Smart Nanoleaf Replica – Nanoleaf DIY in 3D, WS2812 + ESP8266, Web UI & Alexa

Bản sao Nanoleaf giá rẻ có thể in 3D, có Webinterface và hỗ trợ Alexa dùng dải LED RGB WS2812. Dễ in, rẻ để dựng, kiểu gì cũng nên có một bộ.

Hướng dẫn in (Print instructions)

Nanoleafs DIY in 3D (CẬP NHẬT MỚI)

Cập nhật 24.02.2019

Tích hợp Node-RED & Alexa (tuỳ chọn)

• Thêm tích hợp Node-RED (hoàn toàn tuỳ chọn)
• Thêm hỗ trợ Amazon Alexa trong Node-RED
• Thêm chức năng cho webserver để hỗ trợ custom patterns

Hướng dẫn setup Node-RED nằm trên GitHub

Mình đã thiết kế và làm một phiên bản thay thế của Nanoleaf Light Panel Replica và fork một phần mềm điều khiển led-strip WS2812b khá hay để chạy ngon với bộ nanoleafs DIY. Phần mềm và hướng dẫn setup chi tiết có trên GitHub và tương thích với phiên bản Nanoleaf của Harvahammas. Nanoleafs được thiết kế bằng Fusion 360.

Danh sách linh kiện (Bill of Materials)

• 1x Wemos D1 mini (khuyến nghị). Các biến thể ESP8266 khác cũng chạy được, nhưng có thể sẽ cần thêm mạch step-down converter.
• Dải LED WS2812b: nhớ chọn loại IP30, các mức IP khác không có ý nghĩa trong trường hợp này và có khi còn không vừa. Nên mua loại 60 leds/m trở lên.
• 1x 3.3V to 5V Logic Level Shifter (cần nếu LED bị “glitch”)
• 1x Power Jack
• 1x Dây 3 lõi (3 pin wire)
• 1x Nguồn 5V 3A
• Bu lông M4*10mm
• Khuyến nghị dùng PLA trắng

Các link phía trên là affiliate links

Lắp ráp (Assembly)

Bước 1: Lên kế hoạch bố trí

Khuyến nghị vẽ trước bố cục các “leaf” sẽ sắp như thế nào. Sau đó làm một bảng số lượng cho tất cả chi tiết cần in 3D.

Chọn số lượng led pixels bạn sẽ dùng ở mỗi góc. Mỗi góc phải có cùng số lượng LED.
Mình dùng 4 LED cho mỗi góc, vậy là 12 led pixels cho mỗi leaf → 1m loại 60 leds/m = 5 leafs
Mình không khuyến nghị dùng hơn 5 LED mỗi góc trên dải 60leds/m, vì dải LED có thể bị cấn với connector ở bên hông.

Bước 2: Chọn loại diffuser

Có 3 biến thể diffuser:

• Diffuser PLA
• Diffuser giấy
• Diffuser giấy có viền (Edged)

Diffuser PLA:
Khuyến nghị nếu bạn in trên mặt bàn phẳng và lớp first layer ra đều, ví dụ in trên kính.

Diffuser giấy:
Nếu first layer hay bị không đều thì chọn loại này; cắt giấy ảnh (photo paper) thành miếng bằng cutting_tool.stl.

Diffuser giấy có viền:
Chọn nếu bạn không thích mép bo tròn của diffuser giấy bản thường.

Bước 3: In các chi tiết

Đảm bảo in tất cả diffuser ở 100% infill bằng PLA trắng. Nếu không in 100% thì hoa văn infill có thể bị nhìn xuyên qua.

Phần base có thể in PLA đen, nhưng màu khác cũng được. Nếu bạn muốn ánh sáng LED hắt nhẹ ra hai bên thì chọn PLA trắng cho base. Base cũng có phiên bản M3. Base có thể in với gần như mọi mức infill.

Bạn có thể in hộp điện (electronics box) hoặc chỉ cần dán ESP8266 trực tiếp lên base đầu tiên.

Bước 4: Lắp các leaf

Trước tiên bóc lớp keo phía sau dải LED rồi đặt vào các góc. Tất cả các đoạn dải LED phải có đường GND hướng xuống. Cắt dây thành từng đoạn. Nhớ đừng cắt dây quá dài, không thôi có thể nhìn thấy khi dây nằm sát diffuser. Khi hàn, để ý mũi tên: nó phải luôn cùng một hướng, mũi tên phải hướng ra xa ESP8266.

Quan trọng: Tất cả các đoạn LED phải nối nối tiếp (series), không nối song song (parallel)!

Bước 5: Nối các leaf với nhau

Dùng bu lông M4 để nối các leaf lại với nhau. Chừa khe hở 4mm giữa các mối nối leaf. Sau đó nối đầu cuối của leaf này sang điểm bắt đầu của leaf kế tiếp.
Nhớ để ý mũi tên!

