أجهزة إنترنت الأشياء DIY باستخدام سلاسل LED: 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

(إخلاء المسئولية: أنا لست متحدثًا أصليًا للغة الإنجليزية.)

منذ فترة ، اشترت زوجتي بعض أضواء سلسلة LED لتضيء الحديقة في الليل. لقد خلقوا جوًا لطيفًا للغاية. تم وضعهم حول الأشجار ، لكن خمنوا ماذا ، ماذا سيحدث ، قطعنا الخيوط أثناء قطع الأشجار …

ما أريد أن أعرضه لكم اليوم هو كيفية إنقاذ الأشياء المعطلة مثل سلاسل LED وإنشاء أجهزة متصلة مثيرة للاهتمام يمكنك التحكم فيها باستخدام هاتفك الذكي.

سوف تتعلم كيفية استخدام متحكم دقيق وترانزستور لتشغيل مصابيح LED ، وكيفية توصيل جهازك بالإنترنت ، وكيفية التحكم في الجهاز من هاتفك الذكي. أفترض فقط أن لديك بعض المعرفة الأساسية بالإلكترونيات مثل كيفية تطبيق قانون أوم. إذا سبق لك أن قمت ببرمجة Arduino قبل أن يكون أفضل.

لنبدأ بالأجهزة التي أريد بناءها. الشيء الجيد في الأوتار المقطوعة هو وجود قطعتين على الأقل. وبالتالي يمكنني بناء جهازين على الأقل. سأبدأ بمصباح متصل سأضعه على طاولة ثم سلسلة LED متصلة سأستخدمها لإضاءة غرفة نومي الجديدة. كل ما أريده هو طريقة لتشغيل وإيقاف الأضواء باستخدام هاتفي الذكي.

لكن أول الأشياء أولاً ، نحتاج إلى رؤية كيفية عمل الأشياء لإعادة استخدام الأضواء.

الخطوة 1: الهندسة العكسية

لدينا سلسلان LED لكننا لا نعرف انخفاض الجهد عبر دبابيس الأوتار والتيار الذي تتطلبه. للأسف ، ليس لدي ورقة بيانات للحصول على هذه القيم.

في هذه الحالات ، سنحتاج إلى اكتشاف كل شيء بأنفسنا. دعونا نفكك العلبة.

بعد إزالة بعض البراغي باستخدام مفك البراغي ، يمكننا رؤية دائرة بسيطة للغاية. الجزء المثير للاهتمام حول دبابيس سلسلة LED ، نرى منظم جهد (مكون من 3 دبابيس) ، ومقاوم (الصندوق الأسود به 100) ، ودبابيس سلسلة LED. عند النظر عن قرب قليلاً (تصميم الدائرة) ، نرى أن خرج المنظم متصل بسلسلة LED والتي بدورها متصلة بالأرض من خلال المقاوم 10 أوم (100 تعني 10x10e0). دعونا نضع بعض البطاريات ونقيس انخفاض الجهد عبر دبابيس السلسلة وبين خرج المنظم والأرض.

باستخدام مقياس متعدد ، يمكننا قياس انخفاض الجهد بحوالي 3 فولت عبر دبابيس السلسلة (كما هو موضح في الصور). نقيس أيضًا 4.5 فولت بين خرج المنظم والأرض. وبالتالي نستنتج أن هناك انخفاضًا في الجهد بمقدار 1.5 فولت عبر المقاوم 10 أوم ؛ يمكننا في الواقع قياسه أيضًا. باستخدام قانون أوم (U = RI) ، نعلم أن التيار عبر الفرع هو 1.5 فولت / 10 أوم = 0.150 أمبير أو 150 مللي أمبير. مرة أخرى يمكننا قياس التيار لكننا سنحتاج إلى وضع المتر المتعدد في سلسلة مع الخيط وهو أمر ليس من السهل القيام به.

نحن نعرف الآن كيفية قيادة سلاسل LED. دعونا نبني أجهزتنا.

