LED larges synchronisées de quartier : 5 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

J'avais des barres LED sans fil que je pensais pouvoir mettre en place pour les vacances. Mais, dans ma cour, ils auraient tout aussi bien pu être câblés. Alors, quel est le défi le plus cool ? Décorations LED dans toutes les maisons de mon quartier avec un affichage synchronisé ! En cette année folle, c'est une façon de nous connecter ensemble.

Ce sont des brins de LED alimentés par ESP8266, et ils sont connectés au réseau WiFi, de sorte qu'ils affichent tous la même étape dans la séquence d'animation en même temps. Puisqu'ils utilisent un code maillé pour se connecter, ils peuvent être séparés par quelques maisons et les messages sont transmis de nœud en nœud.

Ils fonctionnent sur 5 volts et j'ai utilisé des adaptateurs secteur, mais ils peuvent également fonctionner pendant un certain temps sur des piles USB. Ils sont donc portables, gèrent leur propre réseau WiFi qui n'est pas connecté à Internet et peuvent fonctionner hors réseau.

Tous nos voisins étaient ravis d'avoir cette décoration partagée, et c'est vraiment agréable de les voir tous montrer le même affichage lorsque vous marchez dans la rue. J'ai quelques photos ici de quelques-unes devant ma maison pour des tests, mais c'était vraiment difficile de les photographier dans la rue.

Étape 1: Pièces

ESP8266 D1 Mini - J'ai utilisé les modules D1 Mini car tout ce dont j'ai besoin est une broche d'E/S pour les LED. Ce projet pourrait être réalisé sans soudure en utilisant un cache-bornes comme celui-ci et un module ESP8266 différent. Il existe une version du D1 Mini avec une meilleure antenne - le D1 Mini Pro. Il a une antenne en céramique et un connecteur U. FL pour une antenne externe, mais vous devez déplacer une résistance 0 ohm montée en surface pour l'antenne externe. Plus de discussion dans une étape ultérieure.

Brins LED WS2811 - J'ai utilisé des brins WS2811 car ils sont étanches (à l'exception des connecteurs JST) et faciles à utiliser. Les bandes WS2812b "Neopixel" utiliseraient exactement le même code, etc. J'ai utilisé des bandes 5v, mais vous pouvez les obtenir en 12v (utilisez moins de courant) - vous auriez alors besoin d'un convertisseur de tension pour les ESP8266. Vous pouvez également obtenir des brins LED WS2811 avec des connecteurs étanches si vous le souhaitez. Les brins de LED que j'ai utilisés ont des connecteurs JST SM aux deux extrémités - la femelle est l'entrée, bien que je les ai vus câblés dans l'autre sens (mâle comme entrée). La direction est également indiquée sur les LED elles-mêmes. Il y a aussi des fils d'injection de puissance - j'ai coupé les extrémités pour que les pièces étamées ne puissent pas court-circuiter. Vous pouvez également les acheter par lot de 10.

Résistance de 330 Ohm 1/4 Watt - elle est utilisée sur la broche de données de l'ESP8266 pour empêcher tout scintillement des LED.

Connecteur mâle JST SM 3 broches - Ceux-ci sont à connecter aux bandes LED. Notez que le connecteur "mâle" est recouvert d'un capuchon.

Connecteur femelle CCTV de 2,1 mm - ceux-ci sont utilisés pour le connecteur d'alimentation. Vous pouvez utiliser un autre système de connecteur pour cela si vous le souhaitez.

Alimentation 5V - l'ampérage dépend du nombre de LED que vous aurez. Un 2A est probablement OK pour 50 ou 100 LED qui ne sont jamais complètement allumées (voir l'étape de câblage pour plus d'informations).

Fil d'extension JST SM 3 broches ou fil d'extension de 2,1 mm - étant donné que le connecteur JST du D1 Mini est proche des LED, vous souhaitez généralement une extension pour permettre aux LED d'être placées plus loin du processeur. Dans mon cas, j'ai fini par placer le processeur plus haut dans la décoration pour obtenir une meilleure portée WiFi, j'ai donc gardé le processeur près des LED et utilisé une rallonge de 2,1 mm à la place.

