Smart Crystal Light String: 9 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

À medida que o Natal se aproxima e estou em plena pesquisa sobre automação residencial e objetos inteligentes, decidi este ano tentar fazer um cordão de luz RGB inteligente e bonito.

Eu fiz muitas pesquisas sobre soluções DIY na web, por um lado, alguns projetos consistem em adicionar um relé Wifi ou plugue inteligente para controlar a potência da corda de luz, por outro lado, alguns projetos usam faixas de led endereçáveis com um controlador de wi-fi para controlar totalmente os leds. Gostei da maneira como o controlador é usado para controlar a tira de LED endereçável, mas para mim uma tira de LED não parece boa o suficiente para uma ótima luz de Natal.

Eu estava um pouco sem tempo para encomendar algum componente eletrônico, então escolhi criar meu próprio cordão de luz inteligente com difusor de lâmpada personalizável e trocável e com o máximo de recursos que eu poderia obter usando apenas o componente que tinha em meu escritório.

No geral, a corda de luz inteligente saiu muito bem, o difusor usado está ótimo e os recursos fornecidos pelo firmware Wled são fantásticos. Você pode personalizar totalmente suas luzes de acordo com suas necessidades. Mas este projeto está longe de ser perfeito, ainda o considero uma versão beta e algumas melhorias precisam ser feitas. Explicarei mais detalhadamente o que faria para torná-lo melhor na próxima vez que o construísse.

Etapa 1: Peças e ferramentas necessárias

Só usei peças que tinha em meu escritório para este projeto, pois não está totalmente otimizado, vou lhe dar as peças que usei e também algumas peças que você poderia usar para otimizar a faixa de luz.

Partes:

Wemos D1mini (ESP8266)

Relé 5v 10A

• WS2812b strip 144LED / m
• Fonte de alimentação 5V
• Capacitor 1000uF
• Resistor de 470 ohms
• Conector de alimentação de 2 pinos
• Conector de dados de 3 pinos
• Botão
• Protoboard
• Solda
• Fios 22 AWG (encalhado e flexível é melhor)
• PETG claro
• PETG não transparente (usei o branco)

Ferramentas:

• impressora 3d
• Ferro de solda
• Alicate de corte
• Pinças
• Multímetro
• Cabo micro usb

Opcional:

• WS2812b com PCB
• Escudo Wled Wemos (ótima placa faça você mesmo)
• Cabo elétrico de 3 fios
• Cola quente

Etapa 2: impressões 3D

Para criar as lâmpadas, modifiquei um modelo 3D que encontrei no thingiverse (aqui está a fonte). O modelo original foi projetado para ser bugigangas de Natal. Eu o modifiquei usando o Fusion 360 para adicionar uma rosca de parafuso na parte inferior da peça. Usei principalmente a função "Thread" do Fusion360 e reduzi o tamanho de ambas as linhas em 0,15 mm em cada parte para ter certeza de que havia folga suficiente para a peça encaixar uma na outra.

Para fazer o cordão de luz e segurar os LEDs, projetei um soquete com orifício para o fio de alimentação e dados, um pequeno recesso para o LED da tira ws2812b e uma rosca para poder aparafusar a lâmpada no soquete do LED. Os orifícios para a fiação através do soquete são um pouco frouxos para permitir que você coloque 4 fios caso precise de injeção de energia devido ao comprimento da sua tira. Neste caso você pode ter 3 fios para 5V, Dados e Terra e o 4º para trazer mais 5V para conectar no final da sua tira.

As peças são confeccionadas de forma que o fio prenda os fios conectados à luz quando as duas peças forem apertadas uma à outra, evitando arrancar os fios ao manipular o fio de luz.

Para imprimir as peças que usei:

PETG transparente para o difusor com altura de camada de 0,12 mm, enchimento de 0% e 2 paredes para manter alguma resistência

PETG branco para o soquete de LED com altura de camada de 0,12 mm, 100% de enchimento para limitar a luz que entra pela parte inferior do soquete

Consegui imprimir todos os soquetes de LED em uma impressão, pois a qualidade de impressão não é muito importante nesta impressão.

