Синхронизированные светодиоды для всего района: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:47

У меня было несколько беспроводных светодиодных панелей, которые, как я думал, можно поставить на праздники. Но в моем дворе они тоже могли быть подключены. Итак, в чем проблема? Светодиодные декорации во всех домах моего квартала с синхронизированным дисплеем! В этот сумасшедший год это способ соединить нас вместе.

Это светодиодные нити с питанием от ESP8266, которые подключены к сетке WiFi, поэтому все они показывают один и тот же шаг в последовательности анимации одновременно. Поскольку они используют код сетки для соединения, они могут находиться на расстоянии нескольких домов друг от друга, и сообщения передаются от узла к узлу.

Они работают от 5 вольт, и я использовал адаптеры питания, но некоторое время они могут работать и от USB-аккумуляторов. Таким образом, они портативны, имеют собственную сеть Wi-Fi, не подключенную к Интернету, и могут работать вне сети.

Все наши соседи были рады получить это общее украшение, и действительно приятно, что вы видите, что все они демонстрируют один и тот же дисплей, когда вы идете по улице. У меня есть несколько фотографий перед моим домом для тестирования, но их было действительно сложно сфотографировать на улице.

Шаг 1: Детали

ESP8266 D1 Mini - я использовал модули D1 Mini, так как все, что мне нужно, это один вывод ввода / вывода для светодиодов. Этот проект может быть выполнен без пайки с использованием клеммной коробки, подобной этой, и другого модуля ESP8266. Есть версия D1 Mini с лучшей антенной - D1 Mini Pro. Он имеет керамическую антенну и разъем U. FL для внешней антенны, но вам нужно переместить резистор 0 Ом для поверхностного монтажа для внешней антенны. Более подробное обсуждение на более позднем этапе.

Светодиодные нити WS2811 - я использовал нити WS2811, поскольку они водонепроницаемы (за исключением разъемов JST) и с ними легко работать. Полосы WS2812b "Neopixel" будут использовать точно такой же код и т. Д. Я использовал 5-вольтовые полосы, но вы можете получить их и на 12-вольтовые (используйте меньший ток) - тогда вам понадобится преобразователь напряжения для ESP8266. Вы также можете приобрести светодиодные нити WS2811 с водонепроницаемыми разъемами, если хотите. Светодиодные жилы, которые я использовал, имеют разъемы JST SM на обоих концах - гнездовая часть является входом, хотя я видел, как они подключены другим способом (вилка в качестве входа). Направление также отмечается на самих светодиодах. Есть также провода подачи питания - я отрезал концы, чтобы луженые детали не могли закоротить. Вы также можете купить их упаковками по 10 штук.

Резистор 330 Ом 1/4 Вт - используется на выводе данных на ESP8266 для предотвращения мерцания светодиодов.

3-контактный штекерный разъем JST SM - предназначены для подключения к светодиодным лентам. Обратите внимание, что «папа» закрывается крышкой.

Гнездовой разъем видеонаблюдения 2,1 мм - используется для разъема питания. Вы можете использовать для этого другую систему соединителей, если хотите.

Источник питания 5 В - мощность усилителя зависит от того, сколько светодиодов у вас будет. Один 2А, вероятно, подходит для 50 или 100 светодиодов, которые никогда полностью не горят (см. Этап подключения для получения дополнительной информации).

Удлинительный провод с 3 контактами JST SM или удлинительный провод 2,1 мм - поскольку разъем JST на D1 Mini находится рядом со светодиодами, вам обычно требуется удлинитель, позволяющий размещать светодиоды дальше от ЦП. В моем случае я закончил тем, что поставил ЦП выше в украшении, чтобы увеличить диапазон Wi-Fi, поэтому я держал ЦП рядом со светодиодами и вместо этого использовал удлинительный провод 2,1 мм.

Кабель USB на 2,1 мм - необязательный - позволяет запитать шнур от любого USB-источника или аккумулятора.

Термоусадочная трубка 3 мм - вам понадобится всего около 1 дюйма, чтобы покрыть резистор на D1 Mini.

20-миллиметровая прозрачная термоусадочная трубка - частично не обязательна для защиты разъемов D1 Mini. Обязательно закрепите переключатель сброса после применения, если трубка сжимает переключатель.

Водонепроницаемый бокс - для защиты блока питания и процессора снаружи. Большинство моих соседей просто использовали полиэтиленовые пакеты.

Кабелепровод 1/2 "EMT - кусок 29" подходит к форме леденца - я использовал 4 стяжки, чтобы закрепить его. Я попробовал 1/2 "ПВХ, и он подходит, но касается светодиодов с обеих сторон.

