مصباح إنترنت الأشياء لأتمتة المنزل -- دروس ESP8266: 13 خطوة (بالصور)

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

في هذا البرنامج التعليمي ، سنصنع مصباحًا ذكيًا متصلًا بالإنترنت. سوف يتعمق هذا في إنترنت الأشياء ويفتح عالمًا من أتمتة المنزل!

المصباح متصل بشبكة WiFi ومصمم ليكون له بروتوكول رسائل مفتوح. هذا يعني أنه يمكنك تحديد أي وضع تحكم تريده! يمكن التحكم فيه من خلال متصفح الويب وتطبيقات التشغيل الآلي للمنزل والمساعدين الأذكياء مثل Alexa أو Google Assistant وغير ذلك الكثير!

كمكافأة ، يتماشى هذا المصباح مع تطبيق للتحكم في المشروع. هنا يمكنك تحديد أوضاع ألوان مختلفة ، والتلاشي بين ألوان RGB ، وضبط المؤقتات.

يتكون المصباح من لوحة LED ولوحة تحكم. تستخدم لوحة LED ثلاثة أنواع مختلفة من مصابيح LED لما مجموعه خمس قنوات LED! هذا هو RGB جنبًا إلى جنب مع الأبيض الدافئ والبارد. نظرًا لأنه يمكن ضبط كل هذه القنوات بشكل فردي ، فلديك إجمالي 112.3 مجموعة بيتا!

هيا بنا نبدأ!

[شغل الفيديو]

الخطوة 1: الأجزاء والأدوات

القطع

• Wemos D1 Mini
• 15 × أبيض دافئ 5050 LEDs
• 15 × أبيض بارد 5050 LEDs
• 18 × RGB 5050 LEDs
• مقاومات 6 × 300 أوم 1206
• مقاومات 42 × 150 أوم 1206
• مقاومات 5 × 1 كيلو أوم

• 5 × NTR4501NT1G

  الترانزستورات

• منظم جهد خطي ، 5 فولت

• ثنائي الفينيل متعدد الكلور

  قم بتنزيل ملفات gerber في خطوة الدائرة لعمل PCBs الخاصة بك

• PSU 12 فولت 2 أمبير

أدوات

• لحام حديد

  • لحام القصدير
  • تدفق اللحام السائل
• شريط الإخفاء
• شريط مزدوج
• طابعة 3D
• قواطع الأسلاك

الخطوة الثانية: الخطة

يتكون المشروع الكامل من أربعة أجزاء رئيسية:

1. دائرة كهربائية

   الدائرة مصنوعة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ستتألف الدائرة المكتملة من أكثر من 100 مكون فردي. إنه لمن دواعي ارتياح كبير عدم وضع كل تلك الأشياء يدويًا على لوح بيرف بورد

2. كود اردوينو

   أنا أستخدم Wemos D1 Mini الذي يستخدم ESP8266 كمتحكم دقيق متصل بشبكة WiFi. سيبدأ الرمز الخادم على D1. عندما تزور عنوان هذا الخادم ، سوف يفسر D1 هذا على أنه أوامر مختلفة. ثم يعمل المتحكم الدقيق على هذا الأمر لضبط الأضواء وفقًا لذلك

3. جهاز التحكم

   • لقد أنشأت تطبيقًا لهذا المشروع فقط لتسهيل التحكم في المصباح حسب رغبتك قدر الإمكان
   • يمكن التحكم في المصباح الذكي حقًا عن طريق أي شيء قادر على إرسال طلب http GET. هذا يعني أن المصباح يقبل أوامر من مجموعة غير محدودة من الأجهزة تقريبًا

4. طباعة ثلاثية الأبعاد

   هذا المصباح الذكي يستحق حافظة ذات مظهر رائع. ومثل العديد من المشاريع التي كنت بحاجة إلى حافظة رائعة ، تأتي الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنقاذها

الخطوة 3: الدائرة

لقد طلبت ثنائي الفينيل متعدد الكلور من jlcpcb.com. وقت الإفصاح الكامل: قاموا أيضًا برعاية هذا المشروع.