Para a lâmpada, eu recomendaria imprimir um por um. Eles são muito finos e imprimi-los todos de uma vez pode causar mau acabamento na lâmpada e até mesmo alguns problemas de resistência na parte roscada.

Aqui estão as peças impressas em 3D usadas para este projeto:

www.thingiverse.com/thing:4672612

Etapa 3: Preparação de LEDs

No meu caso, usei LEDS WS2812b de 5 V, mas observe que qualquer LED endereçável funcionaria para este projeto.

Para esta parte, se possível, seria muito melhor usar PCB redondo ws2812b autônomo pré-montado. Isso tornaria sua faixa de luz muito mais confiável e tornaria a montagem do LED no soquete de LED mais fácil.

Se você usar uma faixa de luz ws2812b como eu, você terá que cortar o LED um a um da faixa, certificando-se de manter o suficiente das almofadas de solda na faixa para soldar seus fios nas próximas etapas.

Se você não conseguir manter superfícies de solda suficientes em cada LED, você pode manter apenas um ou dois LEDs, sacrificando um LED e cortando o comprimento total de suas placas de solda entre dois LEDs.

Em seguida, você terá que preparar todos os fios. Escolha o comprimento que você quer entre duas lâmpadas (eu escolhi ter cerca de 30cm) e um número de LEDs que você quer na sua corda (eu usei 20LEDs) e corte todo o seu fio no comprimento que você escolher. Você precisará de 3 fios por LED. (No meu caso precisei de 3x20LEDs então 60 fios de 30cm cada). Seu adaptador de energia dependerá do número de LEDs que você está usando em sua faixa. Com brilho total, o 5V WS2812b requer 60mA, você precisa multiplicar esse número pelo número de LED para ter os requisitos de energia necessários em seu adaptador de energia. No meu caso, a potência máxima necessária é 20LEDs x 60mA = 1200mA. Usei uma fonte de alimentação de 5V / 3A, mas poderia ter usado uma fonte de alimentação menos potente.

Se você não planeja usar sua faixa de luz em um padrão branco sólido com brilho total, sua faixa de luz nunca precisará de energia total. Como luz de Natal, você pode considerar que só precisa de 1A para 40LEDs.

Depois de cortados, você pode descascar cada lado de todos os fios e estanhá-los. (Este é um passo bastante longo …)

Se você quiser, pode enrolar os fios 3 por 3 para torná-los mais bonitos entre os LEDs e diminuir a probabilidade de prenderem na árvore de Natal.

Agora você pode estanhar todas as placas de solda em seus LEDs.

Quando tudo estiver em lata, coloque o LED na tomada de LED, com o LED voltado para cima.

Etapa 4: Fiação

Agora vem a parte mais complicada do projeto. Você terá que encadear todos os LEDs usando os fios que você preparou antes.

Para isso, insira um cabo de 3 fios através de um dos orifícios do seu LED encaixado e, com o seu ferro de solda, solde os cabos nas almofadas de solda do LED. (tente usar uma ponta muito fina em seu ferro de solda) Você deve ser rápido ao soldar para não aquecer e deformar o soquete de LED.

Para soldar seus LEDs em cadeia, tenha o cuidado de realmente respeitar a orientação de seus LEDs !!

Você pode usar a seta em cada LED para ter certeza de respeitar a direção da fiação. Se você não cuidar disso, vai fritar os LEDs conectados ao contrário.

Para quem optar por enrolar os fios, terá que usar um multímetro para localizar cada ponta dos fios que terá que conectar ao próximo LED. (É sempre melhor verificar antes do que reparar após o teste)

Certifique-se de que tudo está bem soldado com seu multímetro durante o processo para verificar sua solda para evitar soldagem a frio ou fraca. Um LED mal soldado resultará em todos os LEDs depois deste não funcionando ou funcionando mal. Se você tiver um problema de LED não acender, verifique a solda primeiro (conto por experiência própria;))

Etapa 5: Programação

Selecionei um mini Wemos D1 para o controlador porque já trabalhei com aquela placa. Eles são muito baratos, confiáveis, fáceis de programar e incluem uma antena Wifi.