Арматурный стержень 3/8 дюйма x 3 фута - как только EMT прикреплен к форме, вы можете забить его в землю и надеть на него трубу EMT. 1/2 дюйма арматуры подойдет, но вам нужно будет отрезать любую гнутые части, и он близко - если он сплющится или что-то еще, когда его забивают, он будет очень тугим. Таким образом, 3/8 дюйма с большей вероятностью легко очистят внутренний диаметр трубы EMT.

Форма конфетного тростника - посмотрите на ступеньки на них, вы можете сделать форму своими руками, накинуть их на куст или использовать такую форму.

Шаг 2: Сборка контроллера

Контроллер состоит из D1 Mini (ESP8266), 2,1-миллиметрового гнездового разъема питания CCTV, резистора 330 Ом и 3-контактного штекерного разъема JST.

Предполагается, что в этом проекте вы будете использовать 50-100 светодиодов. Если вы хотите использовать больше, вам нужно будет использовать инжекцию мощности для питания всех светодиодов. См. Это другое руководство для более подробного обсуждения этого.

Если все 50 светодиодов горят полностью белым, они будут потреблять 50 x 0,06 А = 3 ампера. Итак, с адаптером на 2А мы предполагаем, что они никогда не будут полностью включены. Для 100 светодиодов максимальный ток составляет 6А, поэтому следует проявлять еще большую осторожность, чтобы одновременно горели только некоторые из них. Даже со 100 светодиодами на 0,02 А каждый, мы используем 2 А. Таким образом, рекомендуется использовать более мощный источник питания, хотя я настроил дисплеи так, чтобы не использовать все светодиоды или цвета сразу, сильно приглушил их и начал с источников питания на 2 А с более крупными в резерве. Это отличная статья о снижении требований к мощности.

Резистор на 330 Ом, встроенный в провод передачи данных, предназначен для предотвращения мерцания от электронного звонка, поскольку данные имеют довольно высокую частоту. Это скорее фактор, связанный с большим количеством светодиодов, но это хорошая практика.

Я припаял резистор к D1 Mini напрямую, но оставил около 1/8 дюйма провода над платой, чтобы я мог согнуть их. доска.

Я использовал 20-миллиметровую прозрачную термоусадочную пленку, чтобы защитить D1 Mini от прикосновения к металлу и т. Д. Не забудьте проверить переключатель сброса на боковой стороне - вам может потребоваться немного обрезать термоусадочную пленку, чтобы убедиться, что она не нажимает на переключатель. Мне это было нужно на всем моем.

Обратите внимание, что мне, похоже, не понадобился переключатель уровня на выходах ESP8266 3,3 В и светодиоды, работающие при 5 В (поскольку спецификация светодиодного чипа должна иметь линию передачи данных не менее 70% от источника питания). В предыдущих проектах (шаг 3) с полосами WS2812b мне действительно нужен был диод / сменный светодиод, но прямые микросхемы WS2811 в светодиодах пока кажутся нормальными.

Вы могли бы сделать это без пайки! Экран терминала ESP8266 с другим процессором также подойдет. Форм-фактор D1 Mini красивый и маленький, но все они работают примерно одинаково.

Шаг 3: формы

Светодиодные нити могут быть произвольной формы, или вы можете придать им форму - сделайте это своими руками или в интернет-магазине. Я заказал несколько фигур в HolidayCoro - несколько небольших светодиодных елок, чулок и леденец. В чулке хорошо поместилось 50 светодиодов - длина одной нити. Маленькое дерево требует 100 светодиодов, но вы можете просто сделать половину, если хотите - лицом на улицу. В конце концов, леденцы были фаворитом соседей, так как были немного больше. 99 светодиодов, и я оставил последний на задней панели с мыслью, что его можно использовать для отладки.

Поскольку фигуры были белого цвета, мы решили нарисовать на них красные полосы, чтобы они выглядели лучше в дневное время. Я замаскировал их, быстро обработал мелким песком, протер ацетоном (жидкость для снятия лака) и использовал два слоя аэрозольной краски, которая действует на пластик. Казалось, держится хорошо. Мы сделали в основном с одной стороны и несколько с другой стороны для пары домов, в которых их было 2.

Шаг 4. Код и Wi-Fi

В D1 Mini используется модуль Espressif ESP8266. Я запрограммировал его с помощью Arduino IDE, поэтому он выглядит как мощный Arduino со встроенным Wi-Fi. В Интернете есть многочисленные инструкции по настройке Arduino IDE для ESP8266 и D1 Mini, поэтому я не буду их здесь повторять.

Код основан на предыдущем руководстве. Он использует библиотеку P безболезненной Mesh, чтобы все процессоры взаимодействовали друг с другом. Я использовал библиотеку FastLED, так как раньше у меня были проблемы с библиотекой мешей и библиотекой Neopixel, и на этот раз я не проверял это повторно.