يتكون ثنائي الفينيل متعدد الكلور من جزأين. لديها لوحة LED ولوحة تحكم. يمكن فصل ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتوصيل هذين الجزأين لاحقًا بسلك مرن. يعد ذلك ضروريًا للحفاظ على المصباح المطبوع ثلاثي الأبعاد نحيفًا ، ولزاوية لوحة LED لنشر الضوء بالتساوي عبر غرفة الفتحة.

تحتوي لوحة التحكم على متحكم D1 مع خمسة MOSFETs لتعتيم مصابيح LED ، ومنظم جهد لمنح المتحكم الدقيق 5V سلسًا.

تحتوي لوحة LED على خمس قنوات LED في ثلاثة أنواع مختلفة من مصابيح LED. نظرًا لأننا نستخدم مصدر طاقة بجهد 12 فولت ، يتم تكوين مصابيح LED على شكل ثلاثة مصابيح LED في سلسلة بمقاوم ثم تتكرر 16 مرة على التوازي.

عادةً ما يرسم مؤشر LED الأبيض العادي 3.3 فولت. على جزء من اللوحة ، توجد ثلاثة من مصابيح LED هذه في سلسلة مما يعني أن انخفاض الجهد يتم تجميعه في الدائرة. ثلاثة مصابيح LED تسحب 3.3 فولت كل منها يعني أن قطعة واحدة من مصابيح LED تسحب 9.9 فولت. يتم تشغيل الدائرة بجهد 12 فولت بحيث تترك 2.1 فولت.

إذا كان الجزء يتكون فقط من المصابيح الثلاثة ، فسيحصلون على جهد أكبر مما يتبددون. هذا ليس جيدًا لمصابيح LED ويمكن أن يتلفها بسرعة. هذا هو السبب في أن كل جزء يحتوي أيضًا على مقاوم في سلسلة مع جميع مصابيح LED الثلاثة. هذا المقاوم موجود لإسقاط 2.1 V المتبقية في تقاطع السلسلة.

لذلك ، إذا كان كل جزء يمثل 12 فولت ، فهذا يعني أن كل جزء من الأجزاء متصل ببعضه البعض بشكل متوازٍ. عندما تكون الدوائر متصلة بالتوازي ، تحصل جميعها على نفس الجهد ويتم تجميع التيار. دائمًا ما يكون التيار في اتصال متسلسل هو نفسه.

يسحب LED العادي 20 مللي أمبير في التيار. هذا يعني أن القطعة المكونة من ثلاثة مصابيح LED والمقاوم المتسلسل لا يزال يرسم 20 مللي أمبير. عندما نربط عدة مقاطع على التوازي ، نضيف التيار. إذا قمت بقص ستة مصابيح LED من الشريط ، فسيكون لديك اثنان من هذه الأجزاء على التوازي. مما يعني أن دائرتك الإجمالية لا تزال ترسم 12 فولت ، لكنها ترسم 40 مللي أمبير في التيار.

الخطوة 4: لحام المصابيح

من تجربة بعض الأشياء ، وجدت أن شريط التقنيع البسيط هو الأكثر فعالية ومرونة لمنع PCB من التحرك.

بالنسبة للأجزاء ذات الدبابيس المتعددة ، مثل 6 دبابيس على 5050 LED ، أبدأ بوضع اللحام على إحدى منصات PCB. ثم الأمر يتعلق فقط بالحفاظ على هذا اللحام منصهرًا بمكواة اللحام أثناء تحريك المكون إلى مكانه باستخدام زوج من الملقط.

الآن يمكن لصق الوسادات الأخرى بسهولة ببعض اللحام. ومع ذلك ، لتسريع هذا العمل ، أقترح التقاط بعض تدفق اللحام السائل. أنا حقا لا أستطيع أن أوصي بهذه الأشياء بما فيه الكفاية.

قم بتطبيق بعض التدفق على وسادات اللحام ، ثم قم بإذابة بعض اللحام على طرف مكواة اللحام. الآن الأمر يتعلق فقط بوضع اللحام المنصهر على الفوط ويتدفق كل شيء في مكانه. جميل وبسيط.

عندما يتعلق الأمر بالمقاومات والمكونات الأخرى المكونة من لوحتين ، فلن تكون هناك حاجة فعلاً لتدفق اللحام. ضع اللحام على إحدى الوسادات وضع المقاوم في مكانه. الآن فقط قم بإذابة بعض اللحام على الوسادة الثانية. سهل جدا.

