yang 5v, tetapi Anda bisa mendapatkannya dalam 12v (gunakan lebih sedikit arus) - Anda akan memerlukan konverter tegangan untuk ESP8266s, kalau begitu. Anda juga bisa mendapatkan untaian LED WS2811 dengan konektor tahan air jika Anda mau. Untaian LED yang saya gunakan memiliki konektor JST SM di kedua ujungnya - yang betina adalah inputnya, meskipun saya telah melihatnya disambungkan dengan cara lain (pria sebagai input). Arahnya juga ditandai pada LED itu sendiri. Ada juga kabel injeksi daya - saya memotong ujungnya sehingga bagian kaleng tidak bisa korslet. Anda juga dapat membelinya dalam paket 10.

Resistor 330 Ohm 1/4 Watt - ini digunakan pada pin data pada ESP8266 untuk mencegah LED berkedip.

JST SM 3 Pin Male Connector - Ini untuk menghubungkan ke strip LED. Perhatikan bahwa konektor "laki-laki" memiliki tudung di atasnya.

Konektor Wanita CCTV 2.1mm - ini digunakan untuk konektor daya. Anda dapat menggunakan beberapa sistem konektor lain untuk ini jika Anda mau.

Catu Daya 5V - peringkat amp tergantung pada berapa banyak LED yang akan Anda miliki. Yang 2A mungkin OK untuk 50 atau 100 LED yang tidak pernah menyala sepenuhnya (lihat langkah pengkabelan untuk info lebih lanjut).

Kabel Ekstensi JST SM 3 Pin atau kabel ekstensi 2.1mm - karena konektor JST pada D1 Mini dekat dengan LED, Anda biasanya menginginkan ekstensi untuk memungkinkan LED ditempatkan lebih jauh dari CPU. Dalam kasus saya, saya akhirnya menempatkan CPU lebih tinggi di dekorasi untuk mendapatkan jangkauan WiFi yang lebih baik, jadi saya menyimpan CPU di dekat LED dan menggunakan kabel ekstensi 2.1mm sebagai gantinya.

Kabel USB ke 2.1mm - ini opsional - memungkinkan Anda memberi daya pada untaian dari sumber USB atau baterai apa pun.

3mm Heat Shrink Tubing - Anda hanya membutuhkan sekitar 1 ini untuk menutupi resistor pada D1 Mini.

20mm Clear Heat Shrink Tubing - ini sebagian opsional untuk melindungi konektor pada D1 Mini. Pastikan untuk menjepit sakelar reset setelah menerapkan jika tabung menekan sakelar.

Kotak Tahan Air - untuk melindungi catu daya dan CPU di luar. Sebagian besar tetangga saya hanya menggunakan kantong plastik.

Saluran EMT 1/2" - potongan 29" pas dengan bentuk tongkat permen - saya menggunakan 4 ikatan ritsleting untuk menahannya. Saya mencoba PVC 1/2", dan cocok, tetapi menyentuh LED di kedua sisi.

3/8" x 3' rebar - setelah EMT terpasang ke bentuk, Anda dapat menumbuk rebar di tanah dan meletakkan pipa EMT di atasnya. 1/2" rebar akan cocok, tetapi Anda harus memotongnya bagian bengkok, dan itu dekat - jika diratakan atau apa pun saat ditumbuk, itu akan sangat kencang. Jadi, 3/8" lebih mungkin untuk dengan mudah membersihkan diameter dalam pipa EMT.

Bentuk Candy Cane - lihat langkahnya, Anda bisa membuat bentuk DIY, menggantungkannya di atas semak, atau menggunakan bentuk seperti ini.

Langkah 2: Rakitan Pengontrol

Kontroler terdiri dari D1 Mini (ESP8266), colokan listrik perempuan CCTV 2.1mm, resistor 330 ohm, dan konektor laki-laki 3 Pin JST.

Asumsi untuk proyek ini adalah Anda akan menggunakan 50-100 LED. Jika Anda ingin menggunakan lebih banyak, Anda perlu menggunakan injeksi daya untuk memberi daya pada semua LED. Lihat Instructable lain ini untuk diskusi lebih dalam tentang itu.

Dengan 50 LED berwarna putih penuh, mereka akan menggambar 50 x 0,06A = 3 amp. Jadi, dengan adaptor 2A, kami berasumsi mereka tidak akan pernah sepenuhnya menyala. Untuk 100 LED, maksimalnya adalah 6A, jadi harus lebih berhati-hati untuk hanya menyalakan beberapa pada satu waktu. Bahkan dengan 100 LED pada 0,02A masing-masing, kami memiliki 2 Amps yang digunakan. Jadi, disarankan untuk menggunakan catu daya arus yang lebih tinggi, meskipun saya menyetel tampilan untuk tidak menggunakan semua LED atau warna sekaligus, meredupkannya banyak, dan mulai dengan pasokan 2A dengan cadangan yang lebih besar. Ini adalah artikel bagus tentang mengurangi kebutuhan daya.

