V tejto relácii vyrobíme núdzovú lampu 9WATT pomocou Raspberry Pi a Python. Táto lampa automaticky detekuje tmu a absenciu napájacieho zdroja a rozsvieti sa, keď dôjde k výpadku napájania a správne svetlo tam nebude.
Aj keď sú k dispozícii rôzne núdzové žiarovky, sú však čisto určené na jediný účel, napríklad jeden jednoduchý obvod núdzového osvetlenia, ktorý sme vytvorili predtým, sa spúšťa iba pri výpadku napájania. S Raspberry Pi doň môžeme pridať rôzne ďalšie funkcie, ako tu sme pridali LDR na detekciu tmy na rôznych úrovniach. Tu sme pridali dve úrovne, keď je úplná tma, lampa bude svietiť plnou intenzitou a keď je polotma, bude svietiť na 30% kapacity. Takže tu navrhneme, aby sa táto lampa rozsvietila, keď je sieťové napájanie vypnuté a keď intenzita svetla v miestnosti klesá.
Požadované komponenty:
Tu používame Raspberry Pi 2 Model B s Raspbian Jessie OS. Všetky základné hardvérové a softvérové požiadavky sú už predtým diskutované. Môžete si ich vyhľadať v úvode Raspberry Pi a blikaní Raspberry PI LED, okrem toho, čo potrebujeme:
- 1000µF kondenzátor
- 1 WATT LED (9 kusov)
- + 12V uzavretá batéria LEAD ACID
- 6000-10000mAH power banka
- + 5V DC adaptér
- Čip Lm324 OP-AMP
- Optočlen 4N25
- MOSFET IRFZ44N
- LDR (rezistor závislý od svetla)
- LED (1 kus)
- Rezistory: 1KΩ (3 kusy), 2,2KΩ, 4,7KΩ, 100Ω (2 kusy), 10Ω (9 kusov), 10KΩ, 100KΩ
- Potenciometr 10 KΩ (3 kusy) (všetky odpory majú 0,25 wattu)
Popis:
Pred vstupom do Circuit Connections a jeho fungovaním sa dozvieme o komponentoch a ich účele v obvode:
9 W LED žiarovka:
LAMP sa skladá z deviatich 1Watt LED. Na trhu existujú rôzne druhy LED diód, ale 1WATT LED sú ľahko dostupné všade. Tieto LED pracujú pri 3,6 V, takže tri z nich zapojíme do série spolu s ochrannými diódami, aby fungovali pri + 12V. Budeme pripojiť tri z týchto pásov tvoriacich lampu 9WATT LED. Podľa toho budeme s touto lampou pracovať s Raspberry Pi.
LDR (Light Dependent Resistor) na detekciu tmy:
Na detekciu intenzity svetla v miestnosti použijeme LDR (Light Dependent Resistor). LDR mení svoj odpor lineárne s intenzitou svetla. Táto LDR bude pripojená k deliču napätia. S tým budeme mať premenlivé napätie predstavujúce premennú intenzitu svetla. Ak je intenzita svetla NÍZKA, výstup napätia bude VYSOKÝ a ak intenzita svetla, ak bude výstup VYSOKÉHO napätia nízky.
Operačný zosilňovač LM324 IC na kontrolu výstupu LDR:
Raspberry Pi nemá interný mechanizmus ADC (Analog to Digital Converter). Toto nastavenie teda nemožno pripojiť priamo k Raspberry Pi. Na kontrolu napäťových výstupov z LDR použijeme komparátory založené na OP-AMP.
Tu sme použili operačný zosilňovač LM324, ktorý má vo vnútri štyri operačné zosilňovače, a z týchto štyroch sme použili dva operačné zosilňovače. Náš PI bude teda schopný detegovať intenzitu svetla na dvoch úrovniach. V závislosti od týchto úrovní upravíme jas LED žiarovky. Keď je úplná tma, lampa bude svietiť plnou intenzitou a keď bude polovičná tma, bude svietiť na 30% kapacity. Na konci skontrolujte kód a video Pythonu, aby ste mu správne porozumeli. Tu sme použili koncept PWM v Raspberry Pi na riadenie intenzity LED.
Raspberry Pi má 26GPIO, z ktorých niektoré sa používajú na špeciálne funkcie. Ak máme odložené špeciálne GPIO, máme 17 GPIO. Každý zo 17 pinov GPIO nemôže brať napätie vyššie ako +3,3 V, takže výstupy operačného zosilňovača nemôžu byť vyššie ako 3,3 V. Preto sme si vybrali operačný zosilňovač LM324, pretože tento čip môže pracovať pri +3,3 V, pričom poskytuje logické výstupy nie viac ako +3,3 V. Viac informácií o pinoch GPIO Raspberry Pi sa dozviete tu. Skontrolujte tiež našu sériu tutoriálov Raspberry Pi spolu s niekoľkými dobrými projektmi IoT.
Adaptér AC na DC na kontrolu vedenia AC:
Na zistenie stavu linky AC použijeme logiku výstupného napätia adaptéra AC na DC. Aj keď existujú rôzne spôsoby, ako zistiť stav linky AC, je to najbezpečnejší a najjednoduchší spôsob, ako postupovať. Vezmeme logiku + 5 V z adaptéra a dáme ju Raspberry Pi cez obvod rozdeľovača napätia na skrytie + 5 V vysokej logiky na + 3,3 V HIGH logiku. Pre lepšie pochopenie si pozrite schému zapojenia.
Power Bank a 12V olovená batéria pre napájanie:
Majte na pamäti, že Raspberry Pi musí fungovať bez napájania, takže budeme poháňať PI pomocou Power banky (batéria 10 000 mAH) a 9WATT LED žiarovka bude napájaná + 12V, 7AH uzavretou batériou LEAD ACID. LED žiarovka nemôže byť napájaná z napájacej banky, pretože odoberajú príliš veľa energie, preto musia byť napájané zo samostatného zdroja napájania.