ألق نظرة على الصورة الخامسة في هذه الخطوة. انتبه إلى اتجاه مصابيح LED. مصابيح LED البيضاء الدافئة والباردة لها شق موجه في الزاوية اليمنى العليا. مصابيح RGB LED لها شق في الزاوية اليسرى السفلية. هذا خطأ في التصميم من جانبي ، لأنني لم أتمكن من العثور على ورقة البيانات الخاصة بمصابيح RGB LED المستخدمة في هذا المشروع. حسنًا ، عش وتعلم وكل ذلك!

الخطوة 5: لحام لوحة التحكم

بعد الانتهاء من سباق الماراثون الخاص بلوحة LED ، تصبح لوحة التحكم سهلة اللحام. لقد وضعت خمسة MOSFETs والمقاومات المطابقة لمصدر البوابة ، قبل الانتقال إلى منظم الجهد.

يحتوي منظم الجهد على مساحات اختيارية لتنعيم المكثفات. بينما كنت ألحمهم في هذه الصورة ، انتهى بي الأمر بإزالتهم لأنهم لم يكونوا ضروريين حقًا.

تتمثل الحيلة في الحصول على لوحة تحكم رفيعة في وضع رؤوس الدبوس خارج الجزء العلوي من خلال الجزء السفلي. بعد تثبيت المسامير في مكانها ، يمكن قص الطول غير المستخدم من الجانب الخلفي جنبًا إلى جنب مع البلاستيك الأسود. هذا يجعل الجانب السفلي سلسًا تمامًا.

مع وجود جميع المكونات في مكانها ، حان الوقت لتجميع اللوحين معًا. لقد قمت للتو بقص وتجريد ستة أسلاك صغيرة مقاس 2.5 بوصة (7 سم) وربطت ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

الخطوة 6: إعداد WiFi

هناك ستة سطور بسيطة في الكود تحتاج إلى تغييرها.

1. ssid ، السطر 3

   اسم جهاز التوجيه الخاص بك. تأكد من حصولك على حالة الأحرف الصحيحة عند كتابة هذا

2. wifiPass ، السطر 4

   كلمة مرور جهاز التوجيه الخاص بك. مرة أخرى ، انتبه للغلاف

3. IP ، السطر 8

   عنوان IP الثابت للمصباح الذكي الخاص بك. اخترت عنوان IP عشوائيًا على شبكتي وحاولت تنفيذ الأمر ping في نافذة الأوامر. إذا لم يكن هناك رد من العنوان ، يمكنك افتراض أنه متاح

4. البوابة ، السطر 9

   ستكون هذه هي البوابة على جهاز التوجيه الخاص بك. افتح نافذة الأوامر واكتب "ipconfig". البوابة والشبكة الفرعية محاطة بدائرة باللون الأحمر في الصورة

5. الشبكة الفرعية ، السطر 10

   كما هو الحال مع البوابة ، يتم وضع دائرة حول هذه المعلومات في الصورة لهذه الخطوة

6. المنطقة الزمنية ، السطر 15

   المنطقة الزمنية التي تتواجد فيها. قم بتغيير هذا إذا كنت تريد استخدام وظائف المؤقت المدمجة لتشغيل وإطفاء الأضواء في أوقات محددة. المتغير هو نقرة بسيطة أو ناقص GMT

الخطوة 7: كود وحدة التحكم الدقيقة

بعد تغيير جميع الإعدادات ذات الصلة في الخطوة السابقة ، حان الوقت أخيرًا لتحميل الكود إلى Wemos D1 Mini!

يتطلب كود اردوينو بعض المكتبات والتبعيات. اتبع أولاً هذا الدليل من sparkfun إذا لم تقم مطلقًا بتحميل كود من arduino IDE إلى ESP8266.

الآن قم بتنزيل مكتبة Time ومكتبة TimeAlarms. قم بفك ضغطها وانسخها إلى مجلد مكتبة اردوينو على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. تمامًا مثل تثبيت أي مكتبات اردوينو أخرى.

