Đèn LED đồng bộ hóa rộng khắp khu vực lân cận: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Tôi đã có một số thanh LED không dây mà tôi nghĩ rằng tôi có thể sử dụng cho những ngày lễ. Nhưng, trong sân của tôi, chúng cũng có thể đã được nối dây. Vậy, thử thách tuyệt vời hơn là gì? Trang trí đèn LED tại tất cả các ngôi nhà trong khu nhà của tôi với màn hình đồng bộ! Trong năm điên rồ này, đó là một cách để kết nối chúng ta với nhau.

Đây là các sợi LED được hỗ trợ bởi ESP8266 và chúng được kết nối với lưới WiFi, vì vậy tất cả chúng đều hiển thị cùng một bước trong chuỗi hoạt ảnh cùng một lúc. Vì chúng sử dụng mã lưới để kết nối, chúng có thể cách nhau vài ngôi nhà và các thông điệp được truyền từ nút này sang nút khác.

Chúng chạy trên 5 volt và tôi đã sử dụng bộ điều hợp nguồn, nhưng chúng cũng có thể chạy một lúc trên pin USB. Vì vậy, chúng có thể di động, chạy mạng WiFi của riêng chúng không kết nối với Internet và có thể chạy ngoài lưới.

Tất cả những người hàng xóm của chúng tôi đều rất hào hứng khi có kiểu trang trí chung này, và thật tuyệt khi bạn thấy tất cả họ đều trưng bày cùng một màn hình khi bạn đi dọc theo đường phố. Tôi có một vài bức ảnh ở đây để thử nghiệm, nhưng thật sự rất khó để chụp chúng trên đường phố.

Bước 1: Các bộ phận

ESP8266 D1 Mini - Tôi đã sử dụng các mô-đun D1 Mini vì tất cả những gì tôi cần là một chân I / O cho đèn LED. Dự án này có thể được thực hiện mà không cần hàn bằng cách sử dụng tấm chắn đầu cuối như thế này và một mô-đun ESP8266 khác. Có một phiên bản của D1 Mini với ăng-ten tốt hơn - D1 Mini Pro. Nó có một ăng-ten gốm và một bộ kết nối U. FL cho một ăng-ten bên ngoài, nhưng bạn cần phải di chuyển một điện trở 0 ohm gắn trên bề mặt cho ăng-ten bên ngoài. Thảo luận thêm ở bước sau.

Các sợi LED WS2811 - Tôi đã sử dụng các sợi WS2811 vì chúng không thấm nước (ngoại trừ các đầu nối JST) và dễ sử dụng. Các dải "Neopixel" WS2812b sẽ sử dụng chính xác cùng một mã, v.v. Tôi đã sử dụng các dải 5v, nhưng bạn có thể lấy chúng ở 12v (sử dụng ít dòng hơn) - sau đó, bạn sẽ cần một bộ chuyển đổi điện áp cho ESP8266s. Bạn cũng có thể mua các sợi LED WS2811 có đầu nối chống thấm nước nếu muốn. Các sợi LED tôi đã sử dụng có đầu nối JST SM ở cả hai đầu - đầu cái là đầu vào, mặc dù tôi đã thấy chúng đi dây theo cách khác (đầu vào là đầu đực). Hướng cũng được đánh dấu trên chính các đèn LED. Ngoài ra còn có dây dẫn điện - tôi đã cắt các đầu để các bộ phận đóng hộp không thể ngắn lại. Bạn cũng có thể mua chúng theo gói 10 cái.

Điện trở 330 Ohm 1/4 Watt - điện trở này được sử dụng ở chân dữ liệu trên ESP8266 để ngăn chặn bất kỳ sự nhấp nháy nào của đèn LED.

Đầu nối JST SM 3 Pin Male - Đây là những đầu nối để kết nối với các dải LED. Lưu ý rằng đầu nối "đực" có mũ trùm lên.

Đầu nối camera quan sát 2.1mm dành cho nữ - những đầu nối này được sử dụng cho đầu nối nguồn. Bạn có thể sử dụng một số hệ thống kết nối khác cho việc này nếu bạn muốn.

Nguồn điện 5V - định mức amp phụ thuộc vào số lượng đèn LED bạn sẽ có. Một 2A có thể phù hợp với 50 hoặc 100 đèn LED không bao giờ bật hoàn toàn (xem bước đấu dây để biết thêm thông tin).

