Come pilotare una striscia di LED usando ESP32

Pubblicato su News il 02/01/2024 da sebadima ‐ 8 min di lettura

Come pilotare una striscia di LED usando ESP32


L’ESP32 e i dispositivi ad alto assorbimento

In molte applicazioni IOT ti troverai a usare dispositivi ad alto assorbimento, che richiedono correnti che l’ESP32 non è in grado di fornire. In questi casi, prima di passare ai relays elettronici o meccanici possiamo ricorrere ad un economico transistor di media potenza come il TIP120.

Un errore comune tra i neofiti è provare a pilotare motori elettrici, servocomandi o decine di Led usando la corrente di uscita di un ESP32 o di un Arduino. Purtroppo i dispositivi esterni possono richiedere correnti elevate, molto più alte di quelle erogabili da un controller. Arduino, ad esempio può erogare appena 40mA a 5.0V e quindi 0.2W di potenza a fronte di richieste di oltre 10~100W!

Per fare un esempio, la striscia di LED RGB che useremo in questo progetto richiede correnti di 5~6 Ampere per una potenza complessiva di circa 70W: pensa alla corrente che sarebbe necessaria per azionare un cancello automatico!


Detto questo, la soluzione ai nostri problemi di erogazione è molto semplice: basta usare un transistor come switch, e per questo compito non esiste nulla di meglio che usarne uno di tipo Darlington come ad esempio il TIP120.

schema dei PIN del TIP120


Se vuoi approfondire la differenza tra corrente e tensione ti consiglio di leggere questo articolo del blog di Robotdazero.

Il nostro progetto

Obiettivo di questo prototipo è pilotare da smartphone o desktop una striscia di LED RGB a 12V: la striscia verrà collegata a 3 TIP 120, a loro volta connessi ad un singolo ESP32. Le basi dei transistor sono collegate a 3 pin PWM dell’ESP32, uno ciascuno per le linee rosse, verdi e blu della striscia.

schema del circuito per ESP32 per pilotare una sctriscia di LED RGB
Per quanto riguarda il software, abbiamo creato un server web minimale da caricare sul browser digitando l’indirizzo IP acquisito del nostro ESP32.

La pagina Web contiene alcuni pulsanti per attivare / disattivare ogni colore. Ci sono anche pulsanti per mescolare i tre colori base e creare qualsiasi combinazione cromatica. Tengo a ricordarti che si tratta di un server web minimale e senza supporto per AJAX: per questo motivo noterai un breve ritardo (refresh) della pagina dopo la pressione di ogni pulsante.

Lo schema elettrico del circuito

Segui attentamente la disposizione dei connettori, studia la foto e in pochi minuti sarai in grado di creare ogni combinazione di colore RGB sulla striscia.




schema del circuito per ESP32 per pilotare una sctriscia di LED RGB


  1. Collega i terminali R,G & B della striscia al pin di collettore del transistor come da immagine.
  2. Usando le tre resistenze da 10 Kohm collega la base di ogni transistor ai rispettivi pin D25, D26 e D27 dell’ESP32.

Le resistenze sono utili per limitare la corrente di ingresso nei transistor e non sono opzionali.

Inoltre tutti i dispositivi devono essere collegati tra di loro: il GND dell’ESP32 deve essere collegato al GND dei transistor e a quello disponibile nell’alimentatore esterno a 12V. L’ESP32 può essere alimentato da un semplice cavo USB collegato al PC. Nella immagine in alto puoi notare il rettangolo rosso attorno ai pin 26,27,25 dell’ESP32.

L’hardware utilizzato

Il circuito comprende pochi pezzi facili da assemblare anche senza una breadboard:

  • 1 ESP32
  • 3 Tip120
  • 3 Resistenze 10K Ohm
  • 1 Striscia di LED RGB vedi su Amazon

Il codice completo

// Carica la libreria  Wi-Fi
#include <WiFi.h>
#include <analogWrite.h>

// Sostituisci con le tue vere credenziali
const char* ssid     = "SSID";
const char* password = "Password";

WiFiServer server(80);
String header;

const int redPin   = 26;
const int greenPin = 27;
const int bluePin  = 25;

int greenValue = 0;
int redValue   = 0;
int blueValue  = 0;

String redValueString = String(redValue);
String greenValueString = String(greenValue);
String blueValueString = String(blueValue);

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  Serial.print("In connessione");
  Serial.println(ssid);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connesso.");
  Serial.println("Indirizzo IP: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  server.begin();

  analogWriteResolution(8);
}

void loop(){

  WiFiClient client = server.available();   // In ascolto per le connessioni

  if (client) {                             // Quando si connette un client,
    Serial.println("New Client.");          // scrivi un messaggio sul monitor seriale
    String currentLine = "";                // Crea una String per conservare i dati della connessione
    while (client.connected()) {            // Loop... 
      if (client.available()) {             // Se esiste un dato in arrivo dal client,
        char c = client.read();             // leggi il carattere, 
        Serial.write(c);                    // e scrivilo sul monitor seriale
        header += c;
        if (c == '\n') {                    // Se era "newline" esegui le 4 linee seguenti
          if (currentLine.length() == 0) {
            client.println("HTTP/1.1 200 OK");
            client.println("Content-type:text/html");
            client.println("Connection: close");
            client.println();

