În această sesiune vom face o lampă de urgență 9WATT folosind Raspberry Pi și Python. Această lampă va detecta automat întunericul și absența sursei de alimentare de curent alternativ și se va aprinde atunci când există o întrerupere a energiei și dacă nu există lumină adecvată.
Deși sunt disponibile diverse lămpi de urgență, dar acestea sunt dedicate exclusiv unui singur scop, cum ar fi un circuit simplu de lumină de urgență pe care l-am creat anterior, se declanșează numai în caz de întrerupere a alimentării. Cu Raspberry Pi îi putem adăuga diverse alte funcționalități, ca aici am adăugat LDR pentru a detecta întunericul la diferite niveluri. Aici am adăugat două nivele, când este întuneric complet, lampa va străluci cu intensitate maximă și când este semi întuneric, va străluci la o capacitate de 30%. Deci, aici vom proiecta această lampă pentru a fi aprinsă atunci când tensiunea de curent alternativ este oprită și când intensitatea luminii din cameră scade foarte puțin.
Componente necesare:
Aici folosim Raspberry Pi 2 Model B cu Raspbian Jessie OS. Toate cerințele de bază privind hardware-ul și software-ul sunt discutate anterior, le puteți căuta în Introducere Raspberry Pi și LED-ul Raspberry PI Clipește pentru a începe, în afară de asta avem nevoie:
- Condensator 1000µF
- 1WATT LED (9 bucăți)
- + 12V baterie de plumb sigilată cu acid
- Banca de putere 6000-10000mAH
- + 5V DC adaptor
- Cip Lm324 OP-AMP
- 4N25 optocuplator
- MOSFET IRFZ44N
- LDR (rezistență dependentă de lumină)
- LED (1 buc)
- Rezistoare: 1KΩ (3 bucăți), 2,2KΩ, 4,7KΩ, 100Ω (2 bucăți), 10Ω (9 bucăți), 10KΩ, 100KΩ
- Pot 10KΩ (3 bucăți) (toate rezistențele au 0,25 wați)
Descriere:
Înainte de a intra în Circuit Connections și funcționarea acestuia, vom afla despre componente și scopul lor în circuit:
Lampă LED de 9 wați:
Lampa este format din nouă LED - uri de 1 watt. Există diferite tipuri de LED-uri prezente pe piață, dar LED-urile 1WATT sunt ușor disponibile peste tot. Aceste LED-uri funcționează la 3.6V, așa că vom conecta trei dintre ele în serie împreună cu diode de protecție pentru a funcționa la + 12V. Vom conecta trei dintre aceste benzi formând o lampă cu LED 9WATT. Vom folosi această lampă cu Raspberry Pi în consecință.
LDR (rezistență dependentă de lumină) pentru a detecta întunericul:
Vom folosi LDR (Light Dependent Resistor) pentru a detecta intensitatea luminii din cameră. LDR își schimbă rezistența liniar cu intensitatea luminii. Acest LDR va fi conectat la divizorul de tensiune. Cu aceasta vom avea tensiune variabilă pentru a reprezenta intensitatea luminii variabile. Dacă intensitatea luminii este scăzută, tensiunea de ieșire va fi MARE și dacă intensitatea luminii, dacă ieșirea de tensiune ÎNALTĂ va fi scăzută.
Op-amp LM324 IC pentru verificarea ieșirii LDR:
Raspberry Pi nu are un mecanism intern ADC (Analog to Digital Converter). Deci, această configurare nu poate fi conectată direct la Raspberry Pi. Vom folosi comparatoare bazate pe OP-AMP pentru a verifica ieșirile de tensiune de la LDR.
