Appareils IoT DIY utilisant des chaînes LED: 9 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

(Avertissement: je ne suis pas de langue maternelle anglaise.)

Il y a quelque temps, ma femme a acheté des guirlandes lumineuses à LED pour éclairer le jardin la nuit. Ils ont créé une très bonne ambiance. Ils ont été mis autour des arbres, mais devinez quoi, ce qui devrait arriver, nous avons coupé les ficelles en coupant les arbres…

Ce que je veux vous montrer aujourd'hui, c'est comment récupérer des objets cassés comme ces chaînes de LED et créer des appareils connectés intéressants que vous pouvez contrôler avec votre smartphone.

Vous apprendrez comment utiliser un microcontrôleur et un transistor pour piloter des LED, comment connecter votre appareil à Internet et comment contrôler l'appareil depuis votre smartphone. Je suppose simplement que vous avez des connaissances de base en électronique, comme comment appliquer la loi d'Ohm. Si vous avez déjà programmé un Arduino avant, c'est encore mieux.

Commençons par les appareils que je veux construire. Ce qui est bien avec les cordes coupées, c'est qu'il y a au moins deux morceaux. Ainsi, je peux construire au moins deux appareils. Je commencerai par une lampe connectée que je poserai sur une table puis une guirlande LED connectée que j'utiliserai pour éclairer ma nouvelle chambre. Tout ce que je veux, c'est un moyen d'allumer et d'éteindre les lumières à l'aide de mon smartphone.

Mais tout d'abord, nous devons voir comment les choses ont fonctionné pour réutiliser les lumières.

Étape 1: Ingénierie inverse

Nous avons deux chaînes de LED mais nous ne connaissons pas la chute de tension entre les broches des chaînes et le courant dont elles ont besoin. Malheureusement, je n'ai pas de fiche technique pour obtenir ces valeurs.

Dans ces cas, nous devrons tout comprendre par nous-mêmes. Démontons l'enceinte.

Après avoir retiré quelques vis avec un tournevis, nous pouvons voir un circuit très simple. La partie intéressante se situe autour des broches de la chaîne LED, nous voyons un régulateur de tension (composant 3 broches), une résistance (la boîte noire avec 100 dessus) et les broches de la chaîne LED. En regardant d'un peu plus près (conception du circuit), nous voyons que la sortie du régulateur est connectée à la chaîne de LED qui est à son tour connectée à la terre via une résistance de 10 ohms (100 signifie 10x10e0). Mettons des piles et mesurons la chute de tension entre les broches de la chaîne et entre la sortie du régulateur et la terre.

À l'aide d'un multimètre, nous pouvons mesurer une chute de tension d'environ 3 V sur les broches de la chaîne (comme indiqué sur les images). Nous mesurons également 4,5V entre la sortie du régulateur et la masse. On en déduit ainsi qu'il y a une chute de tension de 1.5V aux bornes de la résistance de 10 ohms; nous pouvons réellement le mesurer aussi. En utilisant la loi d'Ohm (U = RI), nous savons que le courant dans la branche est de 1,5 V / 10 ohm = 0,150 A ou 150 mA. Là encore on peut mesurer le courant mais il faudrait mettre le multimètre en série avec la ficelle ce qui n'est pas facile à faire.

On sait maintenant piloter les guirlandes LED. Construisons notre appareil.

Étape 2: Matériaux et outils

Voici ce dont vous aurez besoin pour construire les appareils:

- des tournevis pour démonter des trucs, j'aime bien ce genre de kit

- quelques guirlandes lumineuses à LED, si vous souhaitez reproduire les appareils

- un ESP8266, ce sera le cerveau de notre appareil

- une maquette et quelques fils, nous les utiliserons pour construire le prototype

- un kit d'assortiment de résistances et un kit d'assortiment de transistors, vous pouvez également acheter un kit plus grand contenant de nombreux composants utiles, l'achat uniquement des composants requis est également une option

Si vous souhaitez créer un circuit permanent, vous aurez besoin de quelques outils et de quelques protoboards:

- vous pouvez acheter un kit de soudure assez bon marché pour commencer, vous trouverez un multimètre qui peut être utilisé pour désosser vos propres trucs, faites juste attention à ne pas manipuler les appareils connectés au principal ou même les appareils utilisant plus de 30V DC

- un cutter est très utile pour couper les fils et les fils de composants

- quelques protoboards

- du fil solide

Cela peut sembler beaucoup pour commencer, mais vous constituerez un stock pour tout autre projet que vous pourriez avoir. Si cela ne vous dérange pas d'attendre, vous pouvez tout commander sur Aliexpress à un coût bien inférieur. Comme alternative, si vous ne souhaitez pas acheter ces outils, vous pouvez également vous rendre dans le hackerspace le plus proche.