            if(header.indexOf("GET /-r") >=0 ) redValue -=1;
            else if(header.indexOf("GET /+r") >=0) redValue +=1;
            else if(header.indexOf("GET /+g") >=0) greenValue +=1;
            else if(header.indexOf("GET /-g") >=0) greenValue -=1;
            else if(header.indexOf("GET /+b") >=0)  blueValue +=1;
            else if(header.indexOf("GET /-b") >=0) blueValue -=1;
            else if(header.indexOf("GET /Red") >=0) if(redValue == 0) redValue = 254; else redValue = 0;
            else if(header.indexOf("GET /Green") >=0) if(greenValue == 0) greenValue = 254; else greenValue = 0;
            else if(header.indexOf("GET /Blue") >=0) {if(blueValue == 0) blueValue = 254; else blueValue = 0;}

            analogWrite(redPin,redValue);
            analogWrite(bluePin,blueValue);
            analogWrite(greenPin,greenValue);

            redValueString = String(redValue);  
            greenValueString = String(greenValue);
            blueValueString = String(blueValue);

            // Mostra la pagina web
            client.println("<!DOCTYPE html><html>");
            client.println("<head><meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width, initial-scale=1\">");
            client.println("<link rel=\"icon\" href=\"data:,\">");
            // CSS to style the on/off buttons 
            client.println("<link rel=\"stylesheet\" href=\"https://maxcdn.bootstrapcdn.com/bootstrap/3.4.0/css/bootstrap.min.css\">");
            
            // Heading della pagina web
            client.println("</head>");
            client.println("<center>");
            client.println("<body><h1>ESP32 RGB Web Server</h1>"); 
            client.println("<br>");

            client.println("<a href = \" /+r \" ");
            if(redValue == 254)
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md disabled\">+</button>"); 
            else
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md\">+</button>"); 
            client.println("</a>");

            client.println("<a href = \" /Red\" ");
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md\">RED(" + redValueString + ")</button>");  
            client.println("</a>");
            
            client.println("<a href = \" /-r \" ");
            if(redValue == 0)
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md disabled\">-</button>");  
            else
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md\">-</button>");  
            client.println("</a>");

            client.println("<br>");
            client.println("<br>");

            client.println("<a href = \" /+g \" ");
            if(greenValue == 254)
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md disabled\">+</button>"); 
            else
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md\">+</button>"); 
            client.println("</a>");
            
            client.println("<a href = \" /Green \" ");
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md\">GREEN(" + greenValueString + ")</button>");  
            client.println("</a>");

            client.println("<a href = \" /-g \" ");
            if(greenValue == 0)
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md disabled\">-</button>");  
            else
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md\">-</button>");
            client.println("</a>");

            client.println("<br>");
            client.println("<br>");

            client.println("<a href = \" /+b \" ");
            if(blueValue == 254)
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md disabled\">+</button>");  
            else
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md\">+</button>");  
            client.println("</a>");

            client.println("<a href = \" /Blue \" ");
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md\">BLUE(" + blueValueString + ")</button>");  
            client.println("</a>");

            client.println("<a href = \" /-b \" ");
            if(blueValue == 0)
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md disabled\">-</button>");  
            else
            client.println("<button type=\"button\" class=\"btn btn-primary btn-md\">-</button>");  
            client.println("</a>");

            client.println("<center>");
            client.println("</body></html>");

            
            client.println();
            break;
          } else {
            currentLine = "";
          }
        } else if (c != '\r') {
          currentLine += c;
        }
      }
    }
    header = "";
    client.stop();
    Serial.println("Client disconnesso.");
    Serial.println("");
  }
}

Il file make per PlatformIO

Se decidi di utilizzare PlatformIO dalla linea di comando crea un file “platformio.ini” con questo contenuto:

; PlatformIO Project Configuration File
;
;   Build options: build flags, source filter
;   Upload options: custom upload port, speed and extra flags
;   Library options: dependencies, extra library storages
;   Advanced options: extra scripting
;
; Please visit documentation for the other options and examples
; https://docs.platformio.org/page/projectconf.html

[env:esp32dev]
platform = espressif32
board = esp32dev
framework = arduino
lib_deps = 
  erropix/ESP32 AnalogWrite@^0.2

Finita la compilazione e l’upload puoi lanciare il tuo browser all’indirizzo che apparirà dopo la connessione. Dopo la apertura della pagina potrai usare i cursori per regolare separatamente i livelli dei tre colori fondamentali.

Conclusione

Una delle competenze che vorrai imparare con l’ESP32 è il pilotaggio di carichi esterni. Potrai così creare sistemi di illuminazione automatizzati, centraline di sicurezza avanzate e magari sistemi di irrigazione regolati dal controller.

Per questi progetti potrai avvalerti di transistor come il TIP120, ma anche di schede commerciali in grado di azionare grossi motori elettrici. Queste schede sono di utilizzo semplicissimo: basta collegare il loro pin di input ad uno dei pin dell’ESP32 (ad esempio 25, 26 e 27 del nostro prototipo) e il gioco è fatto! Imparare a pilotare carichi esterni con ESP32 è certamente uno skill essenziale per chiunque voglia creare progetti di microelettronica avanzati.


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