Câble USB vers 2,1 mm - ceci est facultatif - vous permet d'alimenter le brin à partir de n'importe quelle source USB ou batterie.

Gaine thermorétractable de 3 mm - vous n'avez besoin que d'environ 1 pour couvrir la résistance du D1 Mini.

Gaine thermorétractable transparente de 20 mm - ceci est en partie facultatif pour protéger les connecteurs du D1 Mini. Assurez-vous de clipser le commutateur de réinitialisation après l'application si le tube comprime le commutateur.

Boîtier étanche - pour protéger l'alimentation et le processeur à l'extérieur. La plupart de mes voisins n'utilisaient que des sacs en plastique.

Conduit EMT 1/2" - une pièce de 29" s'adapte à la forme de la canne à sucre - j'ai utilisé 4 attaches zippées pour le maintenir. J'ai essayé du PVC 1/2 ", et il s'adapte, mais touche les LED des deux côtés.

Barre d'armature 3/8 "x 3' - une fois que l'EMT est attaché à la forme, vous pouvez marteler la barre d'armature dans le sol et placer le tuyau EMT dessus. La barre d'armature 1/2" s'adaptera, mais vous devrez couper tout parties pliées, et il est proche - s'il s'aplatit ou quoi que ce soit en le martelant, il sera très serré. Ainsi, le 3/8" est plus susceptible de dégager facilement le diamètre intérieur du tuyau EMT.

Forme de canne en bonbon - voyez l'étape sur ceux-ci, vous pouvez bricoler une forme, les draper sur un buisson ou utiliser une forme comme celle-ci.

Étape 2: Assemblage du contrôleur

Le contrôleur se compose du D1 Mini (ESP8266), d'une prise d'alimentation femelle CCTV de 2,1 mm, d'une résistance de 330 ohms et d'un connecteur mâle JST à 3 broches.

L'hypothèse pour ce projet est que vous utiliserez 50-100 LED. Si vous souhaitez en utiliser plus, vous devrez utiliser l'injection de puissance pour alimenter toutes les LED. Voir cet autre Instructable pour une discussion plus approfondie à ce sujet.

Avec 50 LED entièrement blanches, elles tireraient 50 x 0,06 A = 3 ampères. Ainsi, avec un adaptateur 2A, nous supposons qu'ils ne seront jamais complètement allumés. Pour 100 LED, le maximum est de 6A, donc encore plus de précautions doivent être prises pour n'en avoir que quelques-unes à la fois. Même avec 100 LED à 0,02 A chacune, nous utilisons 2 ampères. Ainsi, une alimentation à courant plus élevé est recommandée, même si j'ai réglé les écrans pour ne pas utiliser toutes les LED ou toutes les couleurs à la fois, les ai beaucoup atténuées et j'ai commencé avec des alimentations 2A avec des plus grandes en réserve. C'est un excellent article sur la réduction des besoins en énergie.

La résistance de 330 ohms en ligne avec le fil de données sert à empêcher le scintillement de la sonnerie électronique, car les données sont à une fréquence assez élevée. C'est plus un facteur avec beaucoup de LED, mais c'est une bonne pratique de l'ajouter.

J'ai soudé la résistance au D1 Mini directement, mais j'ai laissé environ 1/8" de fil au-dessus de la carte afin que je puisse les plier à plat. J'ai utilisé environ 1" de thermorétractable de 3 mm sur la résistance pour l'empêcher de court-circuiter le planche.

J'ai utilisé un thermorétractable transparent de 20 mm pour protéger le D1 Mini de tout contact avec le métal, etc. Assurez-vous de vérifier l'interrupteur de réinitialisation sur le côté - vous devrez peut-être couper légèrement le thermorétractable pour vous assurer qu'il n'appuie pas sur l'interrupteur. J'en avais besoin sur tous les miens.

