Perangkat IoT DIY Menggunakan String LED: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

(Penafian: Saya bukan penutur asli bahasa Inggris.)

Beberapa waktu lalu, istri saya membeli beberapa lampu senar LED untuk menerangi taman di malam hari. Mereka menciptakan suasana yang sangat bagus. Mereka diletakkan di sekitar pohon, tapi coba tebak, apa yang harus terjadi, kami memotong tali sambil memotong pohon…

Apa yang ingin saya tunjukkan kepada Anda hari ini adalah bagaimana menyelamatkan barang-barang yang rusak seperti string LED itu dan membuat perangkat terhubung yang menarik yang dapat Anda kendalikan dengan ponsel cerdas Anda.

Anda akan belajar cara menggunakan mikrokontroler dan transistor untuk menggerakkan LED, cara menghubungkan perangkat Anda ke Internet, dan cara mengontrol perangkat dari ponsel cerdas Anda. Saya hanya berasumsi bahwa Anda memiliki beberapa pengetahuan elektronik dasar seperti bagaimana menerapkan Hukum Ohm. Jika Anda pernah memprogram Arduino sebelumnya, itu lebih baik.

Mari kita mulai dengan perangkat yang ingin saya buat. Hal yang baik tentang senar yang dipotong adalah setidaknya ada dua potong. Jadi saya bisa membangun setidaknya dua perangkat. Saya akan mulai dengan lampu terhubung yang akan saya letakkan di atas meja dan kemudian kabel LED terhubung yang akan saya gunakan untuk menerangi kamar tidur baru saya. Yang saya inginkan hanyalah cara untuk menyalakan dan mematikan lampu menggunakan smartphone saya.

Tapi hal pertama yang pertama, kita perlu melihat bagaimana hal-hal bekerja untuk menggunakan kembali lampu.

Langkah 1: Rekayasa Terbalik

Kami memiliki dua senar LED tetapi kami tidak tahu penurunan tegangan pada pin senar dan arus yang mereka butuhkan. Sayangnya, saya tidak memiliki lembar data untuk mendapatkan nilai-nilai itu.

Dalam kasus seperti itu, kita perlu mencari tahu semuanya sendiri. Mari kita bongkar kandangnya.

Setelah melepas beberapa sekrup dengan obeng, kita dapat melihat rangkaian yang sangat sederhana. Bagian yang menarik adalah di sekitar pin string LED, kita melihat pengatur tegangan (komponen 3 pin), resistor (kotak hitam dengan 100 di atasnya), dan pin string LED. Melihat sedikit lebih dekat (desain sirkuit), kita melihat bahwa output regulator terhubung ke string LED yang pada gilirannya terhubung ke ground melalui resistor 10 ohm (100 berarti 10x10e0). Mari kita menempatkan beberapa baterai dan mengukur penurunan tegangan pada pin string dan antara output regulator dan ground.

Dengan menggunakan multimeter, kita dapat mengukur penurunan tegangan sekitar 3V di seluruh pin string (di ditunjukkan pada gambar). Kami juga mengukur 4.5V antara output regulator dan ground. Dengan demikian kami menyimpulkan bahwa ada penurunan tegangan 1,5V melintasi resistor 10 ohm; kita sebenarnya bisa mengukurnya juga. Dengan menggunakan Hukum Ohm (U = RI), kita mengetahui bahwa arus yang melalui cabang adalah 1.5V / 10 ohm = 0.150A atau 150mA. Sekali lagi kita dapat mengukur arus tetapi kita perlu menempatkan multimeter secara seri dengan tali yang tidak mudah dilakukan.

Kita sekarang tahu cara menggerakkan string LED. Mari kita membangun perangkat kita.

Langkah 2: Bahan & Alat

Inilah yang Anda perlukan untuk membuat perangkat:

- beberapa obeng untuk membongkar barang, saya suka kit semacam itu

- beberapa lampu senar LED, jika Anda ingin mereproduksi perangkat

- sebuah ESP8266, itu akan menjadi otak dari perangkat kami

- papan tempat memotong roti dan beberapa kabel, kami akan menggunakannya untuk membangun prototipe

- kit bermacam-macam resistor dan kit bermacam-macam transistor, Anda juga dapat membeli kit yang lebih besar yang berisi banyak komponen berguna, hanya membeli komponen yang diperlukan juga merupakan pilihan

Jika Anda ingin membuat sirkuit permanen, Anda memerlukan beberapa alat dan beberapa protoboard:

- Anda dapat membeli kit solder cukup murah untuk memulai, Anda akan menemukan multi-meter yang dapat digunakan untuk merekayasa balik barang-barang Anda sendiri, hanya berhati-hatilah untuk tidak memanipulasi perangkat yang terhubung ke perangkat utama atau bahkan menggunakan lebih dari 30V DC

- pemotong sangat berguna untuk memotong kabel dan kabel komponen

- beberapa protoboard

- beberapa kawat padat

Ini mungkin tampak banyak untuk memulai tetapi Anda akan membangun beberapa stok untuk proyek lain yang mungkin Anda miliki. Jika Anda tidak keberatan menunggu, Anda dapat memesan semuanya di Aliexpress dengan biaya yang jauh lebih rendah. Sebagai alternatif, jika Anda tidak ingin membeli alat tersebut, Anda juga dapat pergi ke hackerspace terdekat.