Aici am folosit op-amp LM324 care are patru amplificatoare operaționale în interior și am folosit două op-amp din aceste patru. Deci, PI-ul nostru va putea detecta intensitatea luminii la două niveluri. În funcție de aceste niveluri, vom regla luminozitatea lămpii cu LED-uri. Când este întuneric complet, lampa va străluci cu intensitate maximă și atunci când este pe jumătate întunecată, va străluci la o capacitate de 30%. Verificați codul și videoclipul Python, la final, pentru a-l înțelege corect. Aici am folosit conceptul PWM în Raspberry Pi pentru a controla intensitatea LED-urilor.
Raspberry Pi are 26GPIO, dintre care unele sunt utilizate pentru funcții speciale. Cu GPIO special pus deoparte, avem 17 GPIO. Fiecare dintre cei 17 pini GPIO nu poate lua o tensiune mai mare de + 3,3 V, deci ieșirile amplificatorului Op nu pot fi mai mari de 3,3 V. Prin urmare, am ales op-amp LM324, deoarece acest cip poate funcționa la + 3,3 V oferind ieșiri logice nu mai mult de + 3,3 V. Aflați mai multe despre Pinii GPIO ai Raspberry Pi aici. Verificați, de asemenea, seria noastră de tutoriale Raspberry Pi, împreună cu câteva proiecte IoT bune.
Adaptor AC la DC pentru a verifica linia AC:
Vom folosi logica tensiunii de ieșire a adaptorului de curent alternativ la curent continuu pentru a detecta starea liniei de curent alternativ. Deși există diferite modalități de a detecta starea liniei de curent alternativ, aceasta este cea mai sigură și mai ușoară cale de parcurs. Vom lua logica + 5V de la adaptor și o vom da Raspberry Pi printr-un circuit divizor de tensiune pentru a acoperi + 5V logică înaltă la + 3.3v logică ÎNALTĂ. Vedeți schema circuitului pentru o mai bună înțelegere.
Power Bank și baterie 12v plumb acid pentru alimentare:
Rețineți că Raspberry Pi trebuie să funcționeze în absența alimentării, așa că vom conduce PI folosind o bancă de alimentare (un acumulator 10000mAH), iar lampa LED 9WATT va fi alimentată de + 12V, baterie cu ACID de plumb sigilată 7AH. Lampa cu LED-uri nu poate fi alimentată de la o baterie de energie, deoarece consumă prea multă energie, deci trebuie alimentată de la o sursă de alimentare separată.
Puteți alimenta Raspberry Pi cu o baterie de + 12V dacă aveți un convertor eficient de + 12V la + 5v. Prin intermediul acestui convertor puteți renunța la banca de alimentare și alimenta întregul circuit cu o singură sursă de baterie.
Explicația circuitului:
Diagrama circuitului luminii de urgență Raspberry Pi este prezentată mai jos:
Aici am folosit trei din patru comparatoare în LM324 IC. Două dintre ele vor fi utilizate pentru a detecta nivelurile de intensitate a luminii și a treia va fi folosită pentru a detecta nivelul de tensiune scăzută al bateriei + 12V.