Notez que je ne semblais pas avoir besoin d'un décaleur de niveau des sorties 3,3 V ESP8266 et des LED fonctionnant à 5 V (puisque la spécification de la puce LED est que la ligne de données ne soit pas inférieure à 70% de l'alimentation). J'avais besoin d'une diode/LED sacrificielle dans les projets précédents (étape 3) avec des bandes WS2812b, mais les puces WS2811 directes dans les LED semblent correctes jusqu'à présent.

Vous pouvez le faire sans soudure ! Un blindage de terminal ESP8266 avec un processeur différent fonctionnerait tout aussi bien. Le facteur de forme D1 Mini est joli et petit, mais ils fonctionnent tous à peu près de la même manière.

Étape 3: Formes

Les brins de LED peuvent être de forme libre ou vous pouvez les transformer en formes - que ce soit à faire soi-même ou à partir d'une boutique en ligne. J'ai commandé quelques formes chez HolidayCoro - quelques petits arbres LED, un bas et une canne en bonbon. Le bas a bien pris 50 LED - la longueur d'un brin. Le petit arbre prend 100 LED, mais vous pouvez en faire juste la moitié si vous le souhaitez - face à la rue. En fin de compte, la canne en bonbon était la préférée des voisins car elle était un peu plus grande. 99 LED, et j'ai laissé la dernière au dos avec l'idée qu'elle pourrait être utilisée pour le débogage.

Comme les formes étaient blanches, nous avons décidé de peindre des rayures rouges dessus pour qu'elles soient plus belles pendant la journée. Je les ai masqués, j'ai fait un rapide ponçage fin, un essuyage avec de l'acétone (dissolvant pour vernis à ongles puissant) et j'ai utilisé deux couches de peinture en aérosol qui fonctionne sur le plastique. Il semblait bien adhérer. Nous l'avons fait principalement d'un côté et quelques-uns de l'autre côté pour quelques maisons qui en avaient 2.

Étape 4: Coder et Wi-Fi

Le D1 Mini utilise un module Espressif ESP8266. Je l'ai programmé à l'aide de l'IDE Arduino, il ressemble donc à un Arduino puissant avec WiFi intégré. Il existe de nombreuses instructions sur Internet sur la façon de configurer l'IDE Arduino pour l'ESP8266 et le D1 Mini, je ne les répéterai donc pas ici.

Le code est basé sur un précédent Instructable. Il utilise la bibliothèque Painless Mesh pour que tous les processeurs communiquent entre eux. J'ai utilisé la bibliothèque FastLED car j'avais des problèmes auparavant avec la bibliothèque de maillage et la bibliothèque Neopixel, et je n'ai pas re-testé cela cette fois.

Je ne sais pas quel est le maximum sur le nombre de nœuds. Certains messages indiquent qu'il sera limité par le nombre de messages et les types de processeurs et que le plafond est peut-être d'environ 30 à 60 nœuds. Cette application n'envoie pas beaucoup de messages - juste le changement d'animation, bien qu'il y en ait des automatiques comme le changement de maillage et les messages de synchronisation temporelle.

Vous pouvez connecter les LED au D1 Mini pendant le codage, mais vous souhaiterez peut-être une alimentation externe si vous en avez plus de 50 car vous dépasserez éventuellement l'alimentation du port USB de votre ordinateur et du régulateur de puissance sur le D1 Mini. Cela étant dit, avec mon code n'allumant pas complètement les LED, j'ai pu programmer 100 LED sur la connexion USB sans problème.

Le module ESP8266 dispose d'un WiFi intégré. Étant donné que le code de maillage (PainlessMesh) que nous utilisons crée un point d'accès sur chaque module, la plage pour une large portée du quartier est importante. J'ai utilisé des formes de canne à sucre et mis le processeur au sommet pour obtenir la meilleure portée, et c'était environ 50-100 pieds - un mètre ou deux dans mon quartier. Une ligne de vue (LOS) plus élevée et meilleure améliore les choses. La gamme a traversé la rue dans certains cas (dépendait davantage des voitures bloquant la LOS).