Encontrei o projeto WLED no github, é um firmware feito para controlar LED por wi-fi, exatamente o que eu precisava para o meu projeto!

WLED é um firmware realmente excelente desenvolvido pela Aircoookie, compatível com as placas Esp8266 e ESP32 e com muitos recursos. Por exemplo:

• Mais de 100 efeitos especiais de relâmpagos
• Segmentos de LED para definir diferentes efeitos e cores para diferentes partes de uma faixa de LED
• IU de controle da Web para controlar seus LEDs com seu computador
• Aplicativo de smartphone para controlar seus LEDs com seu telefone
• Controle remoto infravermelho
• Compatibilidade com automação residencial
• Compatibilidade do assistente Alexa Voice
• Adicionando relé para controlar a potência da luz
• Adicionando um botão externo para controlar seu LED sem Wifi
• Sincronize vários dispositivos WLED em sua rede local

E muito mais …

Descubra todas as possibilidades no Github do projeto:

Flashing Wled para um esp8266 não é tão difícil. Não há nada específico necessário. Você só precisa seguir estas etapas:

Vá para a página do Wled Github para baixar o último firmware (https://github.com/Aircoookie/WLED/releases)

Para Wemos D1 Mini baixe o arquivo que termina com ESP8266.bin

Vá para a página do Python para baixar e instalar o Pytno (https://www.python.org/downloads/)

Instale a versão mais recente do Python para o seu sistema operacional

Abra um Terminal e use os seguintes comandos:

pip instalar esptool

Para verificar se a ferramenta está instalada corretamente, use o próximo comando:

esptool.py

Se você tiver problemas com o Esptool.py, pode tentar fazer o download do esphome-pisca-pisca. Este instalador faz exatamente o mesmo, mas usa uma interface gráfica.

Agora você pode conectar sua miniplaca Wemos D1 ao computador com o cabo micro USB.

Uma vez conectado, use o seguinte comando para piscar Wled na placa:

esptool.py write_flash 0x0./WLED_X. X. X_ESP8266.bin

Você só precisa substituir./WLED_X. X. X_ESP8266.bin pelo caminho do arquivo.bin que você baixou anteriormente.

O quadro Wemos agora deve ser atualizado com sucesso com WLED?

Etapa 6: conectando a placa ao WiFi

Agora que sua placa está piscando, ao ligá-la, você verá uma nova rede Wi-Fi chamada WLED-AP. Tente se conectar a esta rede Wifi e use esta senha:

wled1234

Você será redirecionado para uma página da web, basta seguir os passos para conectar a placa ao WiFi de sua casa

Depois de configurar sua placa para o WiFi doméstico, mude para sua rede WiFi normal e abra um novo navegador para se conectar ao nome mDNS que você configurou antes

Você deve acabar conectado à seguinte página da web:

Etapa 7: PCB de controle

Esta parte não é um requisito para o funcionamento do sistema. Você só pode conectar a unidade de alimentação à sua régua e ao Wemos D1 mini e, em seguida, usar um fio para conectar a entrada de dados da faixa de LED ao pino D4 no Wemos D1 mini.

Eu queria experimentar o relé e o recurso de botão físico, então peguei um protoboard para fazer um protótipo do sistema para ter uma solução de prova de trabalho.

Eu usei principalmente um esquema de fiação que encontrei no WLED Wiki e modifiquei ligeiramente para adicionar o relé e o botão usando o uso do GPIO fornecido na mesma página do WLED Wiki.

