IoT лунна лампа: 5 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 14:36

В тази инструкция ще покажа как да конвертирате обикновена LED батерия, захранвана с батерии, в IoT устройство.

Този проект включва:

• запояване;
• програмиране ESP8266 с Arduino IDE;
• създаване на андроид приложение с MIT App Inventor.

Обект на интерес е тази лампа с форма на луна, която купих от gearbest. Но наистина този урок може да бъде адаптиран към всяко устройство с ниско DC напрежение (устройства с променливотоково захранване изискват допълнителна схема).

Консумативи

1. Смартфон с Android (тествани версии на Android 7-9).
2. Инструменти за запояване.
3. Прототипиране на печатна платка (протоплата).
4. ESP-12E платка (или друг дебборд с микроконтролер ESP8266).
5. USB-сериен конвертор за програмиране.
6. Няколко различни стойности на пасивни компоненти (резистори и кондензатори).

(По избор. Вижте раздела „Блокова диаграма“)

1. 3.3V@500mA LDO IC.
2. Платка за преобразуване на логическо ниво 3.3V-5V.
3. 5V DC захранване.

Стъпка 1: Идея

Лунната лампа се захранва от една клетка Li-ION 18650 и има 3 режима на работа:

• изключен;
• ръчно;
• Автоматичен.

В ръчен режим лампата се управлява с бутон, всяко натискане променя състоянието на LED светлината (синьо включено, оранжево включено, включено и изключено), интензитетът на светлината се променя, докато държите натиснат бутона. В автоматичен режим състоянието на LED светлината се променя чрез натискане или разклащане на самата лампа.

Реших да добавя ESP8266, за да действа като уеб сървър, който слуша заявки и съответно симулира натискането на бутони. Не исках да наруша оригиналната функционалност на лампата, просто исках да добавя допълнителни функции за управление през WiFi, затова избрах ESP да симулира натискането на бутони вместо директно управление на светодиодите. Също така това ми позволи минимално да взаимодействам с оригиналната схема.

Когато прототипът беше направен, той караше ~ 80mA постоянно от батерията в изключено състояние (~ 400mA при пълна яркост). Токът в режим на готовност е висок, защото ESP8266 работи като сървър и винаги е свързан с WiFi и слуша заявки. Батерията се изтощи след един ден и половина само в изключено състояние, така че по -късно реших да използвам USB порта за зареждане на лампи за захранване на цялата електроника от външно 5V захранване и изхвърлена батерия заедно (но това е по избор).

Стъпка 2: Блокова диаграма

В блоковата диаграма можете да видите какви схеми ще бъдат добавени и как съществуващите ще бъдат променени. В моя случай извадих батерията напълно и накъсох IC зарядни устройства с изход (отново това е по избор). Прозрачните блокове в диаграмата показват компоненти, които са заобиколени (въпреки че бутонът все още работи според първоначалното предназначение).

Според документацията ESP8266 понася само 3.3V, но има много примери, когато ESP8266 работи напълно добре с 5V, така че преобразувателят на логическо ниво и 3.3V LDO могат да бъдат изоставени, но аз останах с най -добрите практики и добавих тези компоненти.

Използвах 3 I/O пина ESP8266 и щифт ADC. Един изходен извод за цифров изход е за симулиране на натискане на бутони, два цифрови входа са за откриване на цветните светодиоди (от това можем да разберем в какво състояние е MCU и кое е следващото след натискане на бутона). ADC измерването измерва входното напрежение (чрез делител на напрежение), така можем да следим нивото на оставащия заряд на батерията.

Като външно захранване използвам старо зарядно устройство за телефон 5V@1A (не използвайте бързи зарядни устройства).

Стъпка 3: Програмиране

Накратко програмата работи по следния начин (за повече информация вижте самия код):

ESP8266 се свързва с вашата WiFi точка за достъп, кои идентификационни данни трябва да въведете в началото на кода преди програмиране, той получава IP адрес от DHCP сървъра на вашите рутери, за да разберете IP, който ще ви е необходим по -късно, можете да проверите настройките на DHCP интерфейса на рутера или да зададете отстраняване на грешки в код на 1 и ще видите какво IP ESP е получил в сериен монитор (трябва да запазите този IP в настройките на вашите рутери, за да ESP винаги ще получава същия IP при зареждане).

