Nesse post eu explico como você pode controlar 3 fitas de LED RGB e 3 fitas monocromáticas, usando uma página web servida por um ESP32.
Usando o transistor MOSFET IRF1404 e aqui eu uso 12 desses poderosos transistores, você poderá montar uma controladora realmente potente. Ele pode controlar 1 LED ou milhares deles.
Para fazer um casamento de tensão do ESP32 com o transistor mosfet eu usei o CI ULN2803 que é comumente um circuito usado para controlar motor de passo, contudo eu percebi que poderia simplificar o circuito.
O ESP32 é um WebServer que também controla as potências em cima dos LEDs. Apenas um transistor irf1404 pode suportar até 202 amperes, agora veja, eu usei 12 deles !!!
RECURSOS USADOS
- 1x ESP WROOM 32.
- Fonte 12Vdc e corrente suficiente para alimentar os LEDs.
- 2x ULN2803apg.
- 12x IRF1404 (um para cada PWM).
- 12x resistores de 10k ohms (um para cada irf404).
- Multímetro para determinar as correntes máximas das fitas de LEDs utilizadas.
- Fitas de LEDs (3x RGB e 3x monocromáticas).
- WiFi e um dispositivo com navegador (pc, tablete, smartphone . . .)
ESQUEMA: VISÃO GERAL
O esquema abaixo mostra, de forma simplificada, uma visão geral das conexões entre cada componente do exemplo.
ESQUEMA: LINHAS CONTROLADAS
Neste exemplo, controlaremos três fitas de LED RGB e mais três fitas de LED monocromática (brancas). Para cada conjunto de fios de controle de cada fita, daremos o nome de linha.
Assim, teremos três linhas RGB (uma para cada fita), totalizando 9 fios de controle (3 vermelhos, 3 verdes e 3 azuis) e mais três linhas para as fitas monocromáticas, com um fio cada uma.
ESQUEMA: LINHAS CONTROLADAS
Bloco básico RGB
ESQUEMA: LINHAS CONTROLADAS
Bloco básico MONO
ESQUEMA: Tabelas de atribuição dos pinos do ESP32
ESQUEMA: Tabelas de atribuição dos canais PWM
O ESP32 possui um controlador interno de PWM chamado LED_PWM. Este controlador possui 8 timers (quatro de alta velocidade e 4 de baixa velocidade), que podem ser configurados independentemente.
Cada timer pode ser multiplexado para dois canais, totalizando 16 canais PWM, que podem ter seu ciclo de trabalho determinado independentemente, mas suas frequências estarão sempre associadas ao timer de origem.
Vamos associar então, a cada função a ser controlada, um canal PWM. Todos serão configurados para operar na mesma frequência (1kHZ), que é suficiente para evitar a percepção do chaveamento do PWM.
Pinout ESP32
Página Web de Controle
O controle do canais PWM serão efetuados através de uma página HTML servida pelo ESP32. Nesta página, teremos o controle independente de cada linha RGB e cada linha monocromática.