Akhirnya, Anda akan membutuhkan beberapa jam untuk membangun semuanya (lebih sedikit jika Anda hanya mengikuti tutorial ini).

Langkah 3: Cara Menggunakan Transistor

Kita tahu bahwa string LED membutuhkan 150mA tetapi jauh lebih banyak daripada yang dapat diberikan oleh ESP8266 dengan aman pada pin outputnya. Anda tidak ingin menggerakkan lebih dari 12mA per pin GPIO pada mikrokontroler. Untuk mengatasi keterbatasan ini, diperlukan suatu jenis saklar yang dapat dikendalikan oleh mikrokontroler. Sakelar yang paling umum adalah relai dan transistor. Relai pasti akan berfungsi tetapi akan lebih besar, lebih mahal, dan sebagian besar waktu Anda akan ingin menggunakan transistor untuk menggerakkan relai.

Kami akan menggunakan transistor untuk kedua perangkat. Untuk menggunakan transistor seperti sakelar, kita harus menggerakkan arus melalui basisnya. Arus yang mengalir melalui string LED akan sebanding dengan arus yang mengalir melalui basis.

Anda dapat bermain dengan Arduino dan transistor di Tinkercad untuk memahami cara kerjanya. Saya membuat simulasi dasar yang dapat Anda atur. Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang Tinkercad, Anda dapat mengikuti tutorial luar biasa ini: Cara Menggunakan Tinkercad Untuk Menguji & Mengimplementasikan Perangkat Keras Anda.

Anda dapat melihat bahwa transistor bekerja seperti saklar tertutup ketika output GPIO tinggi dan seperti saklar terbuka ketika output GPIO rendah. Anda juga dapat bermain dengan nilai resistor. Resistor yang dirangkai seri dengan LED akan membatasi arus yang mengalir melalui LED dan resistor yang dihubungkan ke dasar transistor akan mengontrol arus maksimum yang mengalir melalui LED. Jika Anda meningkatkan resistor dasar, Anda tidak akan mendorong arus yang cukup untuk LED dan lampu akan lebih redup.

Anda dapat melihat catatan saya untuk melihat nilai resistor apa yang saya pilih untuk perangkat. Saya bisa menggunakan output 3.3V daripada output 5V tetapi kemudian saya tidak akan memiliki resistor yang sesuai untuk membangun rangkaian. Jangan ragu untuk membaca datasheet transistor untuk mencari gain transistor.

Sekarang mari kita membangun sebuah prototipe.

Langkah 4: Bangun Prototipe Sirkuit

Kita perlu menyiapkan kabel string LED. Pertama mari kita potong bagian pertama untuk memisahkan dudukan baterai. Kemudian, lepaskan kabelnya, saya menggunakan blok terminal untuk menghubungkan string LED ke papan tempat memotong roti. Kami juga membutuhkan ESP8266, saya menggunakan klon mini D1, dua resistor, dan transistor.

Saya memilih p2222a untuk transistor tetapi Anda dapat memilih transistor NPN. Anda hanya perlu meninjau nilai resistor sesuai dengan gain transistor yang dapat Anda temukan di lembar data transistor. Saya memilih resistor dasar 1k ohm dan resistor LED 15 ohm. Basis digerakkan oleh GPIO5 atau D1.

Simpan dudukan baterai karena dapat berguna untuk proyek lain atau bahkan untuk memberi daya pada perangkat yang baru Anda buat.

Ikuti tutorial tentang cara mengunggah program di ESP8266 dengan Arduino IDE, mengunggah program berkedip menggantikan LED_BUILTIN dengan D1, dan sekarang Anda dapat menikmati string LED yang berkedip.

Jika rangkaian tidak berfungsi untuk Anda, coba tukar kabel LED karena Anda perlu menghubungkan anoda ke resistor LED. Saya selalu membalikkan kabel …

Gunakan multimeter Anda untuk memeriksa koneksi dan penurunan tegangan. Anda akan melihat 3.3V antara D1 dan ground saat output tinggi. Anda juga harus melihat tegangan 3V antara kabel string LED.

Memiliki string LED yang berkedip itu bagus tetapi bagaimana kita bisa mengontrol string LED dengan smartphone kita?

Langkah 5: Menggunakan Smartphone Anda untuk Menggerakkan Lampu Senar LED - Bagian I

Anda harus menginstal aplikasi Blynk di ponsel cerdas Anda.

Setelah aplikasi diinstal, buat proyek baru. Blynk akan mengirimi Anda email dengan token (serangkaian karakter hex) yang Anda perlukan untuk program ESP8266 Anda. Buat tombol yang akan bertindak sebagai sakelar. Tombol tersebut harus menggerakkan pin GPIO5 atau D1 dari ESP8266. Anda sekarang dapat memainkan proyek Anda. Perhatikan bahwa aplikasi akan memberi tahu Anda bahwa perangkat sedang offline.