Resistor 330 ohm sejajar dengan kabel data adalah untuk mencegah kedipan dari dering elektronik karena data adalah frekuensi yang cukup tinggi. Ini lebih merupakan faktor dengan banyak LED, tetapi merupakan praktik yang baik untuk menambahkannya.

Saya menyolder resistor ke D1 Mini secara langsung, tetapi meninggalkan sekitar 1/8" timah di atas papan sehingga saya dapat menekuknya rata. Saya menggunakan sekitar 1" heat shrink 3mm pada resistor agar tidak korslet pada papan.

Saya menggunakan heat shrink bening 20mm untuk melindungi D1 Mini dari sentuhan logam dll. Pastikan untuk memeriksa sakelar reset di samping - Anda mungkin perlu memotong heat shrink sedikit untuk memastikannya tidak menekan sakelar. Aku membutuhkan itu pada semua milikku.

Perhatikan bahwa saya tampaknya tidak memerlukan pengalih level dari output 3.3V ESP8266 dan LED yang berjalan pada 5V (karena spesifikasi chip LED harus memiliki jalur data tidak kurang dari 70% dari pasokan). Saya memang membutuhkan dioda/LED pengorbanan dalam proyek sebelumnya (Langkah 3) dengan strip WS2812b, tetapi chip WS2811 langsung di LED sejauh ini tampak baik-baik saja.

Anda bisa melakukan ini tanpa menyolder! Perisai terminal ESP8266 dengan CPU yang berbeda akan berfungsi dengan baik. Faktor bentuk D1 Mini bagus dan kecil, tetapi semuanya bekerja hampir sama.

Langkah 3: Bentuk

Untaian LED dapat berbentuk bebas, atau Anda dapat membuatnya menjadi bentuk - baik DIY, atau dari toko online. Saya memesan beberapa bentuk dari HolidayCoro - beberapa pohon LED kecil, kaus kaki, dan tongkat permen. Stoking mengambil 50 LED dengan baik - panjang satu untai. Pohon kecil membutuhkan 100 LED, tetapi Anda dapat melakukan setengahnya jika Anda mau - menghadap ke jalan. Pada akhirnya permen tongkat adalah favorit tetangga karena sedikit lebih besar. 99 LED, dan saya meninggalkan yang terakhir di belakang dengan gagasan bahwa itu dapat digunakan untuk debugging.

Karena bentuknya berwarna putih, kami memutuskan untuk mengecat garis-garis merah di atasnya agar terlihat lebih baik di siang hari. Saya menutupinya, melakukan pasir halus cepat, menyeka dengan aseton (penghapus cat kuku kekuatan penuh), dan menggunakan dua lapis cat semprot yang berfungsi pada plastik. Tampaknya melekat dengan baik. Kami melakukan sebagian besar di satu sisi, dan beberapa di sisi lain untuk beberapa rumah yang memiliki 2 di antaranya.

Langkah 4: Kode & WiFi

D1 Mini menggunakan modul Espressif ESP8266. Saya memprogramnya menggunakan Arduino IDE, jadi terasa seperti Arduino yang kuat dengan WiFi built in. Ada banyak instruksi di Internet tentang cara mengkonfigurasi Arduino IDE untuk ESP8266 dan D1 Mini jadi saya tidak akan mengulanginya di sini.

Kode ini didasarkan pada Instructable sebelumnya. Ini menggunakan perpustakaan Painless Mesh agar semua CPU saling berbicara. Saya menggunakan perpustakaan FastLED karena saya memiliki masalah sebelumnya dengan perpustakaan mesh dan perpustakaan Neopixel, dan saya tidak menguji ulang kali ini.

Saya tidak yakin berapa maksimum pada jumlah node. Beberapa posting menunjukkan bahwa itu akan dibatasi oleh jumlah pesan dan jenis CPU dan mungkin batasnya sekitar 30-60 node. Aplikasi ini tidak mengirim banyak pesan - hanya perubahan animasi, meskipun ada beberapa yang otomatis seperti perubahan mesh dan pesan sinkronisasi waktu.

Anda dapat menghubungkan LED ke D1 Mini saat pengkodean, tetapi Anda mungkin menginginkan catu daya eksternal jika Anda memiliki lebih dari 50 karena Anda mungkin akan melebihi pasokan dari port USB komputer Anda dan pengatur daya pada D1 Mini. Karena itu, dengan kode saya tidak menyalakan LED secara penuh, saya dapat memprogram 100 LED pada koneksi USB tanpa masalah.