Enfin, il vous faudra quelques heures pour tout construire (moins si vous vous contentez de suivre ce tutoriel).

Étape 3: Comment utiliser un transistor

Nous savons que la chaîne LED nécessite 150 mA, mais c'est bien plus que ce que l'ESP8266 peut fournir en toute sécurité sur ses broches de sortie. Vous ne voulez pas piloter plus de 12 mA par broches GPIO sur le microcontrôleur. Pour contourner cette limitation, vous aurez besoin d'une sorte de commutateur qui peut être contrôlé par le microcontrôleur. Les interrupteurs les plus courants sont le relais et le transistor. Un relais fonctionnera certainement mais sera plus volumineux, plus cher, et la plupart du temps vous voudrez utiliser un transistor pour piloter un relais.

Nous utiliserons des transistors pour les deux appareils. Pour utiliser un transistor comme un interrupteur, nous devons conduire du courant à travers sa base. Le courant qui traverse la chaîne LED sera proportionnel au courant qui traverse la base.

Vous pouvez jouer avec un Arduino et un transistor sur Tinkercad pour avoir une idée du fonctionnement des choses. J'ai créé une simulation de base que vous pouvez modifier. Si vous voulez en savoir plus sur Tinkercad, vous pouvez suivre ce tutoriel étonnant: Comment utiliser Tinkercad pour tester et implémenter votre matériel.

Vous pouvez voir que le transistor fonctionne comme un interrupteur fermé lorsque la sortie GPIO est haute et comme un interrupteur ouvert lorsque la sortie GPIO est basse. Vous pouvez également jouer avec les valeurs des résistances. La résistance en série avec la LED limitera le courant traversant la LED et la résistance connectée à la base du transistor contrôlera le courant maximum traversant la LED. Si vous augmentez la résistance de base, vous ne conduirez pas assez de courant pour la LED et la lumière sera plus faible.

Vous pouvez consulter mes notes pour voir quelles valeurs de résistance je choisis pour les appareils. J'aurais pu utiliser la sortie 3,3 V au lieu de la sortie 5 V mais je n'aurais pas les résistances correspondantes pour construire le circuit. N'hésitez pas à lire la fiche technique du transistor pour rechercher le gain du transistor.

Construisons maintenant un prototype.

Étape 4: Construire un prototype du circuit

Nous devrons préparer le fil de chaîne LED. Commençons par couper la première moitié pour séparer le support des piles. Ensuite, dénudez le fil, j'ai utilisé un bornier pour connecter la chaîne de LED à la planche à pain. Nous aurons également besoin de l'ESP8266, j'ai utilisé un mini clone D1, deux résistances et un transistor.

Je choisis un p2222a pour le transistor mais vous pouvez choisir n'importe quel transistor NPN. Vous aurez juste besoin de revoir les valeurs des résistances en fonction du gain du transistor que vous pouvez trouver sur la fiche technique du transistor. Je choisis une résistance de base de 1k ohm et une résistance LED de 15 ohm. La base est pilotée par le GPIO5 ou le D1.

Conservez le porte-piles car il peut être utile pour un autre projet ou même pour alimenter vos appareils nouvellement créés.

Suivez un tutoriel sur la façon de télécharger un programme sur l'ESP8266 avec l'IDE Arduino, téléchargez le programme de clignotement en remplaçant le LED_BUILTIN par D1, et vous pouvez maintenant profiter d'une chaîne de LED clignotante.

Si le circuit ne fonctionne pas pour vous, essayez d'échanger les fils LED car vous devez connecter l'anode à la résistance LED. J'inverse toujours les fils…

Utilisez votre multimètre pour vérifier la connexion et la chute de tension. Vous devriez voir 3,3 V entre D1 et la terre lorsque la sortie est élevée. Vous devriez également voir une tension de 3V entre les fils de la chaîne LED.

Avoir une guirlande LED clignotante c'est bien mais comment contrôler la guirlande LED avec notre smartphone ?

Étape 5: Utilisation de votre smartphone pour piloter les guirlandes lumineuses à LED - Partie I

Vous devrez installer l'application Blynk sur votre smartphone.

Une fois l'application installée, créez un nouveau projet. Blynk vous enverra un e-mail avec un jeton (série de caractères hexadécimaux) dont vous aurez besoin pour votre programme ESP8266. Créez un bouton qui agira comme un interrupteur. Le bouton doit piloter la broche GPIO5 ou D1 de l'ESP8266. Vous pouvez maintenant lire votre projet. Notez que l'application vous dira que l'appareil est hors ligne.

Vous pouvez modifier le projet plus tard pour ajouter des minuteries qui contrôleront les lumières.