Anda dapat mengedit proyek nanti untuk menambahkan penghitung waktu yang akan mengontrol lampu.

Langkah 6: Menggunakan Smartphone Anda untuk Menggerakkan Lampu Senar LED - Bagian II

Buka Arduino IDE Anda. Anda perlu menginstal perpustakaan Blynk; untuk itu, ikuti saja screenshot yang saya buat. Buka menu "Tools", klik "Manage Libraries", cari "Blynk", dan instal versi terbaru.

Anda sekarang dapat membuka contoh yang akan mengatur Blynk pada ESP8266 untuk Anda. Contohnya ditunjukkan pada tangkapan layar.

Pastikan Anda memilih papan yang benar, "D1 mini" dalam kasus saya, dan port yang benar.

Perbarui kode dengan SSID dan kata sandi wifi Anda (biasanya kunci WPA atau WEP di kotak Internet), Anda juga perlu mengisi token yang Anda terima melalui email.

Anda sekarang dapat mengunggah kode ke ESP8266. Setelah kode diunggah, tunggu beberapa detik untuk memastikan perangkat Anda terhubung dalam WiFi ke router Internet Anda dan Anda akan dapat mengontrol lampu menggunakan tombol Blynk yang Anda buat.

Anda sekarang memiliki perangkat IoT! Anda dapat berhenti di situ jika Anda mau, tetapi jangan lupa untuk membaca bagian "Sumber Daya". Jika Anda ingin bersenang-senang lebih banyak dan membangun sirkuit permanen dan penutup, lanjutkan membaca.

Langkah 7: Buat Sirkuit Permanen (bonus)

Saatnya membuat sirkuit permanen. Anda dapat menonton ini dan video ini untuk belajar tentang menyolder. Saya menggunakan papan proto standar dengan beberapa header untuk ESP8266. Dengan begitu jika saya ingin menggunakan kembali mikrokontroler untuk proyek lain, saya bisa. Anda dapat memilih untuk menyolder mikrokontroler langsung ke papan proto Anda. Jika Anda tidak yakin memilih papan proto yang terlihat seperti papan tempat memotong roti; Anda akan dapat menggunakan kembali koneksi papan tempat memotong roti Anda.

Saya melakukan dua kesalahan dengan perangkat pertama saya. Saya tidak menggunakan blok terminal untuk string LED… dan saya membalikkan kabelnya. Anda dapat menandai kabel negatif atau positif tetapi disarankan menggunakan blok terminal. Kesalahan kedua adalah saya menggunakan 3.3V untuk menggerakkan string LED yang menghasilkan cahaya redup. Jika, seperti saya, Anda membuat kesalahan, jangan khawatir, mudah untuk melepas solder dan mengubah nilai resistor atau memperbarui koneksi. Anda bahkan dapat menambahkan lebih banyak komponen nanti!

Sekarang setelah Anda memiliki sirkuit permanen, saatnya untuk membangun penutupnya.

Langkah 8: Bangun Enclosure (bonus)

Saya mengikuti tutorial sparkfun di Tinkercad untuk membuat enklosur untuk perangkat saya. Saya mencetak enklosur menggunakan Prusa i3 MK3 yang baru saya peroleh dengan beberapa filamen PLA (20% pengisi dan 0,2 mm). Ini sebenarnya yang pertama bagi saya dan saya sudah membuat dua kesalahan yang dapat Anda lihat di gambar. Enklosur pertama saya tidak memiliki ruang yang diperlukan untuk colokan USB dan lubangnya tidak sejajar. Saya kemudian merancang versi baru dengan kecocokan yang lebih baik yang juga dapat mendukung penutup. Anda dapat menghemat waktu dan uang hanya dengan mencetak bagian penutup yang diperlukan untuk menguji kecocokan dengan sirkuit.

Anda sekarang memiliki dua perangkat IoT yang dapat Anda kontrol menggunakan Blynk. Langit adalah batasnya. Anda benar-benar dapat memperluas proyek dengan detektor kehadiran yang mengontrol lampu, dengan timer yang mematikan lampu setelah jangka waktu tertentu, atau bahkan menggunakan lampu string LED sebagai sistem notifikasi; mereka bisa berkedip ketika Anda menerima email misalnya.

Selamat meretas!

Langkah 9: Sumber Daya

Saya tidak bisa merekomendasikan cukup buku ini: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Anda dapat belajar tentang transistor, kapasitor, dan banyak hal menarik lainnya tentang elektronik. Ia memiliki pengetahuan yang diperlukan untuk mulai mengotak-atik komponen elektronik. Ditambah dengan pengetahuan Anda yang baru saja diperoleh tentang ESP8266, Blynk, dan Tinkerpad, Anda akan dapat membangun hal-hal yang sangat menarik.

Anda dapat belajar banyak dengan menonton video Youtube. Saya merekomendasikan saluran berikut:

- EEVblog

- GreatScott!

- Akademi Khan

Jika Anda cukup berani, Anda dapat memperoleh lebih banyak pengetahuan dengan mengikuti kursus edx atau coursera tentang IoT atau elektronik.