Para as linhas RGB, as cores serão selecionadas através de um controle do tipo Color Picker ou digitadas diretamente em formato hexadecimal na caixa de texto respectiva. O universo de cores será dado pelo ajuste independente de cada componente RGB, que podem variar de 0 a 255, totalizando:
Arquivo HTML
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
</head>
<body style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; display:flex; flex-direction:column; align-items:center;">
<h2>Fitas de led rgb</h2>
<input id="colorPicker1" value="#%rgb1%" data-jscolor="{}">
<input id="colorPicker2" value="#%rgb2%" data-jscolor="{}">
<input id="colorPicker3" value="#%rgb3%" data-jscolor="{}">
<h2>Fitas de led brancas</h2>
<input id="range1" type="range" value="%white1%" min="0" max="100">
<input id="range2" type="range" value="%white2%" min="0" max="100">
<input id="range3" type="range" value="%white3%" min="0" max="100">
<br/>
<br/>
<button id="changeButton" onclick="onClick()">Mudar</button>
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/jscolor/2.4.5/jscolor.min.js"></script>
<script>
//Recuperamos os colorpickers que serão utilizados para modificar as fitas de led rgb
var colorPicker1 = document.getElementById("colorPicker1");
var colorPicker2 = document.getElementById("colorPicker2");
var colorPicker3 = document.getElementById("colorPicker3");
//Recuperamos os ranges que serão utilizados para modificar as fitas de led brancas
var range1 = document.getElementById("range1");
var range2 = document.getElementById("range2");
var range3 = document.getElementById("range3");
//Esta função é executada quando se clica no botão "Mudar"
function onClick() {
//Pegamos os valores do rgb em hexadecimal (retiramos o "#" já que não precisamos")
var rgb1 = colorPicker1.value.replace("#", "");
var rgb2 = colorPicker2.value.replace("#", "");
var rgb3 = colorPicker3.value.replace("#", "");
//Pegamos os valores dos ranges
var white1 = range1.value;
var white2 = range2.value;
var white3 = range3.value;
//Enviamos os valores para o ESP
post(rgb1, rgb2, rgb3, white1, white2, white3);
}
function post(rgb1, rgb2, rgb3, white1, white2, white3) {
//Cria uma requisição
var xhr = new XMLHttpRequest();
//A url que colocamos no ESP para receber os valores dos leds
var url = "/api/led";
//Os dados das fitas que vamos enviar
var data = `rgb1=${rgb1}&rgb2=${rgb2}&rgb3=${rgb3}&white1=${white1}&white2=${white2}&white3=${white3}`;
//Enviamos como post
xhr.open("POST", url, true);
//Indicamos como a requisição está enviando os dados
xhr.setRequestHeader("Content-type", "application/x-www-form-urlencoded");
//Esta função será executada quando terminarmos de receber a resposta do ESP
xhr.onload = function () {
console.log(xhr.responseText);
};
//Enviamos os dados dos leds
xhr.send(data);
}
</script>
</body>
</html>
Código Fonte: Arquivo HTML gravado na Flash
Desta vez, não incluiremos o arquivo HTML dentro do código-fonte .INO. Ao invés disso, faremos o upload deste arquivo para a flash do ESP32 e o acessaremos através do SPI Flash File System (SPIFFS). Para isso, a biblioteca SPIFFS, que permite a manipulação de arquivos na flash, deve ser referenciada através da diretiva #include, incluindo assim seu arquivo de cabeçalho ( #include <SPIFFS.h> ). Para realizar o upload do arquivo index.html para a flash, vamos instalar um plugin no IDE do Arduino. Este plugin pode ser encontrado no link abaixo;
o arquivo para upload deve estar na pasta do projeto em uma subpasta chamada data, para que o plugin possa acessá-lo e enviá-lo para a flash ;
Ao reiniciar o IDE Arduino, a opção de upload deverá estar disponível. Basta agora, com o ESP32 conectado e o Terminal Serial fechado, selecionar o opção Ferramentas -> ESP32 Sketch Data Upload
Código Fonte: Arquivo HTML gravado na Flash
A janela de saída de compilação deverá apresentar a mensagem “SPIFFS Image Uploaded”;
[SPIFFS] data : C:\Controle WiFi de fitas de LED RGB\Controle_WiFI_Fitas_LED_RGB_SPIFFS_Server_v13\data [SPIFFS] start : 1376256 [SPIFFS] size : 704 [SPIFFS] page : 256 [SPIFFS] block : 4096 /index.html [SPIFFS] upload : C:\Users\David\AppData\Local\Temp\arduino_build_446617/Controle_WiFI_Fitas_LED_RGB_SPIFFS_Server_v13.spiffs.bin [SPIFFS] address: 1376256 [SPIFFS] port : COM12 [SPIFFS] speed : 921600 [SPIFFS] mode : dio [SPIFFS] freq : 80mSeguida de:
esptool.py v2.6
Serial port COM12
Connecting......
Chip is ESP32D0WDQ5 (revision 1)
Features: WiFi, BT, Dual Core, 240MHz, VRef calibration in efuse, Coding Scheme None
MAC: 98:f4:ab:63:e4:18
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Changing baud rate to 921600
Changed.