Raspberry Pi môžete napájať z batérie +12 V, ak máte efektívny prevodník z 12V na + 5V. Týmto prevodníkom môžete odpojiť napájaciu banku a napájať celý obvod z jedného zdroja batérie.
Vysvetlenie obvodu:
Schéma zapojenia núdzového svetla Raspberry Pi je uvedená nižšie:
Tu sme použili tri zo štyroch komparátorov vo vnútri LM324 IC. Dva z nich budú použité na detekciu úrovne intenzity svetla a tretie bude použité na detekciu úrovne nízkeho napätia batérie + 12V.
1. OP-AMP1 alebo U1A: Záporná svorka tohto komparátora je vybavená napätím 1,2 V (upravte RV2 tak, aby ste dostali napätie) a kladná svorka je pripojená k sieti LDR deliča napätia. Keď odtieň dopadne na LDR, jeho vnútorný odpor stúpa. S nárastom vnútorného odporu LDR stúpa pokles napätia na kladnej svorke OP-AMP1. Akonáhle toto napätie stúpne nad 1,2 V, poskytuje OP-AMP1 výstup +3,3 V. Tento VYSOKÝ logický výstup OP-AMP bude detegovaný Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 alebo U1B: Záporná svorka tohto komparátora je vybavená napätím 2,2 V (upravte RV3 tak, aby ste dostali napätie) a kladná svorka je pripojená k sieti LDR deliča napätia. S ďalším zvyšovaním odtieňa dopadajúceho na LDR sa jeho vnútorný odpor ešte zvyšuje. S ďalším nárastom vnútorného odporu LDR rastie pokles napätia na kladnej svorke OP-AMP2. Akonáhle toto napätie stúpne nad 2,2 V, poskytuje OP-AMP2 výstup +3,3 V. Tento VYSOKÝ logický výstup OP-AMP bude detegovaný Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 alebo U1C: Tento OP-AMP sa použije na detekciu nízkej úrovne napätia +12 V batérie. Záporná svorka tohto komparátora je vybavená napätím 2,1 V (upravte RV1 tak, aby sa získalo napätie) a kladná svorka je pripojená k obvodu deliča napätia. Tento delič vydelí napätie batérie 1/5,7 krát, takže pri napätí batérie 12,5 V budeme mať na kladnom konci OP-AMP3 2,19 V. Keď napätie batérie klesne pod 12,0 V, bude napätie na kladnej svorke <2,1 V. Takže s 2,1 V na zápornom konci je výstup OP-AMP nízky. Takže keď napätie batérie klesne pod 12V (znamená to pod 2,1v na kladnej svorke), OP-AMP stiahne výstup, Raspberry Pi túto logiku zaznamená.
Pracovné vysvetlenie:
O celej funkcii tejto núdzovej lampy Raspberry Pi možno povedať, že:
Prvý Raspberry Pi zistí, či je alebo nie je k dispozícii napájanie striedavého prúdu, snímaním logiky na GPIO23, kde je odoberaný prúd +3,3 V zo sieťového adaptéra. Akonáhle sa napájanie vypne, + 5V z adaptéra sa VYPNE a Raspberry Pi prejde na ďalší krok, iba ak je detekovaná táto NÍZKA logika, pokiaľ nie, PI sa nepresunie na ďalší krok. Táto NÍZKA logika sa stane, len keď dôjde k VYPNUTIU sieťového napájania.
Ďalej PI skontroluje, či je kapacita batérie LEAD ACID nízka. Túto logiku poskytuje OP-AMP3 na GPIO16. Ak je logika NÍZKA, potom PI neprejde na ďalší krok. Pri napätí batérie vyššom ako + 12V sa PI posúva k ďalšiemu kroku.
Ďalej Raspberry Pi kontroluje, či je tma v miestnosti VYSOKÁ, túto logiku poskytuje OP-AMP2 na GPIO20. Ak áno, PI poskytuje výstup PWM (Pulse Width Modulation) s pracovným cyklom 99%. Tento signál PWM riadi optočlen, ktorý riadi MOSFET. MOSFET napája nastavenie LED 9WATT, ako je to znázornené na obrázku. Ak nie je úplná tma, potom PI prejde na ďalší krok. Viac informácií o PWM v Raspberry Pi sa dozviete tu.
Potom Raspberry Pi skontroluje, či je tma v miestnosti NÍZKA, túto logiku poskytuje OP-AMP1 na GPIO21. Ak áno, PI poskytuje výstup PWM (Pulse Width Modulation) s pracovným cyklom 30%. Tento signál PWM riadi optočlen, ktorý riadi MOSFET. MOSFET napája nastavenie LED 9WATT, ako je to znázornené na obrázku. Ak je v miestnosti dostatočné svetlo, potom Raspberry Pi neposkytuje výstup PWM, takže Lampa bude úplne VYPNUTÁ.
Ak chcete zapnúť túto núdzovú lampu, musia byť obidve podmienky pravdivé, to znamená, že sieťové napájanie musí byť vypnuté a v miestnosti musí byť tma. Jasné porozumenie získate, ak si nižšie skontrolujete kompletný kód a video Python.
Núdzovej žiarovke môžete ďalej pridať ďalšie zaujímavé funkcie a úrovne tmavosti. Skontrolujte tiež naše ďalšie obvody výkonovej elektroniky:
- Variabilný napájací zdroj 0-24v 3A pomocou LM338
- 12v obvod nabíjačky batérií využívajúci LM317
- Obvod invertora 12v DC na 220v AC
- Obvod nabíjačky mobilného telefónu