Il y avait quelques maisons qui n'étaient pas synchronisées en raison d'obstructions Wi-Fi, mais les lumières sont belles même lorsqu'elles ne sont pas synchronisées. J'ai fait un nœud "répéteur" avec juste un D1 Mini sur une clé alimentée par une batterie USB. Lorsqu'ils étaient placés entre les maisons, ils étaient correctement synchronisés. Pour un répéteur plus distant, vous pouvez éventuellement utiliser une batterie USB solaire, même si elles ne se chargent pas très rapidement.

Je voyais toujours des problèmes de synchronisation intermittents, puis j'ai trouvé cette note sur le fait d'avoir trop de nœuds ou de les étaler:

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

En utilisant cette configuration, cela a commencé à fonctionner beaucoup mieux ! Cela désigne un nœud particulier comme le nœud principal, donc mon code pour négocier le nœud de contrôle est inutile, ce qui peut diviser le maillage. J'ai joint un échantillon de code mis à jour/alternatif. Cette approche nécessite que le nœud principal soit activé pour qu'ils soient synchronisés, de sorte que le maillage n'est pas aussi tolérant aux pannes, mais fonctionne mieux lorsqu'il est réparti comme le mien. Assurez-vous de modifier le code de cette version - un seul nœud doit être défini à la racine - consultez les commentaires dans le code.

J'ai également ajouté une autre mise à jour à la variante SetRoot: j'ai ajouté du code pour réinitialiser l'ESP8266 s'il n'y a pas eu de commandes pendant 10 minutes. Cela donne au nœud une chance de redécouvrir le nœud racine. Cela a semblé aider avec certains des nœuds les plus éloignés.

En fin de saison, j'ai pu tester quelques modules D1 Mini Pro. Ils ont une antenne en céramique sur la carte, et vous pouvez également utiliser un connecteur U. FL et une antenne externe si vous déplacez une résistance de zéro ohm. J'ai essayé quelques-uns qui avaient des problèmes de synchronisation avec les D1 Mini Pros avec les antennes en céramique, et ils ont mieux fonctionné. J'ai fait des tests ultérieurs avec un nœud dans ma maison. Sur la base des résultats, nous passerons aux modules D1 Mini Pro avec les antennes en céramique l'année prochaine.

Avec une télécommande D1 Mini: Seul le D1 Mini Pro avec une antenne externe l'a vu, et la force du signal était faible

Avec une télécommande D1 Mini Pro avec antenne en céramique: Le D1 Mini, le D1 Mini Pro avec antenne en céramique et le D1 Mini Pro avec une antenne externe l'ont tous vu avec à peu près la même puissance de signal, c'était donc une amélioration. L'orientation des cartes (antennes) importe dans une certaine mesure

Avec une télécommande D1 Mini Pro avec une antenne externe: Toutes les autres cartes l'ont vu, mais la force du signal n'était pas bien meilleure que les tests avec l'antenne en céramique embarquée, donc je ne vais pas prendre la peine de déplacer ces résistances zéro ohm et de mettre des antennes sur le Cannes de bonbon

Étape 5: Assemblage final

Une fois que vous avez le contrôleur prêt et programmé, tout ce que vous avez à faire est de connecter les LED au contrôleur avec les fils JST et une alimentation 5v sur la prise 2.1 mm.

L'extension JST devrait être utile pour garder le contrôleur et l'adaptateur secteur toujours à l'écart des LED. Ou, pour monter le processeur plus haut, j'ai mis un petit sac en plastique sur eux fixé avec un lien torsadé et j'ai utilisé une rallonge de 2,1 mm pour l'alimentation.

La boîte étanche aidera à protéger l'adaptateur et le processeur, mais la plupart de mes voisins utilisaient de simples sacs en plastique.

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