Ognista lampa Wi-Fi na ESP32 – jak otworzyliśmy własną małą świeczkarnię

Nasz zespół rozwija chmurową platformę IoT, a żeby testować jej funkcje, regularnie tworzymy niewielkie projekty: „inteligentne” przekaźniki, gniazdka, girlandy itp. Niektóre z nich okazują się tak interesujące, że przeradzają się w pełnoprawne produkty. Postanowiliśmy opowiedzieć o jednym z takich przypadków.

Ognista lampa Wi-Fi na ESP32 – jak otworzyliśmy własną małą fabrykę świec

Jak narodził się pomysł na ognistą lampę – historia

Mieliśmy już sterownik Wi-Fi do adresowalnych taśm LED z kilkoma trybami pracy – gotową „inteligentną” girlandę. Sterownik pozwala przełączać tryby, zmieniać jasność i ustawiać kolor świecenia diod. Girlandę można połączyć z aplikacją mobilną i sterować nią z dowolnego miejsca z dostępem do internetu.



Jeden z inżynierów z zespołu przyniósł do biura adresowalną matrycę LED 16x16, więc postanowiliśmy podłączyć ją do naszego sterownika. Nie było żadnych problemów – wszystkie podstawowe tryby działały. Mogliśmy wybrać kolor świecenia diod, uruchomić stroboskop albo klasyczną girlandę.



Matryca spodobała nam się jako nowe pole do eksperymentów. Zaczęliśmy się zastanawiać, co ciekawego można z nią zrobić.

Wszystko już wymyślono przed nami (ale znaleźliśmy coś do ulepszenia)

Oczywiście najpierw wygooglowaliśmy, co inni robią z podobnymi matrycami. Wśród najpopularniejszych wyników znalazła się lampa Gaivera i wiele jej wariantów stworzonych przez innych konstruktorów. To całkiem ciekawy i obiecujący produkt – mnóstwo możliwych trybów pracy, sposobów sterowania i wariantów obudowy. A co najważniejsze – wygląda to naprawdę świetnie!

Nie zastanawialiśmy się długo – postanowiliśmy działać. Zwróciliśmy uwagę, że w oryginalnym projekcie zastosowano mikrokontroler ESP8266. Od razu zdecydowaliśmy, że za bazę posłuży nam ESP32, jako nowocześniejszy MCU. Zresztą wszystkie nasze wcześniejsze urządzenia budowaliśmy właśnie na nim.

Nie musieliśmy też biegać po sklepach z artykułami hydraulicznymi ani po marketach budowlanych w poszukiwaniu odpowiednich rur i kloszy – już wtedy mieliśmy własną drukarkę 3D. Wybraliśmy odpowiedni model obudowy na Thingiverse i zabraliśmy się za składanie prototypu.

A tak przy okazji, jeśli nie macie własnej drukarki 3D, polecamy serwis makexyz – pomaga znaleźć miejsce, w którym można wykonać wydruk 3D, na podstawie lokalizacji.



W pierwszej wersji lampy nie wprowadzaliśmy żadnych zmian poza przejściem na ESP32. Obudowę również wydrukowaliśmy bez modyfikacji, a matrycę zamocowaliśmy opaskami zaciskowymi – drugim najbardziej uniwersalnym narzędziem w naszym laboratorium, zaraz po taśmie izolacyjnej.



Efekt nas zachwycił, cały zespół był pod wrażeniem. Stało się jasne, że warto rozwijać ten pomysł. Zaczęliśmy eksperymentować z trybami pracy i sprawdzać, co wymyślili członkowie społeczności skupionej wokół oryginalnego projektu. I w pewnym momencie wydarzyła się ta cała magia… Chociaż… chwila. Magia poza Hogwartem jest zakazana. Po prostu wydarzyło się coś świetnego.