Configuring flash size...
Auto-detected Flash size: 4MB
Compressed 720896 bytes to 3036...
Wrote 720896 bytes (3036 compressed) at 0x00150000 in 0.0 seconds (effective 144179.3 kbit/s)...
Hash of data verified.
Leaving...
Hard resetting via RTS pin...
Código Fonte: Biblioteca de Servidor Assícrono
Outra ferramenta que aplicaremos neste exemplo é a biblioteca ESPAsyncWebServer, que nos permitirá manter no ESP32 um servidor WEB com gerenciamento para acessos assíncronos. Esta biblioteca pode ser encontrada no link abaixo. Para utilizá-la com o ESP32, a biblioteca AsyncTCP também é necessária. Seu link é mostrado logo em seguida;
ESPAsyncWebServer
https://github.com/me-no-dev/ESPAsyncWebServer
AsyncTCP
https://github.com/me-no-dev/AsyncTCP
* Suas instalações seguem os métodos normais de instalação e não serão tratados aqui.
Código Fonte: Declarações
#include <WiFi.h> //Inclui a biblioteca de WiFi
#include <ESPAsyncWebServer.h> //Inclui a biblioteca do servidor WEB
#include <SPIFFS.h> //Inclui a biblioteca do SPIFFS (SPI Flash File System)
// Matriz dos pinos de controle (Linhas RGB 1, 2 e 3 e Linha MONO)
//RED,GREEN,BLUE
const int pinos_RGB_1[3] = {23, 22, 21}; //Pinos usados pela linha RGB 1
const int pinos_RGB_2[3] = {19, 18, 17}; //Pinos usados pela linha RGB 2
const int pinos_RGB_3[3] = {27, 26, 25}; //Pinos usados pela linha RGB 3
// 1, 2, 3
const int pinos_MONO[3] = {16, 14, 13}; //Pinos usados pela linha MONOcromática
// Canais dos PWMs (Linhas RGB 1, 2 e 3 e Linha MONO)
const int canais_RGB_1[3] = {0, 1, 2}; //Canais usados pela linha RGB 1
const int canais_RGB_2[3] = {3, 4, 5}; //Canais usados pela linha RGB 2
const int canais_RGB_3[3] = {6, 7, 8}; //Canais usados pela linha RGB 3
const int canais_MONO[3] = {9, 10, 11}; //Canais usados pela linha MONOcromática
// Frequência e resolução dos PWMs (Linhas RGB 1, 2 e 3 e Linha MONO)
const int frequencia = 1000; // Frequência dos PWMs
const int resolucao = 8; // 8 bits
const float maxPWM = float(pow(2, resolucao) - 1); //para 8 bits, 255 estados
//Configurações para o WiFi
const char *ssid = “Seu SSID";
const char *password = “Sua Senha";
//O nosso server que vai receber requisições na porta 80
AsyncWebServer server(80);
//Quantidade de fitas RGB
const int rgbCount = 3;
//Quantidade de fitas brancas
const int whiteCount = 3;
//Array com os valores das fitas rgb
unsigned int rgb[rgbCount] = {0xFF0000, 0x00FF00, 0x0000FF};
//Array com os valores das fitas brancas
unsigned int white[whiteCount] = {30, 60, 100};
Código Fonte: setup()
void setup()
{
//Faz os ajustes dos PWMs
setupPWM();
//Faz o auto teste
autoTeste();
//Inicializa Serial
Serial.begin(115200);
//Se não foi possível inicializar o SPIFFS
if (!SPIFFS.begin(true))
{
Serial.println("SPIFFS Error");
return;
}
//Conecta à rede WiFi
setupWiFi();
//Configura e inicializa o server
setupServer();
}
Código Fonte: setupPWM()
void setupPWM()
{
// Ajusta a frequência e resolução de todos os canais de cada linha
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
ledcSetup(canais_RGB_1[i], frequencia, resolucao); //linha RGB 1
ledcSetup(canais_RGB_2[i], frequencia, resolucao); //linha RGB 2
ledcSetup(canais_RGB_3[i], frequencia, resolucao); //linha RGB 3
ledcSetup(canais_MONO[i], frequencia, resolucao); //linha monocromática
}
// Relaciona cada pino ao seu respectivo canal PWM em cada linha
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
