Широко синхронизирани светодиоди в квартала: 5 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:49

Имах няколко безжични LED ленти, които мислех, че мога да пусна за празниците. Но в моя двор те също можеха да бъдат свързани. И така, какво е по -хладното предизвикателство? LED декорации във всички къщи на моя блок със синхронизиран дисплей! В тази луда година това е начин да ни свържете заедно.

Това са LED нишки, захранвани с ESP8266, и те са свързани с WiFi мрежа, така че всички те показват една и съща стъпка в анимационната последователност едновременно. Тъй като те използват мрежов код за свързване, те могат да бъдат на няколко къщи един от друг и съобщенията се предават от възел на възел.

Те работят на 5 волта и аз използвах захранващи адаптери, но те могат да работят за известно време и с USB батерии. Така че те са преносими, управляват собствена WiFi мрежа, която не е свързана с интернет, и могат да избягат от мрежата.

Всички наши съседи бяха развълнувани да имат тази споделена украса и наистина е хубаво как виждате всички да показват същия дисплей, докато вървите по улицата. Тук имам няколко снимки на няколко пред дома ми за тестване, но беше наистина трудно да ги снимам по улицата.

Стъпка 1: Части

ESP8266 D1 Mini - Използвах модулите D1 Mini, тъй като всичко, от което се нуждая, е един I/O щифт за светодиодите. Този проект може да бъде направен без запояване с помощта на терминален щит като този и различен модул ESP8266. Има версия на D1 Mini с по -добра антена - D1 Mini Pro. Той има керамична антена и U. FL конектор за външна антена, но трябва да преместите резистор с 0 ома за повърхностен монтаж за външната антена. Повече дискусия в по -късна стъпка.

WS2811 LED нишки - Използвах WS2811 нишки, тъй като са водоустойчиви (с изключение на JST конекторите) и са лесни за работа. WS2812b "Neopixel" лентите биха използвали абсолютно същия код и т.н. Използвах 5V такива, но можете да ги получите в 12v (използвайте по -малко ток) - тогава ще ви трябва преобразувател на напрежение за ESP8266s. Можете също така да получите WS2811 LED нишки с водоустойчиви конектори, ако желаете. LED нишките, които използвах, имат JST SM конектори от двата края - женският е входът, въпреки че съм ги виждал свързани по друг начин (мъжки като вход). Посоката е отбелязана и на самите светодиоди. Има и проводници за впръскване на енергия - отрязах краищата, така че консервираните части да не могат да се късо. Можете също така да ги купите в опаковки от 10 броя.

330 ома 1/4 ватов резистор - това се използва на пина за данни на ESP8266, за да се предотврати всяко трептене на светодиодите.

JST SM 3 -пинов мъжки конектор - Те са за свързване към LED лентите. Обърнете внимание, че "мъжкият" конектор има качулка над него.

2,1 мм женски конектор за видеонаблюдение - те се използват за конектора за захранване. Ако искате, можете да използвате друга система от конектори.

5V захранване - мощността на усилвателя зависи от това колко светодиоди ще имате. Една 2А вероятно е ОК за 50 или 100 светодиода, които никога не са напълно включени (вижте стъпката на окабеляване за повече информация).

JST SM 3 -пинов удължителен проводник или 2,1 мм удължителен проводник - тъй като JST конекторът на D1 Mini е близо до светодиодите, обикновено искате разширение, за да позволите светодиодите да бъдат поставени по -далеч от процесора. В моя случай в крайна сметка поставих процесора по -високо в декорацията, за да получа по -добър WiFi обхват, така че държах процесора близо до светодиодите и вместо това използвах 2,1 мм удължителен проводник.

USB към 2.1 мм кабел - това е по избор - позволява да захранвате нишката от всеки USB източник или батерия.

3 мм термосвиваеми тръби - имате нужда само от около 1 от това, за да покриете резистора на D1 Mini.

20 мм прозрачни термосвиваеми тръби - това е частично по избор за защита на конекторите на D1 Mini. Уверете се, че сте закрепили ключа за нулиране след прилагане, ако тръбите компресират превключвателя.

Водоустойчива кутия - за защита на захранването и процесора отвън. Повечето от моите съседи просто използваха найлонови торбички.

1/2 "EMT тръба - 29" парче пасва на формата на бонбони - използвах 4 цип връзки, за да го държа. Опитах 1/2 "PVC и той пасва, но докосва светодиодите от двете страни.

