Tässä istunnossa aiomme tehdä 9WATT-hätävalaisimen käyttämällä Raspberry Pi: tä ja Pythonia. Tämä lamppu tunnistaa automaattisesti verkkovirran pimeyden ja puuttumisen ja syttyy, kun sähkökatko tapahtuu ja oikeaa valoa ei ole.
Vaikka saatavilla on useita hätävalaisimia, mutta ne on tarkoitettu yksinomaan palvelemaan yhtä tarkoitusta, kuten yksi aiemmin luomamme yksinkertainen hätävalopiiri, laukaisee vain sähkökatkoksen. Vadelma Pi: n avulla voimme lisätä siihen useita muita toimintoja, kuten täällä olemme lisänneet LDR: n havaitsemaan pimeyden eri tasoilla. Tässä olemme lisänneet kaksi tasoa, kun on täysin pimeää, lamppu hehkuu täydellä teholla ja kun on puolipimeää, se hehkuu 30%: n kapasiteetilla. Joten aiomme suunnitella tämän lampun sytytettäväksi, kun vaihtovirta on pois päältä ja kun huoneen valovoima laskee hyvin matalaksi.
Vaaditut komponentit:
Tässä käytämme Raspberry Pi 2 -mallia B Raspbian Jessie -käyttöjärjestelmän kanssa. Kaikista laitteisto- ja ohjelmistovaatimuksista on keskusteltu aiemmin, voit etsiä niitä Raspberry Pi -esittelystä ja Vadelma PI -merkkivalo vilkkuu aloittaaksesi, paitsi mitä tarvitsemme:
- 1000µF kondensaattori
- 1WATT-LED (9 kpl)
- + 12 V: n suljettu lyijyhappoakku
- 6000-10000mAH virtapankki
- + 5 V DC-sovitin
- LM324 OP-AMP-siru
- 4N25-optoeristin
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (valosta riippuva vastus)
- LED (1 kpl)
- Vastukset: 1KΩ (3 kpl), 2,2KΩ, 4,7KΩ, 100Ω (2 kpl), 10Ω (9 kpl), 10KΩ, 100KΩ
- 10KΩ potti (3 kpl) (kaikki vastukset ovat 0,25 wattia)
Kuvaus:
Ennen kuin ryhdymme piiriliitäntöihin ja niiden toimintaan, opimme piirin komponentit ja niiden tarkoituksen:
9 watin LED-lamppu:
LAMP koostuu yhdeksästä 1WATT LEDit. Markkinoilla on erilaisia LEDejä, mutta 1WATT LED on helposti saatavilla kaikkialla. Nämä LEDit toimivat 3,6 V: n jännitteellä, joten yhdistämme kolme niistä sarjaan yhdessä suojadiodien kanssa toimimaan + 12 V: n jännitteellä. Yhdistämme kolme näistä nauhoista muodostaen 9WATT-LED-lampun. Käytämme tätä lamppua Raspberry Pi: llä vastaavasti.
LDR (Light Dependent Resistor) pimeyden havaitsemiseksi:
Aiomme käyttää LDR: ää (valon riippuvainen vastus) huoneen valovoiman havaitsemiseksi. LDR muuttaa vastustaan lineaarisesti valon voimakkuuden kanssa. Tämä LDR kytketään jännitteenjakajaan. Sen avulla meillä on vaihteleva jännite edustamaan muuttuvaa valon voimakkuutta. Jos valon voimakkuus on MATALA, jännitelähtö on KORKEA ja jos valon voimakkuus, jos KORKEA jännitelähtö on matala.
Op-amp LM324 IC tarkistaa LDR-lähdön:
Raspberry Pi: llä ei ole sisäistä ADC (Analog to Digital Converter) -mekanismia. Joten tätä asetusta ei voida yhdistää suoraan Raspberry Pi: hen. Käytämme OP-AMP-pohjaisia vertailijoita LDR: n jännitelähtöjen tarkistamiseen.