Dây nối dài JST SM 3 Pin hoặc dây nối dài 2,1mm - vì đầu nối JST trên D1 Mini gần với đèn LED, bạn thường muốn có một phần mở rộng để cho phép đèn LED được đặt xa CPU hơn. Trong trường hợp của tôi, tôi đã kết thúc việc đặt CPU cao hơn trong trang trí để có được phạm vi WiFi tốt hơn, vì vậy tôi để CPU gần các đèn LED và sử dụng dây nối dài 2.1mm để thay thế.

Cáp USB to 2.1mm - đây là tùy chọn - cho phép bạn cấp nguồn từ bất kỳ nguồn USB hoặc pin nào.

Ống co nhiệt 3mm - bạn chỉ cần khoảng 1 trong số này để che điện trở trên D1 Mini.

Ống co nhiệt rõ ràng 20mm - đây là một phần tùy chọn để bảo vệ các đầu nối trên D1 Mini. Đảm bảo kẹp xung quanh công tắc đặt lại sau khi áp dụng nếu ống nén công tắc.

Hộp chống thấm nước - để bảo vệ bên ngoài nguồn điện và CPU. Hầu hết những người hàng xóm của tôi chỉ sử dụng túi ni lông.

Ống dẫn 1/2 "EMT - một đoạn 29" phù hợp với hình dạng cây kẹo - Tôi đã sử dụng 4 dây buộc zip để giữ nó. Tôi đã thử PVC 1/2 ", và nó phù hợp, nhưng chạm vào đèn LED ở cả hai bên.

Thép cây 3/8 "x 3 '- khi EMT được gắn vào hình dạng, bạn có thể đập cốt thép xuống đất và đặt ống EMT lên trên. Thép cây 1/2" sẽ phù hợp, nhưng bạn sẽ cần phải cắt bỏ bất kỳ các bộ phận bị cong, và nó gần lại - nếu nó bị bẹp hoặc bất cứ thứ gì khi đập vào, nó sẽ rất chặt. Vì vậy, 3/8 "có nhiều khả năng dễ dàng xóa đường kính bên trong của ống EMT.

Hình dạng Candy Cane - xem bước trên những thứ này, bạn có thể tự tạo một hình dạng, phủ chúng lên một bụi cây hoặc sử dụng một hình dạng như thế này.

Bước 2: Lắp ráp bộ điều khiển

Bộ điều khiển bao gồm D1 Mini (ESP8266), giắc cắm nguồn 2,1mm CCTV cái, một điện trở 330 ohm và một đầu nối đực 3 Pin JST.

Giả định cho dự án này là bạn sẽ sử dụng 50-100 đèn LED. Nếu bạn muốn sử dụng nhiều hơn, bạn sẽ cần phải sử dụng công suất phun để cung cấp năng lượng cho tất cả các đèn LED. Xem hướng dẫn khác này để thảo luận sâu hơn về điều đó.

Với 50 đèn LED trên toàn bộ màu trắng, chúng sẽ vẽ 50 x 0,06A = 3 ampe. Vì vậy, với bộ chuyển đổi 2A, chúng tôi cho rằng chúng sẽ không bao giờ được bật hoàn toàn. Đối với 100 đèn LED, tối đa là 6A, vì vậy cần chú ý hơn nữa để chỉ bật một số đèn tại một thời điểm. Ngay cả với 100 đèn LED ở 0,02A mỗi đèn, chúng tôi có 2 Amps đang được sử dụng. Vì vậy, nguồn điện hiện tại cao hơn được khuyến nghị, mặc dù tôi đã điều chỉnh các màn hình để không sử dụng tất cả các đèn LED hoặc màu sắc cùng một lúc, làm chúng mờ đi rất nhiều và bắt đầu với nguồn cung cấp 2A với dự trữ lớn hơn. Đây là một bài báo tuyệt vời về việc giảm yêu cầu điện năng.

Điện trở 330 ohm thẳng hàng với dây dữ liệu để ngăn chặn hiện tượng nhấp nháy do chuông điện tử vì dữ liệu là tần số khá cao. Đây là một yếu tố có nhiều đèn LED, nhưng bạn nên bổ sung thêm đèn LED.

Tôi hàn trực tiếp điện trở vào D1 Mini nhưng để lại khoảng 1/8 "dây dẫn phía trên bảng để tôi có thể uốn cong chúng bằng phẳng. Tôi đã sử dụng co nhiệt khoảng 1" 3mm trên điện trở để giữ cho nó không bị ngắn mạch trên bảng.

Tôi đã sử dụng co nhiệt trong suốt 20mm để bảo vệ D1 Mini khỏi chạm vào kim loại, v.v. Hãy nhớ kiểm tra công tắc đặt lại ở bên cạnh - bạn có thể cần phải cắt co nhiệt một chút để đảm bảo nó không nhấn vào công tắc. Tôi cần điều đó trên tất cả của tôi.