3/8 "x 3 'арматура - след като EMT е прикрепен към формата, можете да ударите арматурата в земята и да поставите EMT тръбата върху нея. 1/2" арматура ще се побере, но ще трябва да отрежете всяка огънати части и е близо - ако се сплеска или нещо, когато го набиете, ще бъде много стегнато. Така че 3/8 "е по -вероятно лесно да изчисти вътрешния диаметър на EMT тръбата.

Candy Cane shape - вижте стъпката върху тях, можете да направите DIY фигура, да ги накичете върху храст или да използвате такава форма.

Стъпка 2: Монтаж на контролера

Контролерът се състои от D1 Mini (ESP8266), 2,1 мм женски жак за видеонаблюдение, 330 омов резистор и 3 пинов JST мъжки конектор.

Предположението за този проект е, че ще използвате 50-100 светодиода. Ако искате да използвате повече, ще трябва да използвате инжектиране на енергия, за да захранвате всички светодиоди. Вижте този друг Instructable за по -задълбочена дискусия по въпроса.

С 50 светодиода изцяло в бяло, те ще извлекат 50 x 0,06A = 3 ампера. Така че, с 2A адаптер, ние приемаме, че те никога няма да бъдат напълно включени. За 100 светодиода максимумът е 6А, така че трябва да се внимава още повече да се включат само някои в даден момент. Дори със 100 светодиода при 0,02А всеки, ние използваме 2 ампера. Така че се препоръчва по -голямо захранване с ток, въпреки че настроих дисплеите да не използват всички светодиоди или цветове наведнъж, затъмниха ги много и започнах с 2A захранвания с по -големи в резерв. Това е страхотна статия за намаляване на изискванията за мощност.

Резисторът от 330 ома, вграден в проводника за данни, трябва да предотврати трептенето от електронно звънене, тъй като данните са с доста висока честота. Това е по -скоро фактор с много светодиоди, но е добра практика да го добавите.

Запоявах резистора директно към D1 Mini, но оставих около 1/8 "от проводника над платката, за да мога да ги огъна плоско. Използвах около 1" от 3 мм термично свиване на резистора, за да го предпазя от късо съединение на дъска.

Използвах 20 мм прозрачно термосвиване, за да предпазя D1 Mini от докосване на метал и т.н. Имах нужда от това на всички мои.

Обърнете внимание, че изглежда не се нуждаех от превключвател на нивата от 3.3V изходите ESP8266 и светодиодите, работещи на 5V (тъй като спецификацията на светодиодния чип трябва да има линията за данни не по -малко от 70% от захранването). Имах нужда от диод/жертвен светодиод в предишни проекти (Стъпка 3) с ленти WS2812b, но директните чипове WS2811 в светодиодите изглеждат добре досега.

Можете да направите това без запояване! Терминален щит ESP8266 с различен процесор би работил също толкова добре. Форматният фактор D1 Mini е хубав и малък, но всички те работят приблизително еднакво.

Стъпка 3: Форми

LED нишките могат да бъдат в свободна форма, или можете да ги направите във форми - или DIY, или от онлайн магазин. Поръчах няколко фигури от HolidayCoro - някои малки LED дървета, чорап и бастун. Чорапът взе 50 светодиода добре - дължината на една нишка. Малкото дърво отнема 100 светодиода, но можете да направите само половината от него, ако искате - с лице към улицата. В крайна сметка бонбонната тръстика беше любимата на съседа, тъй като беше малко по -голяма. 99 светодиода и оставих последния на гърба с идеята, че може да се използва за отстраняване на грешки.

Тъй като фигурите бяха в бяло, решихме да нарисуваме червени ивици върху тях, така че да изглеждат по -добре през деня. Маскирах ги, направих бърз фин пясък, избършете с ацетон (пълна сила за отстраняване на лак за нокти) и използвах два слоя спрей боя, която работи върху пластмаса. Изглеждаше, че се прилепва добре. Правехме предимно от едната страна и няколко от другата страна за няколко къщи, които имаха 2 от тях.

Стъпка 4: Код и WiFi

D1 Mini използва модул Espressif ESP8266. Програмирах го с помощта на Arduino IDE, така че се чувствам като мощен Arduino с вграден WiFi. В интернет има много инструкции как да конфигурирате Arduino IDE за ESP8266 и D1 Mini, така че няма да ги повтарям тук.

Кодът се основава на предишен Instructable. Той използва библиотеката Painless Mesh, за да може всички процесори да говорят помежду си. Използвах библиотеката FastLED, тъй като преди това имах проблеми с библиотеката с мрежи и библиотеката Neopixel и този път не я тествах повторно.