Tässä olemme käyttäneet op-amp LM324: tä, jonka sisällä on neljä operatiivista vahvistinta, ja olemme käyttäneet kahta op-vahvistinta näistä neljästä. Joten PI pystyy havaitsemaan valon voimakkuuden kahdella tasolla. Näistä tasoista riippuen säädämme LED-lampun kirkkautta. Kun on täysin pimeää, lamppu hehkuu täydellä teholla ja puoliksi pimeänä se hehkuu 30%: n kapasiteetilla. Tarkista lopussa oleva Python-koodi ja video ymmärtääksesi ne oikein. Tässä olemme käyttäneet PWM-konseptia Vadelma Pi: ssä LED-valojen voimakkuuden säätämiseen.
Raspberry Pi: llä on 26GPIO, joista joitain käytetään erityistoimintoihin. Kun GPIO on syrjäytetty, meillä on 17 GPIO. Kukin 17 GPIO-nastasta ei voi ottaa yli + 3,3 V: n jännitettä, joten Op-amp-lähdöt eivät voi olla suurempia kuin 3,3 V. Siksi olemme valinneet op-amp LM324: n, koska tämä siru voi toimia + 3,3 V: n jännitteellä ja antaa logiikkalähtöjä enintään + 3,3 V. Lisätietoja Raspberry Pi: n GPIO-nastoista on täällä. Tarkista myös Raspberry Pi Tutorial -sarja ja hyviä IoT-projekteja.
AC-DC-sovitin AC-linjan tarkistamiseksi:
Käytämme vaihtovirta-DC-sovittimen lähtöjännitelogiikkaa AC-linjan tilan havaitsemiseen. Vaikka AC-linjan tila voidaan havaita monin tavoin, tämä on turvallisin ja helpoin tapa edetä. Otamme + 5 V logiikan sovittimesta ja annamme sen Vadelma Pi: lle jännitteenjakajan piirin kautta peitetyksi + 5 V korkean logiikan + 3,3 V HIGH logiikaksi. Katso piirikaavio ymmärtämisen parantamiseksi.
Virtapankki ja 12 V: n lyijyhappoakku virtalähteeksi:
Muista, että Raspberry Pi on toimittava ilman valtaa, joten ajamme PI käyttäen PowerBank (Akku 10000mAH) ja 9WATT LED-lamppu on powered by + 12V, 7AH suljettu lyijyakku. LED-lamppua ei voida virtaa virtapankista, koska ne kuluttavat liikaa virtaa, joten ne on syötettävä erillisestä virtalähteestä.
Voit virrata Raspberry Pi: n + 12 V: n akulla, jos sinulla on tehokas + 12 V - + 5 V -muunnin. Tällä muuntimella voit purkaa virtapankin ja virrata koko piirin yhdellä akkulähteellä.
Piirin selitys:
Piirikaavio Raspberry Pi Turvavalo on seuraava:
Tässä olemme käyttäneet kolmea neljästä vertailijasta LM324 IC: n sisällä. Kahta niistä käytetään valon voimakkuuden havaitsemiseen ja kolmatta + 12 V -akun matalajännitetason havaitsemiseen.
1. OP-AMP1 tai U1A: Tämän vertailijan negatiivisessa liittimessä on 1,2 V (säädä RV2 jännitteen saamiseksi) ja Positiivinen liitin on kytketty LDR-jännitteenjakajaverkkoon. Kun varjo putoaa LDR: n päälle, sen sisäinen vastus kasvaa. LDR: n sisäisen vastuksen nousun myötä jännitteen pudotus OP-AMP1: n positiivisessa navassa nousee. Kun tämä jännite nousee yli 1,2 V: n, OP-AMP1 tarjoaa + 3,3 V: n lähdön. Raspberry Pi havaitsee tämän OP-AMP: n KORKean logiikkalähdön.
2. OP-AMP2 tai U1B: Tämän vertailijan negatiivisessa liittimessä on 2,2 V (säädä RV3 jännitteen saamiseksi) ja Positiivinen liitin on kytketty LDR-jännitteenjakajaverkkoon. Kun LDR: lle putoava sävy kasvaa edelleen, sen sisäinen vastus menee vielä korkeammalle. LDR: n sisäisen vastuksen lisääntyessä jännitteen pudotus OP-AMP2: n positiivisessa napassa nousee. Kun tämä jännite nousee yli 2,2 V: n, OP-AMP2 tarjoaa + 3,3 V: n lähdön. Raspberry Pi havaitsee tämän OP-AMP: n KORKean logiikkalähdön.