Lưu ý rằng tôi dường như không cần bộ chuyển mức từ các đầu ra 3.3V ESP8266 và các đèn LED chạy ở 5V (vì thông số chip LED là phải có đường dữ liệu không ít hơn 70% nguồn cung cấp). Tôi đã cần một đi-ốt / đèn LED thay thế trong các dự án trước (Bước 3) với dải WS2812b, nhưng các chip WS2811 trực tiếp trong đèn LED có vẻ ổn cho đến nay.

Bạn có thể làm điều này mà không cần hàn! Một lá chắn đầu cuối ESP8266 với một CPU khác cũng sẽ hoạt động. Kiểu dáng của D1 Mini đẹp và nhỏ, nhưng tất cả chúng đều hoạt động giống nhau.

Bước 3: Hình dạng

Các sợi LED có thể ở dạng tự do hoặc bạn có thể tạo chúng thành hình dạng - tự làm hoặc từ cửa hàng trực tuyến. Tôi đã đặt hàng một vài hình dạng từ HolidayCoro - một số cây đèn LED nhỏ, một chiếc tất và một cây kẹo. Kho hàng có 50 đèn LED độc đáo - chiều dài của một sợi. Cây nhỏ có 100 đèn LED, nhưng bạn có thể chỉ làm một nửa nếu muốn - quay mặt ra đường. Cuối cùng thì cây kẹo cũng là món khoái khẩu của hàng xóm vì nó lớn hơn một chút. 99 đèn LED, và tôi để lại cái cuối cùng ở mặt sau với ý tưởng nó có thể được sử dụng để gỡ lỗi.

Vì các hình có màu trắng nên chúng tôi quyết định sơn các sọc đỏ trên chúng để chúng trông đẹp hơn vào ban ngày. Tôi che chúng ra, dùng cát mịn nhanh chóng, lau bằng axeton (chất tẩy sơn móng tay có độ bền cao), và sử dụng hai lớp sơn xịt hoạt động trên nhựa. Nó dường như tuân thủ tốt. Chúng tôi đã làm chủ yếu ở một bên, và một số ở bên kia cho một vài ngôi nhà có 2 trong số họ.

Bước 4: Mã & WiFi

D1 Mini sử dụng mô-đun Espressif ESP8266. Tôi đã lập trình nó bằng Arduino IDE, vì vậy nó giống như một Arduino mạnh mẽ với WiFi được tích hợp sẵn. Có rất nhiều hướng dẫn trên Internet về cách định cấu hình Arduino IDE cho ESP8266 và D1 Mini nên tôi sẽ không nhắc lại chúng ở đây.

Mã dựa trên một hướng dẫn trước đó. Nó sử dụng thư viện Lưới không đau để tất cả các CPU nói chuyện với nhau. Tôi đã sử dụng thư viện FastLED vì trước đây tôi đã gặp sự cố với thư viện lưới và thư viện Neopixel, và tôi đã không kiểm tra lại lần này.

Tôi không chắc chắn về số lượng nút tối đa là bao nhiêu. Một số bài viết chỉ ra rằng nó sẽ bị giới hạn bởi số lượng thông báo và loại CPU và có thể giới hạn khoảng 30-60 nút. Ứng dụng này không gửi nhiều tin nhắn - chỉ là thay đổi hoạt ảnh, mặc dù có một số ứng dụng tự động như thay đổi lưới và tin nhắn đồng bộ thời gian.

Bạn có thể kết nối các đèn LED với D1 Mini trong khi mã hóa, nhưng bạn có thể cần một nguồn cung cấp bên ngoài nếu bạn có hơn 50 vì bạn có thể sẽ vượt quá nguồn cung cấp từ cổng USB của máy tính và bộ điều chỉnh nguồn trên D1 Mini. Điều đó đang được nói, với mã của tôi không bật đèn LED đầy đủ, tôi có thể lập trình 100 đèn LED trên kết nối USB mà không gặp vấn đề gì.

Mô-đun ESP8266 có WiFi trên bo mạch. Vì mã lưới (PainstMesh) mà chúng ta đang sử dụng tạo một Điểm truy cập trên mỗi mô-đun, phạm vi cho phạm vi tiếp cận rộng khắp vùng lân cận là rất quan trọng. Tôi đã sử dụng hình dạng cây kẹo và đặt CPU ở trên cùng để có được phạm vi tốt nhất, và nó là khoảng 50-100 feet - một hoặc hai yard trong khu phố của tôi. Đường ngắm cao hơn và tốt hơn (LOS) sẽ cải thiện mọi thứ. Phạm vi đã băng qua đường trong một số trường hợp (phụ thuộc nhiều hơn vào ô tô chặn LOS).