Modul ESP8266 memiliki WiFi onboard. Karena kode mesh (PainlessMesh) yang kita gunakan membuat Access Point pada setiap modul, jangkauan untuk jangkauan luas lingkungan menjadi penting. Saya menggunakan bentuk tongkat permen, dan menempatkan CPU di bagian atas untuk mendapatkan jangkauan terbaik, dan itu sekitar 50-100 kaki - satu atau dua yard di lingkungan saya. Garis pandang yang lebih tinggi dan lebih baik (LOS) meningkatkan banyak hal. Rentangnya memang menyeberang jalan dalam beberapa kasus (lebih bergantung pada mobil yang menghalangi LOS).

Ada beberapa rumah yang tidak sinkron karena gangguan WiFi, tapi lampu terlihat bagus meski tidak sinkron. Saya membuat simpul "pengulang" hanya dengan D1 Mini pada stik yang ditenagai oleh baterai USB. Ketika ditempatkan di antara rumah-rumah, mereka disinkronkan dengan benar. Untuk repeater yang lebih jauh, Anda mungkin dapat menggunakan baterai USB surya, meskipun tidak mengisi daya dengan sangat cepat.

Saya masih melihat masalah sinkronisasi intermiten, kemudian menemukan catatan ini tentang memiliki terlalu banyak node atau menyebarkannya:

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

Menggunakan pengaturan itu, itu mulai bekerja jauh lebih baik! Ini menunjuk satu node tertentu sebagai yang utama, jadi kode saya untuk menegosiasikan node pengontrol tidak diperlukan, yang dapat memisahkan mesh. Saya telah melampirkan contoh kode yang diperbarui/alternatif. Pendekatan ini mengharuskan node utama aktif agar mereka dapat disinkronkan, sehingga mesh tidak toleran terhadap kesalahan, tetapi bekerja lebih baik ketika menyebar seperti milik saya. Pastikan untuk mengedit kode untuk versi tersebut - hanya satu node yang harus disetel ke root - lihat komentar dalam kode.

Saya juga menambahkan satu pembaruan lagi ke varian SetRoot: Saya menambahkan kode untuk mereset ESP8266 jika tidak ada perintah selama 10 menit. Ini memberi simpul kesempatan untuk menemukan kembali simpul akar. Ini tampaknya membantu dengan beberapa node yang lebih jauh.

Di akhir musim, saya dapat menguji beberapa modul D1 Mini Pro. Mereka memiliki antena keramik di papan, dan Anda juga dapat menggunakan konektor U. FL dan antena eksternal jika Anda memindahkan resistor nol ohm. Saya mencoba pasangan yang memiliki masalah sinkronisasi dengan D1 Mini Pro dengan antena keramik, dan mereka bekerja lebih baik. Saya melakukan beberapa pengujian berikutnya dengan satu node di rumah saya. Berdasarkan hasil, kami akan beralih ke modul D1 Mini Pro dengan antena keramik tahun depan.

Dengan D1 Mini jarak jauh: Hanya D1 Mini Pro dengan antena eksternal yang melihatnya, dan kekuatan sinyalnya rendah

Dengan D1 Mini Pro jarak jauh dengan antena keramik: D1 Mini, D1 Mini Pro dengan antena keramik, dan D1 Mini Pro dengan antena eksternal semuanya melihatnya dengan kekuatan sinyal yang kurang lebih sama, jadi itu adalah peningkatan. Orientasi papan (antena) memang penting sampai taraf tertentu

Dengan D1 Mini Pro jarak jauh dengan antena eksternal: Semua papan lain melihatnya, tetapi kekuatan sinyalnya tidak jauh lebih baik daripada tes dengan antena keramik onboard, jadi saya tidak akan repot-repot memindahkan resistor nol ohm itu dan memasang antena di permen tongkat

Langkah 5: Majelis Akhir

Setelah pengontrol siap dan diprogram, yang perlu Anda lakukan hanyalah menghubungkan LED ke pengontrol dengan kabel JST, dan catu daya 5v pada jack 2.1mm.

Ekstensi JST harus membantu untuk menjaga pengontrol dan adaptor daya selalu dari LED. Atau, untuk menaikkan CPU, saya meletakkan kantong plastik kecil di atasnya yang diikat dengan pengikat, dan menggunakan kabel ekstensi 2,1 mm ke catu daya.

Kotak tahan air akan membantu melindungi adaptor dan CPU, tetapi sebagian besar tetangga saya menggunakan kantong plastik sederhana.

Hadiah Kedua dalam Tantangan Kecepatan Dekorasi Liburan