ledcAttachPin(pinos_RGB_1[i], canais_RGB_1[i]); //linha RGB 1
ledcAttachPin(pinos_RGB_2[i], canais_RGB_2[i]); //linha RGB 2
ledcAttachPin(pinos_RGB_3[i], canais_RGB_3[i]); //linha RGB 3
ledcAttachPin(pinos_MONO[i], canais_MONO[i]); //linha monicromática
}
// Ajusta todos os PWM inicialmente para zero
changeWhiteLed(1, 0.0);
changeWhiteLed(2, 0.0);
changeWhiteLed(3, 0.0);
changeRGBLed(1, 0.0, 0.0, 0.0);
changeRGBLed(2, 0.0, 0.0, 0.0);
changeRGBLed(3, 0.0, 0.0, 0.0);
}
Código Fonte: setupWifi()
void setupWiFi()
{
Serial.print("Conectando em ");
Serial.print(ssid);
//Manda conectar à rede com ssid e senha
WiFi.begin(ssid, password);
//Enquanto não conectar
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
{
delay(500);
Serial.print(".");
}
//Se chegou aqui está conectado
Serial.println();
Serial.println("Conectado !!!");
//Exibe no Monitor Serial o IP que utilizaremos no navegador para visualizar a página html
Serial.println(WiFi.localIP());
}
Código Fonte: setupServer()
void setupServer()
{
//Quando uma requisição do tipo GET acontecer no path "/" executaremos a função getIndex
server.on("/", HTTP_GET, getIndex);
//Quando uma requisição do tipo POST acontecer no path "/api/led" executaremos a função postApiLed
server.on("/api/led", HTTP_POST, postApiLed);
//Inicializamos o server
server.begin();
}
Código Fonte: getIndex()
//Esta função irá carregar o arquivo "index.html" do SPIFFS, fará um processamento nele com a função
//"templateProcessor" para substituir os %rgb1%, %rgb2% e %rgb3% pelos valores das nossas variáveis e por
//fim enviará a página para quem fez a requisição
void getIndex(AsyncWebServerRequest *request)
{
request->send(SPIFFS, "/index.html", String(), false, templateProcessor);
}
Código Fonte: templateProcessor()
//Função que executará o processamento do arquivo html, substituindo as
//ocorrências de %rgb1%, %rgb2%, %rgb3%, %white1%, %white2% e %white3% por
//seus respectivos valores
String templateProcessor(const String &v)
{
//Vamos verificar para cada fita de led rgb e trocar o seu valor para a apresentação correta do html
for (int i = 1; i <= rgbCount; i++)
{
String str = String("rgb") + i;
//Se encontramos o valor
if (v == str)
{
//Criamos um buffer
char buffer[8] = {0};
//Na interface o id começa do 1, porém aqui no array começa do 0, então tiramos 1
int index = i - 1;
//Transformamos o valor em string hexadecimal
sprintf(buffer, "#%06x", rgb[index]);
//Retornamos o valor que é para substituir no html
return String(buffer);
}
}
//Vamos verificar para cada fita de led branca e trocar o seu valor para a apresentação correta do html
for (int i = 1; i <= whiteCount; i++)
{
String str = String("white") + i;
//Se encontramos o valor
if (v == str)
{
//Na interface o id começa do 1, porém aqui no array começa do 0, então tiramos 1
int index = i - 1;
//Retornamos o valor que é para substituir no html
return String(white[index]);
}
}
return "";
}
Código Fonte: postApiLed()
//Está função receberá os novos valores de rgb vindos da página
void postApiLed(AsyncWebServerRequest *request)
{
//Verificaremos se recebemos o parâmetro correspondente a cada fita de led rgb
for (int i = 1; i <= rgbCount; i++)
{
String param = String("rgb") + i;
//Se recebemos o parâmetro
if (request->hasParam(param, true))
{
//Recuperamos o valor
String strRgb = request->getParam(param, true)->value();
//Na interface o id começa do 1, porém aqui no array começa do 0, então tiramos 1