3. OP-AMP3 tai U1C: Tätä OP-AMP: tä käytetään + 12 V: n akun matalan jännitteen tason havaitsemiseen. Tämän vertailijan negatiivisessa liittimessä on 2,1 V (säädä RV1 jännitteen saamiseksi) ja positiivinen napa on kytketty jännitteenjakajan piiriin. Tämä jakaja jakaa akun jännitteen 1 / 5,7 kertaa, joten 12,5 V: n paristojännitteelle meillä on 2,19 V OP-AMP3: n positiivisessa napassa. Kun akun jännite laskee alle 12,0 V: n, positiivisen navan jännite on <2,1 V. Joten kun 2.1v on negatiivisessa liittimessä, OP-AMP-lähtö menee matalalle. Joten kun akun jännite laskee alle 12 V: n (tarkoittaa alle 2,1 V positiivisella napalla), OP-AMP vetää lähdön alas, Raspberry Pi havaitsee tämän logiikan.
Työselitys:
Tämän Raspberry Pi -hätävalaisimen koko toiminto voidaan todeta seuraavasti:
Ensin Raspberry Pi havaitsee, onko virtaa olemassa vai ei, tunnistamalla logiikan GPIO23: ssa, jossa + 3,3 V otetaan verkkolaitteesta. Kun virta katkeaa, + 5 V adapterista sammuu ja Vadelma Pi siirtyy seuraavaan vaiheeseen vain, jos tämä LOW-logiikka havaitaan, ellei PI mene seuraavaan vaiheeseen. Tämä LOW-logiikka tapahtuu vain, kun vaihtovirta katkeaa.
Seuraava PI tarkistaa, onko LEAD ACID -akun varaus alhainen. Tämän logiikan tarjoaa OP-AMP3 osoitteessa GPIO16. Jos logiikka on matala, PI ei siirry seuraavaan vaiheeseen. Kun akun jännite on yli + 12 V, PI siirtyy seuraavaan vaiheeseen.
Seuraava Vadelma Pi tarkistaa, onko huoneen pimeys KORKEA, tämän logiikan tarjoaa OP-AMP2 osoitteessa GPIO20. Jos kyllä, PI tarjoaa PWM (Pulse Width Modulation) -lähdön 99%: n käyttöjaksolla. Tämä PWM-signaali ajaa opto-kytkintä, joka ohjaa MOSFETiä. MOSFET käyttää 9WATT-LED-asetusta kuvan osoittamalla tavalla. Jos pimeää ei ole, PI siirtyy seuraavaan vaiheeseen. Lisätietoja Vadelma Pi: n PWM: stä täältä.
Sitten Vadelma Pi tarkistaa, onko huoneen pimeys MATALA, tämän logiikan tarjoaa OP-AMP1 GPIO21: ssä. Jos kyllä, PI tarjoaa PWM (Pulse Width Modulation) -lähdön 30%: n käyttöjaksolla. Tämä PWM-signaali ajaa opto-kytkintä, joka ajaa MOSFETiä. MOSFET käyttää 9WATT-LED-asetusta kuvan osoittamalla tavalla. Jos huoneessa on asianmukaista valoa, vadelma Pi ei tarjoa PWM-lähtöä, joten LAMPPU on kokonaan POIS.
Joten tämän hätävalaisimen sytyttämiseksi molempien ehtojen on oltava totta, mikä tarkoittaa, että vaihtovirtajohdon on oltava pois päältä ja huoneessa on oltava pimeää. Voit saada selkeän käsityksen tarkistamalla koko alla olevan Python-koodin ja videon.
Voit lisätä mielenkiintoisempia toimintoja ja pimeysasteita tähän hätävalaisimeen. Tarkista myös lisää Power Electronics -piirejä:
- 0-24v 3A vaihteleva virtalähde LM338: lla
- 12v: n akkulaturipiiri LM317: n avulla
- 12 V DC - 220 V AC -muunninpiiri
- Matkapuhelimen laturipiiri