Я не уверен, что максимальное количество узлов. В некоторых сообщениях указано, что он будет ограничен количеством сообщений и типами ЦП, и, возможно, ограничение составляет около 30-60 узлов. Это приложение не отправляет много сообщений - только изменение анимации, хотя есть некоторые автоматические сообщения, такие как смена сетки и сообщения синхронизации времени.

Вы можете подключить светодиоды к D1 Mini во время кодирования, но вам может потребоваться внешний источник питания, если у вас их более 50, поскольку вы, возможно, превысите питание от USB-порта вашего компьютера и регулятора мощности на D1 Mini. При этом, когда мой код не включал светодиоды на полную, я смог без проблем запрограммировать 100 светодиодов на USB-соединении.

Модуль ESP8266 имеет встроенный Wi-Fi. Поскольку используемый нами код сетки (P безболезненная сетка) создает точку доступа для каждого модуля, важен диапазон для широкого охвата соседства. Я использовал формы леденцов и поместил процессор наверху, чтобы получить лучший диапазон, и он был примерно 50-100 футов - ярд или два в моем районе. Более высокая и лучшая линия обзора (LOS) улучшает ситуацию. В некоторых случаях диапазон действительно пересекал улицу (больше зависело от автомобилей, блокирующих LOS).

Было несколько домов, которые не синхронизировались из-за препятствий Wi-Fi, но свет выглядит красиво, даже если не синхронизирован. Я сделал узел "повторитель" только с D1 Mini на флешке, питаемой от USB-батареи. При размещении между домами они правильно синхронизировались. Для более удаленного ретранслятора вы могли бы использовать солнечную батарею USB, хотя они заряжаются не очень быстро.

Я все еще наблюдал периодические проблемы с синхронизацией, а затем нашел эту заметку о слишком большом количестве узлов или о том, что они разнесены:

gitlab.com/pxygenMesh/pxygenMesh/-/wik…

Используя эту настройку, он стал работать намного лучше! Это определяет один конкретный узел в качестве основного, поэтому мой код для согласования управляющего узла не нужен, что может разбить сетку. Я приложил обновленный / альтернативный образец кода. Этот подход требует, чтобы основной узел был включен для их синхронизации, поэтому сетка не является такой отказоустойчивой, но работает лучше, когда она распределена так, как моя. Обязательно отредактируйте код для этой версии - только один узел должен быть установлен в корень - см. Комментарии в коде.

Я также добавил еще одно обновление для варианта SetRoot: я добавил код для сброса ESP8266, если в течение 10 минут не было никаких команд. Это дает узлу возможность повторно обнаружить корневой узел. Похоже, это помогло с некоторыми из более удаленных узлов.

В конце сезона мне удалось протестировать несколько модулей D1 Mini Pro. У них есть керамическая антенна на плате, и вы также можете использовать разъем U. FL и внешнюю антенну, если вы переместите резистор с нулевым сопротивлением. Я попробовал пару, у которой были проблемы с синхронизацией с D1 Mini Pro с керамическими антеннами, и они работали лучше. Я провел несколько последующих тестов с одним узлом в моем доме. По результатам в следующем году мы перейдем на модули D1 Mini Pro с керамическими антеннами.

С пультом D1 Mini: его видел только D1 Mini Pro с внешней антенной, и уровень сигнала был низким

С удаленным D1 Mini Pro с керамической антенной: D1 Mini, D1 Mini Pro с керамической антенной и D1 Mini Pro с внешней антенной - все видели его с примерно одинаковой силой сигнала, так что это было улучшение. Ориентация плат (антенн) имеет определенное значение

С удаленным D1 Mini Pro с внешней антенной: все остальные платы видели это, но уровень сигнала был не намного лучше, чем в тестах со встроенной керамической антенной, поэтому я не буду беспокоиться о перемещении этих резисторов с нулевым сопротивлением и установке антенн на леденцы

Шаг 5: Окончательная сборка

После того, как вы подготовили и запрограммировали контроллер, все, что вам нужно сделать, это подключить светодиоды к контроллеру с помощью проводов JST и источника питания 5 В на разъеме 2,1 мм.

Расширение JST должно быть полезно, чтобы контроллер и адаптер питания всегда находились подальше от светодиодов. Или, чтобы поднять процессор, я накинул на них небольшой пластиковый пакет, закрепив его стяжкой, и использовал удлинитель 2,1 мм для источника питания.

Водонепроницаемая коробка поможет защитить адаптер и процессор, но большинство моих соседей использовали простые полиэтиленовые пакеты.

Второй приз в соревновании на скорость праздничных украшений