انتبه لإعدادات التحميل في الصورة في هذه الخطوة. حدد نفس التكوين ، باستثناء منفذ com. سيكون هذا هو أي منفذ com لديك متصل به المتحكم الدقيق على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.

عندما يتم تحميل الكود ، افتح المحطة التسلسلية لرسالة ، نأمل أن يكون اتصالاً ناجحًا! يمكنك الآن فتح المستعرض الخاص بك وزيارة عنوان IP الثابت الذي قمت بحفظه في وحدة التحكم الدقيقة. تهانينا ، لقد قمت للتو بإنشاء الخادم الخاص بك وتقوم باستضافة صفحة ويب عليه!

الخطوة 8: افتح بروتوكول الرسائل

عندما تتحكم في المصباح الذكي باستخدام التطبيق ، سيتم التعامل مع جميع الرسائل نيابة عنك تلقائيًا. فيما يلي قائمة بالرسائل التي يقبلها المصباح ، إذا كنت تريد إنشاء جهاز التحكم عن بُعد الخاص بك. لقد استخدمت مثالًا لعنوان IP لتوضيح كيفية استخدام الأوامر.

• 192.168.0.200/&&R=1023G=0512B=0034C=0500W=0500

  • يضبط الأضواء الحمراء على القيمة القصوى ، والأضواء الخضراء على نصف القيمة ، والأضواء الزرقاء على 34. والأبيض البارد والدافئ بالكاد يعملان
  • عند إدخال القيم ، يمكنك الاختيار بين 0 و 1023. اكتب دائمًا قيم الضوء كأربعة أرقام في عنوان URL

• 192.168.0.200/& B = 0800

  يضبط الأضواء الزرقاء على القيمة 800 مع إطفاء جميع الأضواء الأخرى في نفس الوقت

• 192.168.0.200/LED = إيقاف

  يطفئ كل الأضواء تمامًا

• 192.168.0.200/LED=FADE

  يبدأ في التلاشي ببطء بين جميع ألوان RGB الممكنة. مثالي للأجواء

• 192.168.0.200/NOTIFYR=1023-G=0512-B=0000

  يومض اللون المحدد مرتين للإشارة إلى إشعار وارد. مثالي إذا كنت تريد ، على سبيل المثال ، إنشاء برنامج على جهاز الكمبيوتر الخاص بك ليومض المصباح باللون الأحمر كلما تلقيت بريدًا إلكترونيًا جديدًا

• 192.168.0.200/DST=1

  • يضبط الساعة للتوقيت الصيفي. يضيف ساعة واحدة إلى الساعة
  • / DST = 0 استخدم هذا للعودة من التوقيت الصيفي ، ويزيل ساعة واحدة من الساعة إذا كان التوقيت الصيفي نشطًا

• 192.168.0.200/TIMER1H = 06M = 30R=1023G =0512B=0034C=0000W=0000

  يحفظ حالة المؤقت 1. سيقوم هذا المؤقت بتشغيل قيم RGB المحددة في الساعة 06:30 صباحًا

• 192.168.0.200/TIMER1H = 99

  اضبط ساعة المؤقت على 99 لإلغاء تنشيط المؤقت. لا تزال قيم RGB مخزنة ، لكن المؤقت لن يضيء الأضواء عند ضبط الساعة على 99

• يحتوي المصباح على أربعة عدادات فردية. غيّر "TIMER1" لـ "TIMER2" أو "TIMER3" أو "TIMER4" لضبط أحد العدادات المضمنة الأخرى.

هذه هي الأوامر المضمنة حاليًا. اترك تعليقًا إذا كان لديك أي أفكار رائعة لأوامر جديدة لبناء إما في كود اردوينو أو في التطبيق البعيد!

الخطوة 9: جهاز التحكم عن بعد

انقر هنا لتنزيل التطبيق. الإعداد سهل للغاية ، ما عليك سوى إدخال عنوان IP الخاص بالمصباح الذكي الخاص بك وتحديد ما إذا كنت تريد التحكم فقط في مصابيح RGB LED أو RGB + مصابيح LED بيضاء دافئة وباردة.

كما هو موضح في الخطوة السابقة ، أنت تعرف الآن بروتوكول الرسائل الذي يستخدمه التطبيق. إنه يرسل طلب http GET مع عناوين URL. هذا يعني أنه يمكنك أيضًا إنشاء دائرة متحكم خاصة بك ، مع الاستمرار في استخدام هذا التطبيق للتحكم في الوظائف التي تطورها بنفسك.