Tryb ognia – „bajer”, który wszystkich powalił

Podczas eksperymentów z lampą nasz programista Sierioża dodał tryb Fire, zapożyczony z tego zestawu efektów w społeczności Aleksa Gaivera. Uprościliśmy nieco logikę trybu – w oryginale działanie zależy od rozmiaru matrycy i kąta jej ustawienia. Pominęliśmy ten szczegół, skupiając się wyłącznie na matrycy 16х16.

Po dodaniu trybu ognia połączenie go z przezroczystym kloszem dało niesamowity efekt „wow”. Kierownik równoległego projektu w firmie tak się zapalił do pomysłu, że od razu zamówił niewielką partię 50 urządzeń na prezenty dla partnerów z okazji Nowego Roku.



Stało się jasne, że urządzenie ma spory potencjał komercyjny. Tym bardziej że możemy zaoferować dodatkowe zalety w porównaniu z wersjami sprzedawanymi w internecie lub składanymi ręcznie przez entuzjastów: aplikację mobilną z nowoczesnym interfejsem, a nie rodem z początku lat 2010., dodatkowe sposoby sterowania (komendy głosowe, połączenia telefoniczne, bot Telegram), a także możliwość współdzielenia dostępu do sterowania lampą. To wszystko są zalety platformy IoT, którą stworzyliśmy właśnie w celach testowych. Zrozumieliśmy, że urządzenie ma szanse na rynku, więc zaczęliśmy myśleć o przekształceniu pomysłu DIY w produkt komercyjny.

Jakie zmiany były potrzebne

Po otrzymaniu zamówienia na pierwszą niewielką partię lamp przygotowaliśmy listę zmian:

• zaprojektować kompaktową płytkę drukowaną i przewidzieć w obudowie miejsce na jej ukrycie;
  
• dodać przycisk dotykowy do sterowania lampą – jako alternatywę dla aplikacji mobilnej i po prostu dodatkowe udogodnienie;
  
• umieścić przycisk Reset na płytce pod ̶d̶z̶i̶u̶r̶ą̶ otworem technologicznym w obudowie;
  
• ozdobić obudowę logo 2Smart;
  
• dobrać zasilacz, aby zestaw był kompletny;
  
• dobrać estetyczne opakowanie;
  
• dodać do zestawu ulotkę z instrukcją.
  

Jeśli chodzi o elektronikę i opakowanie, chyba wszystko przemyśleliśmy, ale oprogramowanie na pewno będziemy jeszcze dopracowywać. Mogą wyjść jakieś błędy w firmware, na pewno pojawią się nowe tryby w aplikacji mobilnej... Przyda się tu funkcja naszej platformy do dostarczania aktualizacji – wystarczy wgrać na serwer plik z nowym firmware, a wszystkie podłączone lampy zaktualizują się bezprzewodowo.

Produkcja

Ponieważ gonił nas czas – pierwsze 50 lamp trzeba było przygotować na początek grudnia – uruchomiliśmy kilka procesów równolegle:

• Zamówiliśmy podzespoły w lokalnych sklepach (nie było czasu czekać na dostawę z AliExpress, choć ceny są tam niższe).
  

• Zaczęliśmy szukać podwykonawców, którzy szybko wykonają płytki drukowane i zmontują urządzenia. Tu sprawa jest prosta – szukamy w Google, dzwonimy, porównujemy ceny. Jeśli mamy czas, możemy skorzystać z jlcpcb lub podobnego serwisu, ale nam terminy mocno się kurczyły.
  

• Maksymalnie obciążyliśmy drukarkę 3D, drukując obudowy.
  

• Zamówiliśmy drewniane pudełka z papieru kraftowego z własnym logo.
  

• Zamówiliśmy w drukarni wydruk ulotek.
  