الخطوة الثانية: المواد والأدوات

إليك ما ستحتاجه لبناء الأجهزة:

- بعض مفكات البراغي لتفكيك الأشياء ، أحب هذا النوع من العدة

- بعض أضواء سلسلة LED ، إذا كنت ترغب في إعادة إنتاج الأجهزة

- ESP8266 ، سيكون عقل الجهاز الخاص بنا

- لوح توصيل وبعض الأسلاك ، سنستخدمها لبناء النموذج الأولي

- مجموعة متنوعة من المقاوم ومجموعة متنوعة من الترانزستورات ، يمكنك أيضًا شراء مجموعة أكبر تحتوي على الكثير من المكونات المفيدة ، وشراء المكونات المطلوبة فقط هو أيضًا خيار

إذا كنت ترغب في إنشاء دائرة كهربائية دائمة ، فستحتاج إلى بعض الأدوات وبعض الألواح الأولية:

- يمكنك شراء مجموعة لحام بسعر رخيص جدًا لتبدأ ، وستجد مقياسًا متعددًا يمكن استخدامه لعكس هندسة الأشياء الخاصة بك ، فقط احذر من التلاعب بالأجهزة المتصلة بالأجهزة الرئيسية أو حتى الأجهزة التي تستخدم أكثر من 30 فولت تيار مستمر

- القاطع مفيد جدًا في قطع الأسلاك وأسلاك المكونات

- بعض الألواح الأولية

- بعض الأسلاك الصلبة

قد يبدو أن البدء كثيرًا ولكنك ستبني بعض الأسهم لأي مشروع آخر قد يكون لديك. إذا كنت لا تمانع في الانتظار ، يمكنك طلب كل شيء على Aliexpress بتكلفة أقل بكثير. كبديل ، إذا كنت لا ترغب في شراء هذه الأدوات ، يمكنك أيضًا الانتقال إلى أقرب مساحة للقراصنة.

أخيرًا ، ستحتاج إلى بضع ساعات لبناء كل شيء (أقل إذا اتبعت هذا البرنامج التعليمي).

الخطوة 3: كيفية استخدام الترانزستور

نحن نعلم أن سلسلة LED تتطلب 150 مللي أمبير ولكنها أكثر بكثير مما يمكن أن يقدمه ESP8266 بأمان على دبابيس الإخراج الخاصة به. لا تريد قيادة أكثر من 12 مللي أمبير لكل دبابيس GPIO على وحدة التحكم الدقيقة. للتغلب على هذا القيد ، ستحتاج إلى نوع من التبديل يمكن التحكم فيه بواسطة متحكم دقيق. المفاتيح الأكثر شيوعًا هي التتابع والترانزستور. سيعمل المرحل بالتأكيد ولكنه سيكون أكبر حجمًا وأكثر تكلفة ، وستحتاج في معظم الأوقات إلى استخدام الترانزستور لقيادة التتابع.

سوف نستخدم الترانزستورات لكلا الجهازين. لاستخدام ترانزستور مثل المحول ، يجب أن نقود التيار عبر قاعدته. سيكون التيار الذي يتدفق عبر سلسلة LED متناسبًا مع التيار الذي يتدفق عبر القاعدة.

يمكنك اللعب باستخدام Arduino والترانزستور على Tinkercad للتعرف على كيفية عمل الأشياء. لقد أنشأت محاكاة أساسية يمكنك تعديلها. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن Tinkercad ، فيمكنك اتباع هذا البرنامج التعليمي المذهل: كيفية استخدام Tinkercad لاختبار أجهزتك وتنفيذها.

يمكنك أن ترى أن الترانزستور يعمل مثل مفتاح مغلق عندما يكون خرج GPIO مرتفعًا ومثل مفتاحًا مفتوحًا عندما يكون خرج GPIO منخفضًا. يمكنك أيضًا اللعب بقيم المقاومات. سيحد المقاوم المتسلسل مع LED من تدفق التيار عبر LED وسيتحكم المقاوم المتصل بقاعدة الترانزستور في الحد الأقصى للتيار المتدفق عبر LED. إذا قمت بزيادة المقاوم الأساسي ، فلن تدفع تيارًا كافيًا لمصباح LED وسيصبح الضوء باهتًا.

يمكنك إلقاء نظرة على ملاحظاتي لمعرفة قيم المقاوم التي أختارها للأجهزة. كان بإمكاني استخدام خرج 3.3 فولت بدلاً من خرج 5 فولت ولكن بعد ذلك لن يكون لدي المقاومات المقابلة لبناء الدائرة. لا تتردد في قراءة ورقة بيانات الترانزستور للبحث عن مكاسب الترانزستور.

دعونا الآن نبني نموذجًا أوليًا.