int index = i - 1;
//Transformamos o valor (que está como uma string hexadecimal, portanto base 16) em inteiro sem sinal
rgb[index] = strtoul(strRgb.c_str(), NULL, 16);
//Chamamos a função para indicar que o valor que vai para fita de led rgb em questão precisa ser alterado
onRgbChange(i, rgb[index]);
}
}
//Verificaremos se recebemos o parâmetro correspondente a cada fita de led branca
for (int i = 1; i <= whiteCount; i++)
{
String param = String("white") + i;
//Se recebemos o parâmetro
if (request->hasParam(param, true))
{
//Recuperamos o valor
String strWhite = request->getParam(param, true)->value();
//Na interface o id começa do 1, porém aqui no array começa do 0, então tiramos 1
int index = i - 1;
//Transformamos de string para inteiro
white[index] = atoi(strWhite.c_str());
//Chamamos a função para indicar que o valor que vai para fita de led branca em questão precisa ser alterado
onWhiteChange(i, white[index]);
}
}
//Informamos a quem fez a requisição que tudo ocorreu conforme esperado
request->send(200, "text/plain", "OK");
}
Código Fonte: onRgbChange()
void onRgbChange(int id, unsigned int rgb)
{
//Recuperamos os valores de cada cor (r, g e b) que a fita com o id passado deverá ficar
int r = (rgb >> 16) & 0xFF;
int g = (rgb >> 8) & 0xFF;
int b = rgb & 0xFF;
//Convertemos em termos de porcentagem onde 0.5 = 50%, 0.75 == 75%, 1 == 100%, etc.
float rPercentage = r / 255.0;
float gPercentage = g / 255.0;
float bPercentage = b / 255.0;
//Mudamos na fita de led com o id passada
changeRGBLed(id, rPercentage, gPercentage, bPercentage);
}
Código Fonte: changeRgbLed()
void changeRGBLed(int id, float rPercentage, float gPercentage, float bPercentage)
{
//Imprimimos os valores recebidos tabulados (somente para debug)
Serial.print("RGB ");
Serial.print(id); Serial.print("\t");
Serial.print(rPercentage); Serial.print("\t");
Serial.print(gPercentage); Serial.print("\t");
Serial.print(bPercentage); Serial.print("\t");
Serial.println();
/* Antes de alterar, lembramos que o sinal é inverido, assim,
invertemos a porcentagem usando uma subtração.
(1.0 - rPercentage).
*/
if (id == 1) //Se a mudança for para a Linha RGB 1
{
ledcWrite(canais_RGB_1[0], (1.0 - rPercentage) * maxPWM);
ledcWrite(canais_RGB_1[1], (1.0 - gPercentage) * maxPWM);
ledcWrite(canais_RGB_1[2], (1.0 - bPercentage) * maxPWM);
}
else if (id == 2) //Se a mudança for para a Linha RGB 2
{
ledcWrite(canais_RGB_2[0], (1.0 - rPercentage) * maxPWM);
ledcWrite(canais_RGB_2[1], (1.0 - gPercentage) * maxPWM);
ledcWrite(canais_RGB_2[2], (1.0 - bPercentage) * maxPWM);
}
else if (id == 3) //Se a mudança for para a Linha RGB 3
{
ledcWrite(canais_RGB_3[0], (1.0 - rPercentage) * maxPWM);
ledcWrite(canais_RGB_3[1], (1.0 - gPercentage) * maxPWM);
ledcWrite(canais_RGB_3[2], (1.0 - bPercentage) * maxPWM);
}
else //Algo deu errado!
{
Serial.println("ID RGB não reconhecido.");
}
}
Código Fonte: onWhiteChange()
void onWhiteChange(int id, unsigned int white)
{
float whitePercentage = white / 100.0;
changeWhiteLed(id, whitePercentage);
}
Código Fonte: changeWhiteLed()
void changeWhiteLed(int id, float whitePercentage)
{
//Imprimimos os valores recebidos tabulados (somente para debug)
Serial.print("MONO ");
Serial.print(id); Serial.print("\t");
Serial.println(whitePercentage);
/* Antes de alterar, lembramos que o sinal é invertido, assim,
invertemos a porcentagem usando uma subtração.
