Светодиодная ёлка с подарками, управляемая по Wi-Fi.

Введение

Мой сын Алексей предложил сделать ёлку из светодиодов, для украшения прихожей. Естественно, чтобы она мигала. Ну, папа подумал, подумал… Сделали на ESP8266 (в варианте ESP-201), разноцветных светодиодов, мощных транзисторов (добытых из балластов люминесцентных ламп), сопротивлений, пары разъёмов от флоповодов.
Алексей помогал припаивать светодиоды, Николаю поручили написать программу в среде Arduino, с простенькой веб страничкой для загрузки новых “мелодий”.

Железо

Сначала прикинули с ребёнком рисунок ёлочки и подарков на листе бумаги. Набросали черновой вариант разводки шин питания. Из-за выбранной схемы подключения (см. ниже), общей шиной является +5В (а не земля).

Внимание! Разные светодиоды имеют разное падение напряжение и рассчитаны на разный максимальный ток. Для ограничения тока через светодиод проще всего использовать сопротивление. Поскольку у нас напряжение питания для светодиодов было порядка 5.4 Вольт, можно было некоторые светодиоды (на которых падает < 2.5 Вольт) ставить в пары последовательно. Это увеличивает эффективность схемы (меньше энергии рассеивается на сопротивлении).
Для расчёта сопротивлений можно использовать онлайн калькуляторы.

Для основы вырезали картонку из коробки для пиццы.

Для припаивания ножек светодиодов к железной проволоке использовали флюс, без него припаять трудно. Рассчитанные сопротивления подпаяли сразу к светодиодным блокам. Вышло немного аляповато, зато быстро и наглядно. Чтобы сделать конструкцию модульной, т.е. чтобы “дисплей” можно было отсоединять от платы, отдельные элементы припаял к разъёмам от флоппи дисководов, срезанных с шлейфа проводов компьютерного блока питания.

Для управления используется ESP8266, купленный в варианте ESP-201. (Для тех, кто не знает что это такое ESP8266, можно посмотреть здесь. Грубо говоря, это Arduino с встроенным Wi-Fi. Модули ESP-201 можно приобрести на Aliexpress за ~150р).
Разумеется ESP8266 не может напрямую питать такие мощные нагрузки, поэтому я использовал NPN транзисторы подключенные по схеме с общим эмиттером. Ниже приведена принципиальная схема (на три группы светодиодов). Резисторы R1-R3 нужны для работы самого контроллера, R4-R6 для ограничения тока на выходах контроллера через базы транзисторов, R7-R9 для ограничения тока на светодиодах. Номиналы последних не указаны, поскольку зависят от количества, характеристик и схемы подключения светодиодов (см. онлайн калькулятор выше). В принципе, R1-R6 можно выбирать в широком диапазоне (1к – 20к). При слишком маленьких значениях можно спалить контроллер, при слишком больших не откроется транзистор. Транзисторы выпаял из балластов для люминесцентных ламп (имеющихся в наличии в связи с плановой заменой освещения) и старого компьютерного блока питания.

Схему я сначала собирался спаять на макетной плате для пайки, но с первого раза не получилось. И поскольку время поджимало, использовал макетную плату с гнёздами. К транзисторам припаял трёх штыревые разъёмы.
Внимание! Транзисторы не должны соприкасаться корпусами.
Для преобразования 5 Вольт в 3.3 Вольта, необходимые для контроллера, я использовал готовый миниатюрный преобразователь. Он поддерживает ток до 800мА, что достаточно для контроллера.
Основной блок питания – зарядка от какого-то почившего гаджета, выдающая 5.4 Вольта на 1.850 Ампера. Разъём питания я использовал аналогичные используемым во многих игрушках для зарядки аккумуляторов. Для включения/выключения – микро переключатель.
Вот картинки от использованных компонентов:

Для окончательной сборки “дисплея”, я закрыл заднюю часть второй картонкой и сделал подставку с помощью проволочных “ножек”. Макетная плата размещается внизу и заодно делает конструкцию более устойчивой.

Софт

Для программирования использовалась среда Arduino настроенная для ESP8266. Более подробно на гитхабе. Программа основана на примере стандартного веб сервера. Разбирает POST от формы и на основе значения аргумента, в цикле, настаивает цифровые выходы контроллера. Контроллер подключен в домашнюю Wi-Fi сеть и настроить системы можно с любого компьютера или смартфона.

Коля придумал длинную “мелодию”, которую пока и оставили. Видео есть на Facebook.