الخطوة 4: بناء نموذج أولي للدائرة

سنحتاج إلى تحضير سلك سلسلة LED. أولاً ، دعنا نقطع النصف الأول لفصل حامل البطاريات. بعد ذلك ، قم بتجريد السلك ، واستخدمت كتلة طرفية لتوصيل سلسلة LED بلوحة التجارب. سنحتاج أيضًا إلى ESP8266 ، واستخدمت نسخة مصغرة D1 ومقاومتين وترانزستور.

اخترت p2222a للترانزستور ولكن يمكنك اختيار أي ترانزستور NPN. ستحتاج فقط إلى مراجعة قيم المقاومات وفقًا لكسب الترانزستور الذي يمكنك العثور عليه في ورقة بيانات الترانزستور. اخترت المقاوم الأساسي 1 كيلو أوم ومقاوم الصمام 15 أوم. يتم تشغيل القاعدة بواسطة GPIO5 أو D1.

احتفظ بحامل البطاريات حيث يمكن أن يكون مفيدًا لمشروع آخر أو حتى لتشغيل أجهزتك التي تم إنشاؤها حديثًا.

اتبع البرنامج التعليمي حول كيفية تحميل برنامج على ESP8266 باستخدام Arduino IDE ، وقم بتحميل برنامج الوميض الذي يحل محل LED_BUILTIN بواسطة D1 ، ويمكنك الآن الاستمتاع بسلسلة LED وامضة.

إذا كانت الدائرة لا تعمل من أجلك ، فحاول تبديل أسلاك LED حيث تحتاج إلى توصيل الأنود بمقاوم LED. أنا دائما أعكس الأسلاك …

استخدم جهاز القياس المتعدد للتحقق من الاتصال وانخفاض الجهد. يجب أن ترى 3.3 فولت بين D1 والأرض عندما يكون الناتج مرتفعًا. يجب أن ترى أيضًا جهدًا 3 فولت بين أسلاك سلسلة LED.

يعد وجود سلسلة LED وامضة أمرًا جيدًا ولكن كيف يمكننا التحكم في سلسلة LED بهاتفنا الذكي؟

الخطوة 5: استخدام هاتفك الذكي لتشغيل أضواء سلسلة LED - الجزء الأول

ستحتاج إلى تثبيت تطبيق Blynk على هاتفك الذكي.

بمجرد تثبيت التطبيق ، قم بإنشاء مشروع جديد. سيرسل لك Blynk رسالة بريد إلكتروني تحتوي على رمز (سلسلة من الأحرف السداسية) ستحتاجها لبرنامج ESP8266 الخاص بك. قم بإنشاء زر يعمل كمفتاح. يجب أن يقود الزر دبوس GPIO5 أو D1 الخاص بـ ESP8266. يمكنك الآن تشغيل مشروعك. لاحظ أن التطبيق سيخبرك أن الجهاز غير متصل بالإنترنت.

يمكنك تعديل المشروع لاحقًا لإضافة مؤقتات تتحكم في الأضواء.

الخطوة 6: استخدام هاتفك الذكي لتشغيل أضواء سلسلة LED - الجزء الثاني

افتح Arduino IDE الخاص بك. ستحتاج إلى تثبيت مكتبة Blynk ؛ لذلك ، ما عليك سوى اتباع لقطات الشاشة التي صنعتها. انتقل إلى قائمة "أدوات" ، وانقر على "إدارة المكتبات" ، وابحث عن "Blynk" ، وقم بتثبيت أحدث إصدار.

يمكنك الآن فتح مثال يقوم بإعداد Blynk على ESP8266 لك. يظهر المثال في لقطات الشاشة.

تأكد من تحديد اللوحة الصحيحة ، "D1 mini" في حالتي ، والمنفذ الصحيح.

قم بتحديث الرمز باستخدام wifi SSID وكلمة المرور (عادةً ما يكون مفتاح WPA أو WEP في مربع الإنترنت) ، ستحتاج أيضًا إلى ملء الرمز المميز الذي تلقيته عبر البريد الإلكتروني.

يمكنك الآن تحميل الكود على ESP8266. بمجرد تحميل الرمز ، انتظر بضع ثوانٍ للتأكد من أن جهازك متصل بشبكة WiFi بجهاز توجيه الإنترنت الخاص بك وستكون قادرًا على التحكم في الأضواء باستخدام زر Blynk الذي قمت بإنشائه.