Когато инициализираният MCU винаги изпълнява една и съща рутина завинаги:

1. Проверете дали все още е свързан с точка за достъп, ако не опитайте да се свържете отново до успех.

2. Изчакайте клиентът да направи HTTP заявка. Когато заявката се случи:

   1. Проверете входното напрежение.
   2. Проверете в какво състояние са светодиодите.
   3. Съпоставете HTTP заявката с известни състояния на светодиодите (синьо включено, оранжево включено, и двете включени, изключени).
   4. Симулирайте толкова много натискания на бутони, колкото е необходимо, за да постигнете желаното състояние.

Ще опиша накратко инструкциите за програмиране, ако за първи път програмирате ESP8266 MCU, потърсете по -задълбочени инструкции.

Ще ви трябват Arduino IDE и USB-сериен интерфейсен конвертор (например FT232RL). За да подготвите IDE, следвайте тези инструкции.

Следвайте електрическата схема, за да свържете ESP-12E модул за програмиране. Някои съвети:

• използвайте външно захранване 3.3V@500mA (в повечето случаи USB-серийното захранване не е достатъчно);
• проверете дали вашият USB-сериен преобразувател е съвместим с 3.3V логическо ниво;
• проверете дали драйверите за USB-сериен конвертор са инсталирани успешно (от Windows Device Manager) също така можете да проверите дали работи правилно от IDE, само кратки RX и TX пинове, отколкото от IDE изберете COM порт, отворете сериен монитор и напишете нещо, ако всичко работи трябва да видите текст, който изпращате, да се появи в конзолата;
• по някаква причина успях да програмирам ESP само когато за първи път свързах USB-сериен конвертор към компютър и след това захранвах ESP от външен източник на 3.3V;
• след успешно програмиране не забравяйте да изтеглите GPIO0 високо при следващото зареждане.

Стъпка 4: Схеми и запояване

Следвайте схемата за запояване на всички компоненти към протоборда. Както бе споменато по -горе, някои компоненти не са задължителни. Използвах KA78M33 3.3V LDO IC и тази платка за преобразуване на логическо ниво от sparkfun, алтернативно, можете сами да направите конвертор, както е показано на схемата (можете да използвате всеки N-канал MOSFET вместо BSS138). В случай, че продължите да използвате Li-ION батерия, +5V захранващата мрежа ще бъде положителен терминал на батерията. ESP8266 Референтното напрежение на ADC е 1V, избраните от мен стойности на резисторния разделител позволяват да се измерва входното напрежение до 5.7V.

Трябва да има 5 връзки към оригиналната платка на лампата: +5V (или +батерия), GND, бутон, PWM сигнали от MCU на лампи за управление на сини и оранжеви светодиоди. Ако захранвате лампа от 5V източник, както направих аз, ще искате да скъсите зарядните батерии на IC VCC с щифт OUTPUT, по този начин цялата електроника ще се захранва директно от +5V, а не от зарядното устройство OUTPUT.

Следвайте второто изображение за всички точки на спойка, които ще трябва да направите на лампа PCB.

ЗАБЕЛЕЖКИ:

1. Ако сте решили да скъсите +5V с IC изход за зарядно устройство, извадете батерията напълно, преди да направите това, не искате да свързвате +5V директно към батерия.
2. Обърнете внимание на кой щифт за натискане на бутона запоявате ESP изхода, защото 2 извода на бутон са свързани към земята и не искате да късо съединение, когато изходът на ESP е ВИСОК, по -добре проверете двойно с мултицет.

Стъпка 5: Приложение за Android

Приложението за Android е направено с изобретател на приложения на MIT, за да изтеглите приложение и/или да клонирате проект за себе си, отидете на тази връзка (ще ви е необходим акаунт в Google за достъп до него).

При първото стартиране ще трябва да отворите настройките и да въведете вашия IP адрес ESP8266. Този IP ще бъде запазен, така че няма нужда да го въвеждате отново след рестартиране на програмата.

Приложението е тествано с няколко устройства с Android 9 и Android 7.