Bước 6: Lắp hộp điện

Gắn power jack và Wemos D1 vào trong. Nối điểm bắt đầu của dải LED vào chân D4 của ESP8266. Nối các dây còn lại như hình dưới.

Dùng mạch này nếu LED bị “glitch”

Dùng băng keo điện để cách điện logic level shifter.

Bước cuối: Gắn Nanoleafs lên tường

Nhớ flash phần mềm trước và test các leaf. Nếu có glitch thì dùng logic-level converter. Nếu vẫn glitch, kiểm tra xem dây data có bị nhiễu do đi sát dây khác không. Nếu LED bắt đầu tối dần hoặc đổi màu dọc theo dải, bạn có thể cần cấp thêm nguồn ở cuối dải.

Nếu mọi thứ ổn, ấn các diffuser từ phía trên xuống và dùng lục giác (allen key) hoặc tua vít để siết chặt các mối nối giữa các leaf.

Bạn có thể gắn “Nanoleafs” theo các cách:

• Đóng đinh (khuyến nghị)
• Tắc kê + vít
• Băng keo 2 mặt

Phần mềm (Software)

Client đơn giản (Simple Client)

Phần mềm chạy trên ESP8266. Web app được lưu trong SPIFFS (bộ nhớ flash on-board). Mình đã fork esp8266 fastled webserver của jasoncoon, chỉnh lại các pattern để nhìn hợp hơn trên leaf, và làm thêm cách để tô màu từng leaf riêng lẻ.

Phần mềm và hướng dẫn setup chi tiết có trên GitHub.

Tích hợp nâng cao Node-RED & Alexa

Node-RED GUI

Node-RED GUI là phần bổ sung cho UI thường đang chạy trên Wemos D1 mini. Nó cho phép tạo và lưu custom patterns, đồng thời điều khiển các tham số giống như webserver ESP8266. Có thể truy cập bằng bất kỳ thiết bị nào.

Nanoleaf Designer

Trong Node-RED GUI, bạn có thể tạo setup nanoleaf dễ dàng bằng Nanoleaf Designer. Dễ dùng và cho ra gần như mọi thiết kế có thể. Tuy nhiên có thể vẫn còn một vài lỗi nhỏ.

Nanoleaf Custom Pattern Designer

Với Nanoleaf Custom Pattern Designer bạn có thể tạo pattern tuỳ biến kèm hiệu ứng. Hiện tại từng leaf có thể đặt ở chế độ Static và Breathe (cho phép set phase shift để các leaf “thở”). Flow-mode sẽ có ở bản cập nhật sau.

Phần cứng bổ sung cần cho Node-RED & Alexa

• Bất kỳ thiết bị nào chạy Node-RED, ví dụ:
  • (khuyến nghị) Raspberry Pi
  • Máy Linux bất kỳ
  • (có hướng dẫn cho linux) Máy Windows bất kỳ
• Thiết bị Amazon Alexa để tích hợp Alexa; cũng dùng được trên Android và iOS (TUỲ CHỌN)

Câu lệnh Alexa

• Bật/tắt
• Điều chỉnh độ sáng
• Điều chỉnh tốc độ pattern
• Đặt màu
• Chuyển sang Rainbow mode
• Bật Autoplay và đặt Duration
• Kích hoạt custom activities

Alexa, turn Nanoleafs on/off
Alexa, set Nanoleafs 70%
Alexa, dim Nanoleafs
Alexa, Nanoleaf speed 20%
Alexa, set Nanoleafs pink
Alexa, turn Nanoleaf rainbow on
Alexa, turn Nanoleaf Autoplay on
Alexa, set Nanoleaf Autoplay 40

Alexa, Nanoleaf Default
Alexa, Nanoleaf Mode 1
Alexa, Nanoleaf Mode 2
Alexa, Nanoleaf Mode 3

Tạo thiết kế và pattern (Creating Designs and Patterns)

Trước tiên bấm Open Designer.
Sau đó chọn một tile bắt đầu bằng Add Position A hoặc Add Position B; bạn luôn có thể reset toàn bộ config.
Khi thêm tile bắt đầu, một tam giác sẽ hiện lên trên canvas; các chữ thể hiện vị trí leaf tiếp theo được thêm tương ứng với các nút.

Bạn có thể dùng các nút mũi tên để quay lại và nối tiếp leaf ở vị trí khác, nhưng nhớ là phải đi dây đúng thứ tự; các con số thể hiện thứ tự đi dây của các leaf.

Xong rồi thì bấm save design.

Setup của mình (My Setup)

Mình làm bộ Nanoleafs gồm 12 leaf với 4 LED ở mỗi góc. Tổng cộng 144 LED (~2.5m dải 60leds/m).

Mình test bằng nguồn phòng lab và thấy rằng nguồn 2A cũng đủ. Nhưng mình chọn an toàn nên dùng nguồn 3A.

Video preview xem ở đây và đây