Para adicionar o relé ao seu projeto, você precisa energizar o seu relé com sua linha de alimentação de 5 V e aterramento, e conectar o GPIO12 (pino D6 no Wemos D1 mini) ao pino de comando do seu relé. No outro lado do relé, conecte seu relé no meio de sua linha de alimentação de 5 V conectando a entrada de 5 V no pino de entrada e a saída de 5 V no pino NO (normalmente aberto) do relé. Por padrão, o WLED Firmware liga o pino GPIO12 ao ligar os LEDs, conectando a linha 5V no pino NO você irá ligar o relé ao ligar os LEDs e desligar o relé ao desligar os LEDs (isso é o que que queremos alcançar).

Você também pode adicionar um botão ao seu circuito quando não usar um relógio para controlar seus LEDs. Para fazer a fiação do botão, conecte-o entre o GPIO 0 (D3 no Wemos D1 mini) e o terra. O botão pode ser configurado na interface do aplicativo WLED para realizar ações especiais a partir de um toque, toque duplo e segure (Próximo efeito, Ciclo predefinido, ON / OFF, por exemplo).

O capacitor conectado na linha de alimentação de faixa de luz é usado para suavizar a linha de alimentação e absorver picos de energia em potencial. conecte-o após o relé e o mais próximo possível do início de sua faixa de LED para um melhor aproveitamento.

O resistor na entrada de linha de dados da faixa está lá para proteger sua faixa de LEDs para queimar a partir desta entrada. Potencialmente, se a linha de dados estiver conectada, mas o barramento de alimentação positivo estiver desconectado, há o risco de tentar alimentar o LED através do pino de dados e queimar.

Se você tiver um cabo de fio longo do controlador até o primeiro LED, poderá usar um Level Shifter para ter uma entrada de dados confiável em sua string de LED. Existem componentes feitos para fazer este trabalho, mas você pode usar uma alternativa barata usando um LED de sua faixa como um deslocador de nível. Para atingir esse objetivo, conecte um dos LEDs diretamente em seu protoboard próximo à saída de seu controlador. Em seguida, você pode conectar seu conector de faixa de LED após este LED. Ao passar pelo primeiro LED, a linha de dados será afetada da mesma forma que usando um deslocador de nível. (Para evitar que este LED acenda com sua faixa de LED, há uma opção nas preferências de LED WLED para verificar e ignorar o primeiro LED).

Depois que tudo estiver conectado, leve algum tempo para verificar todas as conexões e solda.

Se tudo estiver bem, agora você pode conectar sua fonte de alimentação e sua faixa de LED à placa de circuito.

Etapa 8: Habilite o LED para funcionar com WLED

Para permitir que sua faixa de luz funcione bem no Wled, você terá que ir nas configurações da interface da web, em seguida, em Preferências de LED e inserir a contagem de LED que você tem em sua cadeia de LED.

Você também pode limitar a corrente máxima que deseja que seu fio de luz extraia para que sua fonte de alimentação seja muito segura.

Salve suas configurações e volte para a página principal para testar sua faixa de luz.

Agora você pode escolher diferentes cores e efeitos para iluminar sua árvore de natal!

Encontre uma wiki completa listando todas as predefinições e possibilidades de efeitos na página Wiki do projeto WLED:

Etapa 9: Resultados

Acho que a Light Strip saiu muito bem para uma versão alfa, a lâmpada de cristal funciona muito bem como um difusor com PETG transparente e o controle oferecido pelo software WLED é incrível. Com certeza esta não é a última vez que usarei o WLED para adicionar luz inteligente em minha casa.

Da próxima vez vou tentar uma fita leve, vou usar um componente mais confiável como o pcb WS2812b e acho que vou tentar o Wled Wemos Shield que oferece um PCB mais bonito com mais alguns recursos (um fusível para ainda mais segurança, por exemplo). Também tentarei fazer algo à prova d'água para a próxima versão para oferecer a possibilidade de adicionar a tira ao ar livre.

Obrigado por ler este instrutível espero que tenha sido útil para você, irei atualizar este artigo quando a segunda versão estiver pronta, fique ligado se você estiver interessado:)