Étape 6: Utilisation de votre smartphone pour piloter les guirlandes lumineuses à LED - Partie II

Ouvrez votre IDE Arduino. Vous devrez installer la bibliothèque Blynk; pour cela, il suffit de suivre les captures d'écran que j'ai faites. Allez dans le menu "Outils", cliquez sur "Gérer les bibliothèques", recherchez "Blynk", et installez la dernière version.

Vous pouvez maintenant ouvrir un exemple qui configurera Blynk sur l'ESP8266 pour vous. L'exemple est montré sur les captures d'écran.

Assurez-vous d'avoir sélectionné la bonne carte, "D1 mini" dans mon cas, et le bon port.

Mettez à jour le code avec votre SSID wifi et votre mot de passe (généralement la clé WPA ou WEP sur la box Internet), vous devrez également remplir le token que vous avez reçu par email.

Vous pouvez maintenant télécharger le code sur l'ESP8266. Une fois le code téléchargé, attendez quelques secondes pour vous assurer que votre appareil est connecté en WiFi à votre routeur Internet et vous pourrez contrôler les lumières à l'aide du bouton Blynk que vous avez créé.

Vous avez maintenant un appareil IoT ! Vous pouvez vous y arrêter si vous le souhaitez mais n'oubliez pas de lire la rubrique "Ressources". Si vous voulez vous amuser davantage et construire un circuit permanent et un enclos, continuez à lire.

Étape 7: Créer un circuit permanent (bonus)

Il est temps de créer un circuit permanent. Vous pouvez regarder ceci et cette vidéo pour en savoir plus sur la soudure. J'ai utilisé une carte proto standard avec un en-tête pour l'ESP8266. De cette façon, si je veux réutiliser le microcontrôleur pour un autre projet, je le peux. Vous pouvez choisir de souder le microcontrôleur directement sur votre carte proto. Si vous n'êtes pas sûr de vous, choisissez une carte proto qui ressemble à une planche à pain; vous pourrez réutiliser vos connexions de maquette.

J'ai fait deux erreurs avec mon premier appareil. Je n'ai pas utilisé le bornier pour la chaîne LED… et j'ai inversé les fils. Vous pouvez marquer le fil négatif ou positif, mais l'utilisation d'un bornier est recommandée. La deuxième erreur est que j'ai utilisé le 3,3 V pour piloter la chaîne de LED, ce qui a entraîné un gradateur de lumière. Si, comme moi, vous faites des erreurs, ne vous inquiétez pas, il est facile de retirer les soudures et de changer les valeurs des résistances ou de mettre à jour les connexions. Vous pouvez même ajouter plus de composants plus tard !

Maintenant que vous avez votre circuit permanent, il est temps de construire son enceinte.

Étape 8: Construisez une enceinte (bonus)

J'ai suivi un tutoriel sparkfun sur Tinkercad pour construire un boîtier pour mes appareils. J'ai imprimé le boîtier à l'aide de mon nouveau Prusa i3 MK3 avec du filament PLA (20 % de remplissage et 0,2 mm). C'est en fait une première pour moi et j'ai déjà fait deux erreurs que vous pouvez voir sur les photos. Mon premier boîtier n'avait pas l'espace requis pour la prise USB et les trous n'étaient pas alignés. J'ai ensuite conçu une nouvelle version avec un meilleur ajustement qui peut également supporter un couvercle. Vous pouvez gagner du temps et de l'argent en n'imprimant que la partie requise du boîtier pour tester l'ajustement avec le circuit.

Vous disposez maintenant de deux appareils IoT que vous pouvez contrôler à l'aide de Blynk. Le ciel est la limite. Vous pouvez étendre totalement le projet avec un détecteur de présence qui contrôle les lumières, avec une minuterie qui éteint les lumières après un certain temps, ou même en utilisant les guirlandes lumineuses à LED comme système de notification; ils pourraient clignoter lorsque vous recevez un e-mail par exemple.

Bon piratage !

Étape 9: Ressources

Je ne saurais trop recommander ce livre: Make: Electronics: Learning Through Discovery. Vous pouvez en apprendre davantage sur les transistors, les condensateurs et bien d'autres choses intéressantes sur l'électronique. Il possède les connaissances nécessaires pour commencer à bricoler des composants électroniques. Couplé aux connaissances que vous venez d'acquérir sur l'ESP8266, le Blynk et le Tinkerpad, vous pourrez créer des choses très intéressantes.

Vous pouvez apprendre beaucoup de choses en regardant des vidéos Youtube. Je recommande les chaînes suivantes:

- EEVblog

- Grand Scott !

- Académie Khan

Si vous êtes assez courageux, vous pouvez acquérir plus de connaissances en suivant des cours edx ou coursera sur l'IoT ou l'électronique.