نظرًا لأننا نظرنا بعمق في بروتوكول الرسائل ، يمكنك أيضًا التحكم في المصباح الذكي عن طريق أي شيء قادر على إرسال طلب http GET. هذا يعني أي متصفح على الهاتف أو الكمبيوتر ، أو الأجهزة المنزلية الذكية أو المساعدين مثل Alexa أو Google Assistant.

Tasker هو تطبيق يسمح لك بشكل أساسي بخلق ظروف للتحكم بالقرب من أي شيء. لقد استخدمت ذلك في وميض المصباح الذكي بلون الإشعار عندما أستلمه على هاتفي. أقوم أيضًا بإعداد Tasker لتشغيل الأضواء باللون الأبيض الكامل ، عندما يتصل الهاتف بشبكة WiFi المنزلية الخاصة بي بعد الساعة 16:00 في أحد أيام الأسبوع. هذا يعني أن الأضواء تضاء تلقائيًا عندما أصل إلى المنزل من المدرسة. من الرائع حقًا العودة إلى المنزل مع تشغيل الأضواء تلقائيًا!

الخطوة 10: الطباعة ثلاثية الأبعاد

يمكن طباعة علبة المصباح نفسها بالكامل تقريبًا بدون دعامات. الأجزاء الوحيدة التي تحتاج حقًا إلى الدعم هي الأوتاد المخصصة للتزاوج مع ثنائي الفينيل متعدد الكلور. لذلك ، جعلت stl متاحًا مع وبدون هيكل دعم صغير لهذه الأوتاد فقط. ميزة استخدام هذا الدعم المخصص هي أن الطباعة أسرع بكثير! ولا نحصل إلا على دعم الطباعة على الأجزاء التي تحتاجها حقًا.

يمكنك تنزيل ملفات.stl هنا

الخطوة 11: اجمع كل ذلك معًا

بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد ، ابدأ بإزالة دعم الطباعة. تنتقل كبلات الطاقة إلى قنوات منفصلة ويتم ربطها معًا. ستعمل هذه العقدة على تخفيف الضغط مما يمنع الكابلات من التمزق من ثنائي الفينيل متعدد الكلور. قم بلحام كبلات الطاقة الموجودة على الجانب الخلفي من PCB وتأكد من حصولك على القطبية الصحيحة!

يتم بعد ذلك تثبيت لوحة التحكم PCB بقطعة من الشريط لإبقائها متماسكة داخل العلبة. يمكن ببساطة وضع LED PCB في مكانه حيث يكون مسطحًا مقابل العلبة من تلقاء نفسه.

الخطوة 12: تعليق المصباح

هناك الكثير من الخيارات لتعليق هذا المصباح على الحائط. نظرًا لأنني قد أقوم بتحديث الكود باستمرار لتحسين المصباح ، فقد أردت طريقة لإنزال المصباح من وقت لآخر. يمكنك استخدام الغراء الساخن ، لكني أوصي ببعض الشريط اللاصق مزدوج الجوانب. من الأفضل استخدام الشريط اللاصق ذو الوجهين السميك والرغوي لأنه يحمل المصباح بشكل أفضل على الحائط المحكم.

الخطوة 13: انتهى

مع المصباح المعلق على الحائط وجاهزًا لقبول الأوامر التي تعني أنك انتهيت!

لوحة LED مائلة بطريقة تشتت الضوء بالتساوي في الغرفة. إنها إضافة رائعة إلى أي مساحة عمل والقدرة على التكامل مع التشغيل الآلي للمنزل ميزة رائعة. أحب حقًا القدرة على ضبط ألوان RGB وكذلك ضبط توازن اللون الأبيض بين الضوء البارد والدافئ. يبدو أنيقًا ويساعد بشكل كبير في ضبط الإضاءة المحيطة أو أضواء العمل ، ليناسب أي احتياجات إضاءة لدي في الوقت الحالي.

تهانينا ، لقد قفزت الآن قفزة كبيرة في عالم إنترنت الأشياء والتشغيل الآلي للمنزل!