W naszym przypadku koszt wytworzenia jednej lampy wynosi około $39 (1050 UAH). Trzeba tu uwzględnić kilka niuansów:

• podzespoły kupowaliśmy w zwykłych ukraińskich sklepach internetowych – zamawiając na AliExpress, można by trochę zaoszczędzić;
  
• obudowę wydrukowaliśmy na własnej drukarce 3D, a w kosztach uwzględniliśmy tylko niewielką amortyzację sprzętu i cenę materiałów – zamówienie wydruku na zewnątrz podrożyłoby obudowę;
  
• kwota obejmuje wykonanie pudełka i wydruk ulotki – to dodatkowe $6 w cenie każdej lampy.
  

Oto pełne zestawienie w dolarach:



Ceny gotowych lamp na rynku zaczynają się od $65, a w tej cenie nie ma prezentowego pudełka z papieru kraftowego. Nawet przyjmując tę najniższą cenę, osiągniemy niezłą rentowność, jeśli uruchomimy komercyjną produkcję takich lamp. Nasz wariant urządzenia będzie przy tym miał takie przewagi konkurencyjne, jak bardziej zaawansowany mikrokontroler, firmware aktualizowany bezprzewodowo i nowoczesna aplikacja mobilna.

Jak samodzielnie zbudować i skonfigurować taką lampę

Nasza firma właśnie przygotowuje się do rozpoczęcia sprzedaży lampy ogniowej. Opowiadając o niej, nie namawiamy jednak, żeby kupować ją akurat u nas, jeśli urządzenie wydało się interesujące. Każdy może zbudować lampę samodzielnie – wszystkie potrzebne materiały udostępniliśmy w repozytorium na GitHubie: projekt płytki w formacie Gerber, lista podzespołów i kod firmware.

Co więcej, jeśli zechcesz dodać własny efekt, podpowiemy, jak to zrobić:

1. Utwórz własny fork projektu.
   

1. Sklonuj projekt ze swojego GitHuba. Możesz to zrobić poleceniem git clone, wklejając skopiowany link.
   

1. Po sklonowaniu projektu utwórz gałąź i wprowadź w niej zmiany:
   

• w pliku lib/lenta/lenta.h dodaj metodę efektu:
  

• w LedStripStates dodaj nazwę efektu:
  

• w modes_ przypisz do nazwy efektu nazwę wyświetlaną w aplikacji mobilnej:
  

• w pliku lib/lenta/lenta.cpp dodajcie treść metody opisującą całą logikę efektu. W razie potrzeby dodajcie metody pomocnicze.
  

Uwaga! Pamiętajcie, że świecenie diod to również zadanie trybu, w którym należy użyć polecenia LEDS.show();.

• w HandleCurrentState dodajcie tryb do switch:
  

1. Zbudujcie firmware poleceniem pio run (musicie przy tym znajdować się w folderze Firmware).
   

Gotowy plik firmware znajdziecie w folderze projektu -> Firmware/.pio/build/esp32dev/firmware.bin (o ile podczas kompilacji nie wystąpiły błędy ;) )

Aby wgrać własny kod do lampy:

1. Połączcie się z punktem dostępowym Wi-Fi urządzenia – „2Smart Lamp”.
   
2. Wpiszcie w pasku adresu przeglądarki adres IP 192.168.4.1, aby otworzyć interfejs WWW urządzenia. Użyjcie loginu i hasła „admin/admin” (dzięki, że nie „qwerty”, prawda?).
   
3. Przejdźcie do zakładki System w interfejsie WWW lampy:
   

1. Wgrajcie plik firmware, poczekajcie na aktualizację (około minuty) i upewnijcie się, że proces zakończył się pomyślnie.
   

Na razie to wszystko. Jeśli interesuje was, jak idzie nam sprzedaż urządzenia, napiszcie w komentarzach. Przygotujemy osobny wpis na ten temat, jeśli wzbudzi zainteresowanie. Być może nasze doświadczenia przydadzą się tym, którzy zdecydują się założyć niewielki biznes związany z tworzeniem i sprzedażą urządzeń IoT. A jeśli zechcecie stworzyć u nas własne urządzenie – wpadajcie w odwiedziny.