1. OP-AMP1 sau U1A: Terminalul negativ al acestui comparator este prevăzut cu 1.2V (reglați RV2 pentru a obține tensiunea) și terminalul pozitiv este conectat la rețeaua LDR divizor de tensiune. Pe măsură ce umbra cade pe LDR, rezistența sa internă crește. Odată cu creșterea rezistenței interne a LDR, căderea de tensiune la terminalul pozitiv al OP-AMP1 crește. Odată ce această tensiune depășește 1,2V, OP-AMP1 oferă o ieșire de + 3,3V. Această ieșire logică HIGH a OP-AMP va fi detectată de Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 sau U1B: Terminalul negativ al acestui comparator este prevăzut cu 2.2V (reglați RV3 pentru a obține tensiunea), iar terminalul pozitiv este conectat la rețeaua LDR divizor de tensiune. Pe măsură ce umbra care cade pe LDR crește și mai mult, rezistența sa internă crește și mai mult. Odată cu creșterea în continuare a rezistenței interne a LDR, căderea de tensiune la terminalul pozitiv al OP-AMP2 crește. Odată ce această tensiune depășește 2,2 V, OP-AMP2 oferă o ieșire de + 3,3 V. Această ieșire logică HIGH a OP-AMP va fi detectată de Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 sau U1C: Acest OP-AMP va fi utilizat pentru a detecta nivelul de tensiune scăzută al acumulatorului + 12v. Terminalul negativ al acestui comparator este prevăzut cu 2.1V (reglați RV1 pentru a obține tensiunea), iar terminalul pozitiv este conectat la un circuit divizor de tensiune. Acest divizor împarte tensiunea bateriei de 1 / 5,7 ori, astfel pentru tensiunea bateriei de 12,5V vom avea 2,19V la terminalul pozitiv al OP-AMP3. Când tensiunea bateriei scade sub 12,0V, tensiunea la borna pozitivă va fi <2,1V. Deci, cu 2.1v la terminal negativ, ieșirea OP-AMP scade. Deci, când tensiunea bateriei scade sub 12V (înseamnă sub 2.1v la terminalul pozitiv), OP-AMP trage în jos ieșirea, această logică va fi detectată de Raspberry Pi.
Explicație de lucru:
Întreaga funcție a acestei lămpi de urgență Raspberry Pi poate fi declarată ca:
În primul rând, Raspberry Pi detectează dacă există sau nu curent alternativ prin detectarea logicii la GPIO23, unde se iau + 3,3 V de la adaptorul CA. Odată ce alimentarea se oprește, + 5V din adaptor se oprește și Raspberry Pi trece la pasul următor numai dacă este detectată această logică LOW, dacă nu PI nu va trece la pasul următor. Această logică LOW se întâmplă numai când alimentarea cu curent alternativ se oprește.
Următorul PI verifică dacă nivelul bateriei LEAD ACID este scăzut. Această logică este furnizată de OP-AMP3 la GPIO16. Dacă logica este LOW, atunci PI nu trece la pasul următor. Cu o tensiune a bateriei mai mare de + 12V, PI trece la pasul următor.
Următorul Raspberry Pi verifică dacă întunericul din cameră este ÎNALT, această logică este furnizată de OP-AMP2 la GPIO20. Dacă da, PI oferă ieșire PWM (Pulse Width Modulation) cu un ciclu de funcționare de 99%. Acest semnal PWM acționează opto-cuplajul care conduce MOSFET-ul. MOSFET alimentează configurarea LED-ului 9WATT așa cum se arată în figură. Dacă nu există întuneric complet, PI trece la pasul următor. Aflați mai multe despre PWM în Raspberry Pi aici.
Apoi, Raspberry Pi verifică dacă întunericul din cameră este scăzut, această logică este furnizată de OP-AMP1 la GPIO21. Dacă da, PI oferă ieșire PWM (Pulse Width Modulation) cu un ciclu de funcționare de 30%. Acest semnal PWM acționează opto-cuplajul care conduce MOSFET-ul. MOSFET alimentează configurarea LED-ului 9WATT așa cum se arată în figură. Dacă există lumină adecvată în cameră, atunci Raspberry Pi nu furnizează ieșire PWM, astfel încât LAMP va fi complet OPRIT.
Deci, pentru a porni această lampă de urgență, ambele condiții trebuie să fie Adevărate, înseamnă că linia de curent alternativ trebuie să fie oprită și trebuie să existe întuneric în cameră. Puteți obține o înțelegere clară verificând codul și videoclipul complet Python de mai jos.
Puteți adăuga în continuare funcționalități mai interesante și niveluri de întuneric la această lampă de urgență. Verificați, de asemenea, mai multe circuite electronice de putere:
- 0-24v 3A Sursă de alimentare variabilă utilizând LM338
- Circuitul încărcătorului de baterie 12v folosind LM317
- Circuit invertor 12V DC la 220v AC
- Circuit încărcător telefon mobil