لديك الآن جهاز إنترنت الأشياء! يمكنك التوقف عند هذا الحد إذا كنت تريد ولكن لا تنس قراءة قسم "الموارد". إذا كنت ترغب في الحصول على مزيد من المتعة وبناء دائرة دائمة وعلبة ، فاستمر في القراءة.

الخطوة 7: إنشاء دائرة دائمة (مكافأة)

حان الوقت لإنشاء دائرة دائمة. يمكنك مشاهدة هذا وهذا الفيديو للتعرف على اللحام. لقد استخدمت لوحة أولية قياسية مع بعض الرؤوس لـ ESP8266. بهذه الطريقة ، إذا أردت إعادة استخدام وحدة التحكم الدقيقة لمشروع آخر ، يمكنني ذلك. يمكنك اختيار لحام الميكروكونترولر مباشرة بلوحك الأولي. إذا لم تكن واثقًا ، فاختر لوحًا أوليًا يشبه اللوح ؛ ستتمكن من إعادة استخدام اتصالات اللوح.

لقد ارتكبت خطأين مع جهازي الأول. لم أستخدم الكتلة الطرفية لسلسلة LED … وقلبت الأسلاك. يمكنك وضع علامة على السلك الموجب أو السالب ولكن يوصى باستخدام كتلة طرفية. الخطأ الثاني هو أنني استخدمت 3.3V لقيادة سلسلة LED مما أدى إلى ضوء باهت. إذا قمت ، مثلي ، بارتكاب أخطاء ، فلا تقلق ، فمن السهل إزالة اللحام وتغيير قيم المقاومات أو تحديث الاتصالات. يمكنك حتى إضافة المزيد من المكونات في وقت لاحق!

الآن بعد أن أصبحت لديك دائرة دائرية ، فقد حان الوقت لبناء غلافها.

الخطوة 8: بناء الضميمة (مكافأة)

لقد اتبعت درسًا تعليميًا عن برنامج Sparkfun على Tinkercad لإنشاء حاوية لأجهزتي. لقد قمت بطباعة العلبة باستخدام Prusa i3 MK3 التي حصلت عليها حديثًا مع بعض خيوط PLA (حشو 20 ٪ و 0.2 مم). إنها في الواقع الأولى بالنسبة لي وقد ارتكبت بالفعل خطأين يمكنك رؤيته على الصور. لم يكن العلبة الأولى الخاصة بي تحتوي على المساحة المطلوبة لمقبس USB ولم يتم محاذاة الثقوب. ثم صممت إصدارًا جديدًا يناسب بشكل أفضل يمكنه أيضًا دعم الغطاء. يمكنك توفير بعض الوقت وبعض المال فقط لطباعة الجزء المطلوب من العلبة لاختبار التوافق مع الدائرة.

لديك الآن جهازي إنترنت الأشياء يمكنك التحكم فيهما باستخدام Blynk. السماء هي الحد. يمكنك تمديد المشروع بالكامل باستخدام كاشف التواجد الذي يتحكم في الأضواء ، مع مؤقت يقوم بإطفاء الأنوار بعد فترة معينة من الوقت ، أو حتى باستخدام أضواء سلسلة LED كنظام إخطار ؛ يمكن أن تومض عندما تتلقى رسالة بريد إلكتروني على سبيل المثال.

قرصنة سعيدة!

الخطوة 9: الموارد

لا يمكنني أن أوصي بما يكفي من هذا الكتاب: Make: Electronics: Learning through Discovery. يمكنك التعرف على الترانزستورات والمكثفات والعديد من الأشياء الأخرى المثيرة للاهتمام حول الإلكترونيات. لديها المعرفة المطلوبة لبدء العبث بمكونات الإلكترونيات. إلى جانب معرفتك المكتسبة للتو حول ESP8266 و Blynk و Tinkerpad ، ستتمكن من بناء أشياء مثيرة جدًا للاهتمام.

يمكنك تعلم الكثير عن مشاهدة مقاطع فيديو Youtube. أوصي بالقنوات التالية:

- مدونة EEV

- غريتسكوت!

- أكاديمية خان

أنا شجاع بما فيه الكفاية ، يمكنك اكتساب المزيد من المعرفة بعد دورات edx أو Coursera حول إنترنت الأشياء أو الإلكترونيات.