(1.0 - whitePercentage).
*/
if (id == 1) //Se a mudança for para a Linha MONO 1
{
ledcWrite(canais_MONO[0], (1.0 - whitePercentage) * maxPWM);
}
else if (id == 2) //Se a mudança for para a Linha MONO 2
{
ledcWrite(canais_MONO[1], (1.0 - whitePercentage) * maxPWM);
}
else if (id = 3) //Se a mudança for para a Linha MONO 3
{
ledcWrite(canais_MONO[2], (1.0 - whitePercentage) * maxPWM);
}
else //Algo deu errado!
{
Serial.println("ID MONO não reconhecido.");
}
}
Código Fonte: autoTeste()
void autoTeste()
{
// *** NÃO ESQUECER QUE A LÓGICA É INVERTIDA ***
const int intervalo = 5; //Determina a rapidez do auto teste
// INCREMENTA todos os canais VERMELHOS
for (int i = maxPWM; i >= 0; i--)
{
ledcWrite(canais_RGB_1[0], i);
ledcWrite(canais_RGB_2[0], i);
ledcWrite(canais_RGB_3[0], i);
delay(intervalo);
}
// DECREMENTA todos os canais VERMELHOS
for (int i = 0; i <= maxPWM; i++)
{
ledcWrite(canais_RGB_1[0], i);
ledcWrite(canais_RGB_2[0], i);
ledcWrite(canais_RGB_3[0], i);
delay(intervalo);
}
// INCREMENTA todos os canais VERDES
for (int i = maxPWM; i >= 0; i--)
{
ledcWrite(canais_RGB_1[1], i);
ledcWrite(canais_RGB_2[1], i);
ledcWrite(canais_RGB_3[1], i);
delay(intervalo);
}
// DECREMENTA todos os canais VERDES
for (int i = 0; i <= maxPWM; i++)
{
ledcWrite(canais_RGB_1[1], i);
ledcWrite(canais_RGB_2[1], i);
ledcWrite(canais_RGB_3[1], i);
delay(intervalo);
}
// INCREMENTA todos os canais AZUIS
for (int i = maxPWM; i >= 0; i--)
{
ledcWrite(canais_RGB_1[2], i);
ledcWrite(canais_RGB_2[2], i);
ledcWrite(canais_RGB_3[2], i);
delay(intervalo);
}
// DECREMENTA todos os canais AZUIS
for (int i = 0; i <= maxPWM; i++)
{
ledcWrite(canais_RGB_1[2], i);
ledcWrite(canais_RGB_2[2], i);
ledcWrite(canais_RGB_3[2], i);
delay(intervalo);
}
// INCREMENTA todos os canais MONOCROMÁTICOS
for (int i = maxPWM; i >= 0; i--)
{
ledcWrite(canais_MONO[0], i);
ledcWrite(canais_MONO[1], i);
ledcWrite(canais_MONO[2], i);
delay(intervalo);
}
// DECREMENTA todos os canais MONOCROMÁTICOS
for (int i = 0; i <= maxPWM; i++)
{
ledcWrite(canais_MONO[0], i);
ledcWrite(canais_MONO[1], i);
ledcWrite(canais_MONO[2], i);
delay(intervalo);
}
}
Código Fonte: loop()
//Não precisamos fazer nada no loop, pois já utilizamos os callbacks
//para executar as tarefas necessárias
void loop()
{
}
Capturas: Página HTML e Terminal Serial
Abaixo vemos uma ajuste realizado na página HTML e sua recepção indicada no Terminal Serial do Arduino IDE. Note que os valores indicados pelo Terminal Serial representam porcentagens dos 255 estados possíveis de cada cor e de cada slider.
2 Comentários
Fernando, em 'codigo fonte: declaracoes', as linha que têm o #include estão corretas?
ResponderExcluirEu usei IRF740 e funcionou bem no meu projeto. Mais barato e no meu caso mais fácil de encontrar. Particularmente vc enxerga algum problema?
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