Có một vài ngôi nhà không được đồng bộ do các vật cản WiFi, nhưng đèn trông vẫn đẹp ngay cả khi không đồng bộ. Tôi đã tạo một nút "bộ lặp" chỉ với một D1 Mini trên một thanh được cấp nguồn bằng pin USB. Khi được đặt giữa các ngôi nhà, chúng đã được đồng bộ với nhau. Đối với một bộ lặp xa hơn, bạn có thể sử dụng pin USB năng lượng mặt trời, mặc dù chúng sạc không nhanh.

Tôi vẫn gặp sự cố đồng bộ hóa không liên tục, sau đó nhận thấy lưu ý này về việc có quá nhiều nút hoặc chúng bị dàn trải:

gitlab.com/p ĐauMesh/p ĐauMesh/-/wik…

Sử dụng thiết lập đó, nó bắt đầu hoạt động tốt hơn nhiều! Điều này chỉ định một nút cụ thể làm nút chính, vì vậy mã của tôi để thương lượng nút điều khiển là không cần thiết, có thể chia nhỏ lưới. Tôi đã đính kèm một mẫu mã được cập nhật / thay thế. Cách tiếp cận này yêu cầu nút chính được bật để chúng được đồng bộ hóa, do đó, lưới không có khả năng chịu lỗi, nhưng hoạt động tốt hơn khi trải ra theo cách của tôi. Đảm bảo chỉnh sửa mã cho phiên bản đó - chỉ nên đặt một nút thành gốc - xem các nhận xét trong mã.

Tôi cũng đã thêm một bản cập nhật nữa cho biến thể SetRoot: Tôi đã thêm mã để đặt lại ESP8266 nếu không có lệnh nào trong 10 phút. Điều này giúp nút có cơ hội khám phá lại nút gốc. Điều này dường như hữu ích với một số nút ở xa hơn.

Vào cuối mùa giải, tôi đã có thể kiểm tra một số mô-đun D1 Mini Pro. Họ có một ăng-ten gốm trên bảng và bạn cũng có thể sử dụng đầu nối U. FL và ăng-ten bên ngoài nếu bạn di chuyển một điện trở 0 ohm. Tôi đã thử một số vấn đề đồng bộ hóa với D1 Mini Pro với ăng-ten gốm và chúng hoạt động tốt hơn. Tôi đã thực hiện một số thử nghiệm tiếp theo với một nút trên khắp ngôi nhà của mình. Dựa trên kết quả, chúng tôi sẽ chuyển sang mô-đun D1 Mini Pro với ăng-ten gốm vào năm tới.

Với D1 Mini từ xa: Chỉ D1 Mini Pro có ăng-ten bên ngoài mới nhìn thấy điều đó và cường độ tín hiệu thấp

Với D1 Mini Pro từ xa có ăng-ten gốm: D1 Mini, D1 Mini Pro với ăng-ten gốm và D1 Mini Pro với ăng-ten ngoài đều có cường độ tín hiệu gần như nhau, vì vậy đó là một cải tiến. Định hướng của bảng (ăng-ten) có ý nghĩa ở một mức độ

Với D1 Mini Pro từ xa có ăng-ten bên ngoài: Tất cả các bảng khác đều thấy điều đó, nhưng cường độ tín hiệu không tốt hơn nhiều so với các thử nghiệm với ăng-ten gốm trên bo mạch, vì vậy tôi sẽ không bận tâm đến việc di chuyển các điện trở 0 ohm đó và đặt ăng-ten trên que kẹo

Bước 5: Lắp ráp cuối cùng

Khi bạn đã có bộ điều khiển sẵn sàng và được lập trình, tất cả những gì bạn cần làm là kết nối các đèn LED với bộ điều khiển bằng dây JST và nguồn điện 5v trên giắc cắm 2.1mm.

Phần mở rộng JST sẽ hữu ích để giữ cho bộ điều khiển và bộ đổi nguồn luôn không có đèn LED. Hoặc, để nâng cấp CPU lên cao hơn, tôi đặt một túi nhựa nhỏ lên chúng được cố định bằng dây xoắn và sử dụng dây nối dài 2,1mm cho nguồn điện.

Hộp chống thấm nước sẽ giúp bảo vệ bộ điều hợp và CPU, nhưng hầu hết những người hàng xóm của tôi đã sử dụng túi nhựa đơn giản.

Giải nhì trong Thử thách tốc độ trang trí cho ngày lễ