Не съм сигурен какъв е максималният брой на възлите. Някои публикации показват, че той ще бъде ограничен от броя на съобщенията и типовете процесори и може би таванът е около 30-60 възли. Това приложение не изпраща много съобщения - само промяна на анимацията, въпреки че има някои автоматични такива като съобщения за смяна на мрежа и синхронизиране на времето.

Можете да свържете светодиодите към D1 Mini, докато кодирате, но може да искате външно захранване, ако имате повече от 50, тъй като евентуално ще надвишите захранването от USB порта на компютъра и регулатора на захранването на D1 Mini. Като се има предвид това, че кодът ми не включва напълно светодиодите, успях да програмирам 100 светодиода на USB връзката без проблеми.

Модулът ESP8266 има вграден WiFi. Тъй като кодът на мрежата (PainlessMesh), който използваме, създава точка за достъп за всеки модул, обхватът за широк обхват на квартала е важен. Използвах формички от бонбони и поставих процесора най -отгоре, за да постигна най -добрия обхват, а той беше около 50-100 фута - метър или два в моя квартал. По -високата и по -добра видимост (LOS) подобрява нещата. В някои случаи обхватът е пресичал улицата (зависи повече от колите, блокиращи LOS).

Имаше няколко къщи, които не бяха синхронизирани поради препятствия по WiFi, но светлините изглеждат добре дори когато не са синхронизирани. Направих възел "повторител" само с D1 Mini на стик, захранван от USB батерия. Когато се поставят между къщите, те са синхронизирани правилно. За по -отдалечен повторител евентуално бихте могли да използвате слънчева USB батерия, въпреки че те не се зареждат много бързо.

Все още виждах периодични проблеми със синхронизацията, след което открих тази бележка за твърде много възли или за тяхното разпределение:

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

Използвайки тази настройка, тя започна да работи много по -добре! Това определя един конкретен възел като основен, така че кодът ми за договаряне на контролиращия възел е ненужен, което може да раздели мрежата. Прикачих актуализиран/алтернативен пример на код. Този подход изисква основният възел да е включен, за да бъдат синхронизирани, така че мрежата не е толкова устойчива на грешки, но работи по -добре, когато е разпределена по моя начин. Не забравяйте да редактирате кода за тази версия - само един възел трябва да бъде зададен на root - вижте коментарите в кода.

Добавих и още една актуализация към варианта SetRoot: Добавих код за нулиране на ESP8266, ако няма команди за 10 минути. Това дава възможност на възела да открие отново коренния възел. Това изглежда помогна за някои от по -отдалечените възли.

В края на сезона успях да тествам някои модули D1 Mini Pro. Те имат керамична антена на дъската и можете също да използвате U. FL конектор и външна антена, ако преместите резистор с нулев ом. Опитах двойка, която имаше проблеми със синхронизирането с D1 Mini Pros с керамичните антени, и те работеха по -добре. Направих някои последващи тестове с един възел в къщата ми. Въз основа на резултатите следващата година ще преминем към модулите D1 Mini Pro с керамичните антени.

С дистанционно D1 Mini: Само D1 Mini Pro с външна антена го видя и силата на сигнала беше ниска

С дистанционно D1 Mini Pro с керамична антена: D1 Mini, D1 Mini Pro с керамична антена и D1 Mini Pro с външна антена го виждаха с приблизително еднаква сила на сигнала, така че това беше подобрение. Ориентацията на дъските (антените) има значение до известна степен

С дистанционно D1 Mini Pro с външна антена: Всички останали платки го видяха, но силата на сигнала не беше много по -добра от тестовете с вградената керамична антена, така че няма да се притеснявам да премествам тези резистори с нулев ом и да поставям антени на захарни пръчки

Стъпка 5: Окончателно сглобяване

След като подготвите и програмирате контролера, всичко, което трябва да направите, е да свържете светодиодите към контролера с JST проводниците и 5v захранване на жака 2.1 мм.

Разширението JST трябва да бъде полезно да държите контролера и захранващия адаптер винаги от светодиодите. Или, за да вдигна процесора по-нагоре, сложих върху тях малка пластмасова торбичка, закрепена с вратовръзка, и използвах 2,1 мм удължителен кабел към захранването.

Водоустойчивата кутия ще помогне за защита на адаптера и процесора, но повечето от моите съседи използваха прости пластмасови торбички.

Втора награда в Speed Challenge на Holiday Decorations