Проектування системи керування адресною світлодіодною стрічкою
Автор: Мельничок Олег Ярославович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Дана магістерська робота присвячена дослідженням ІоТ пристроїв в сучасному світі та проектуванню системи керування адресною світлодіодною стрічкою. Пристрій має можливість керувати одночасно декількома стрічками, забезпечує чудову передачу сигналу на великі відстані по лінії зв’язку між мікроконтролером та стрічкою. Керування пристроєм відбувається за допомогою спеціального додатку на смартфоні. Смартфон необхідно підключити до мережі Wi-Fi яку генерує мікроконтролер. За бажання з мінімальними редагуваннями програми, мікроконтролер можна підключити до сервера і керувати ним з будь якої точки на планеті. Досліджуючи різноманітні сфери застосування ІоТ пристроїв, було вибрано найбільш розповсюджені, а саме побутове використання в дизайні приміщень або будинків та в рекламних цілях. Для реалізації даного проекту необхідно було обрати мікроконтролер, переглянувши декілька варіантів, було вирішено опиратися на перелік головних характеристик якими він повинен володіти. А саме наявність вбудованого модуля зв’язку, можливістю переходити в режим сну для економії енергії в випадку коли живлення буде акумуляторним та невеликими габаритами. Вибір припав на Wemos D1 Mini, який задовільнив усі потреби та, показав чудові результати продуктивності. В даному мікроконтролері є вбудований Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n), низьке споживання енергії в режимі глибокого сну (0,17 мА) та невеликі габарити 34 мм на 26 мм (довжина та ширина). Наступним кроком дослідження став вибір стрічки, якою керуватиме мікроконтролер. Серед усіх видів набільш функціональною виявилась адресна LED стрічка. Оскільки на ній розміщені мікросхеми WS2811, це надає можливість мікроконтролеру керувати кожною мікросхемою окремо. Кожна мікросхема WS2811 може керувати від одного до п’яти світлодіодами за раз, але тоді всі вони будуть виконувати одні і ті ж команди. Тому прийнято вважати, що світлодіоди які під’єднано до однієї мікросхеми це один піксель. Завдяки можливості керування кожним пікселем окремо, можна створити чудову атмосферу в будинку, або привертати увагу людей яскравими, кольоровими рекламними всивісками. Також було вирішено проблему з втратами сигналу на лінії зв’язку між мікроконтролером та стрічкою. Було виявлено що у випадку коли стрічка знаходиься на значній відстані від пристрою керування, то виникали втрати корисного сигналу. Для того, щоби зменшити вплив зовнішнього середовища, в якості провідника, викорисано виту пару. Таке рішення в певній мірі зменшило завади, але для надійної роботи системи було вирішено використовувати драйвери типу RS-485 на передавання та приймання сигналу. Перший під’єднується провідником довжиною не більшою як 10м, тоді драйвер яки виконує роль приймача можна розміщувати на відстані близько 100м. Використані драйвери мають властивість відновлювати та підсилювати сигнал в лінії. Спроектований пристрій є конкурентоспроможним на ринку в першу чергу звдяки своїм характеристикам. А саме: споживання пристрою керування становить 0.3 Вт, можлива кількість відтворюваних кольорів більше 16 мільйонів, максимальна кількість пікселів складає 4 096 шт., максимальна частоста оновленя адресної LED стрічки становить 2 КГц, максимально можлива довжина провідника між стрічкою та пристроєм становить 100 м, завдяки використанню драйверів типу RS-485. Згідно з результатами отриманими в четвертому розділі, що до конкурентоспроможності пристрою на ринку, він виявився конкурентоспроможним. Порівняння проводились з китайським аналогом. Розроблений пристрій виявився кращим в багатьох критеріях, а саме в ціні, функціоналі, кількості підтримуваних пікселів та ін. Об’єкт дослідження – використання ІоТ пристроїв в сучасному світі. Предмет дослідження – ІоТ пристрій в дизайні інтер’єру та рекламі. Сфера досліджень – створення власного ІоТ пристрою та додатку на смартфон для управління ним. Мета роботи: Виконати проектування пристрою який повинен здійснювати керування адресними світлодіодними стрічками та відтворювати запрограмований перелік ефектів. Пристрій повинен складатись з керуючого блоку на основі модуля ESP8266 та адресних світлодіодних стрічок розділених на дві групи. Кожна група стрічок увімкнені послідовно та керуються одним послідовним інтерфейсом 1-Wire. Адресні стрічки можуть бути розмежовані провідниками і рознесені на відстань до 50 метрів. Пристрій повинен забезпечувати безпровідний зв’язок на основі Wi-Fi для його конфігурування. Список літератури 1. Smart Homes: When Interior Design Meets the Internet Of Things - https://nicolaswindpassinger.com/smart-homes-when-interior-design-meets-the-internet-of-things 2. ESP8266 WeMos D1 Mini Tutorial - https://diyi0t.com/esp8266-wemos-d1-mini-tutorial/ 3. The RS-485 and RS-422 Standard Protocols - https://www.netburner.com/learn/introduction-to-rs485-and-rs422-standards/ 4. RS-422 and RS-485 Standards Overview and System Configurations -https://www.ti.com/lit/an/slla070d/slla070d.pdf