U ovoj ćemo sesiji izraditi 9WATT žarulju za nuždu koristeći Raspberry Pi i Python. Ova žarulja automatski će otkriti tamu i odsutnost napajanja izmjeničnom strujom i upalit će se kada dođe do nestanka struje i ako tamo nema odgovarajućeg svjetla.
Iako su dostupne razne žarulje za slučaj nužde, ali one su posve namijenjene samo jednoj namjeni, poput jednog jednostavnog kruga za nuždu koji smo prethodno stvorili, aktivira se samo u slučaju nestanka struje. S Raspberry Pi možemo mu dodati razne druge funkcije, kao što smo ovdje dodali LDR za otkrivanje tame na različitim razinama. Ovdje smo dodali dvije razine, kada je potpuno mrak, svjetiljka će svijetliti punim intenzitetom, a kad je polumrak, svijetlit će s 30% kapaciteta. Dakle, ovdje ćemo dizajnirati da se ova svjetiljka UKLJUČI kad je mrežni naizmjenični kontakt ISKLJUČEN i kada intenzitet svjetlosti u sobi bude vrlo nizak.
Potrebne komponente:
Ovdje koristimo Raspberry Pi 2 Model B s Raspbian Jessie OS. Svi osnovni hardverski i softverski zahtjevi su prethodno raspravljeni, možete ih potražiti u Uvodu Raspberry Pi i Trepćući LED Raspberry PI za početak, osim onoga što nam treba:
- Kondenzator od 1000µF
- 1WATT LED (9 komada)
- + 12V zatvorena LEAD ACID baterija
- 6000-10000mAH snaga banke
- + 5V DC adapter
- Lm324 OP-AMP čip
- Optički sprežnik 4N25
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (otpornik ovisan o svjetlu)
- LED (1 komad)
- Otpornici: 1KΩ (3 komada), 2,2KΩ, 4,7KΩ, 100Ω (2 komada), 10Ω (9 komada), 10KΩ, 100KΩ
- 10KΩ lonac (3 komada) (svi otpornici su 0,25 vata)
Opis:
Prije ulaska u krugove veze i njihov rad, naučit ćemo o komponentama i njihovoj namjeni u krugu:
LED lampica od 9 W:
LAMP se sastoji od devet 1WATT LED dioda. Na tržištu su prisutne različite vrste LED dioda, ali 1WATT LED su lako dostupni svugdje. Ove LED rade na 3,6 V, pa ćemo ih povezati tri u seriju zajedno sa zaštitnim diodama da rade na + 12 V. Spojit ćemo tri od ovih traka čineći LED svjetiljku snage 9 WATT. U skladu s tim ćemo upravljati ovom lampom s Raspberry Pi.
LDR (otpornik ovisan o svjetlu) za otkrivanje tame:
Upotrijebit ćemo LDR (otpornik ovisan o svjetlu) za otkrivanje intenziteta svjetlosti u sobi. LDR mijenja svoj otpor linearno s intenzitetom svjetlosti. Ovaj će LDR biti spojen na razdjelnik napona. Uz to ćemo imati promjenjivi napon koji predstavlja promjenljivi intenzitet svjetlosti. Ako je intenzitet svjetlosti NISAK, izlazni napon će biti VISOK, a ako je intenzitet svjetlosti VISOKI napon NISKA.
Op-amp LM324 IC za provjeru LDR izlaza:
Raspberry Pi nema interni mehanizam ADC (analogni u digitalni pretvarač). Dakle, ova se postavka ne može izravno povezati s Raspberry Pi. Za provjeru naponskih izlaza iz LDR-a upotrijebit ćemo upoređivače temeljene na OP-AMP-u.
Ovdje smo upotrijebili opcijsko pojačalo LM324 koje u sebi ima četiri operativna pojačala, a od ta četiri koristili smo dva operativna pojačala. Tako će naš PI moći otkriti intenzitet svjetlosti na dvije razine. Ovisno o ovim razinama prilagodit ćemo svjetlinu LED žarulje. Kad je potpuno mrak, svjetiljka će svijetliti punim intenzitetom, a kad je napola mrak, svijetlit će s 30% kapaciteta. Provjerite Python kôd i video, na kraju, da biste ih pravilno razumjeli. Ovdje smo koristili PWM koncept u Raspberry Pi za kontrolu intenziteta LED dioda.
Raspberry Pi ima 26GPIO, od kojih se neki koriste za posebne funkcije. Uz poseban GPIO po strani, imamo 17 GPIO. Svaka od 17 GPIO pinova ne može uzeti napon veći od + 3,3 V, tako da izlazi Op-pojačala ne mogu biti veći od 3,3 V. Stoga smo izabrali opcijsko pojačalo LM324, jer ovaj čip može raditi na + 3,3 V, pružajući logičke izlaze ne više od + 3,3 V. Ovdje saznajte više o GPIO pribadačama Raspberry Pi. Također pogledajte našu seriju lekcija za Raspberry Pi zajedno s nekim dobrim IoT projektima.
AC za DC adapter za provjeru AC napona:
Upotrijebit ćemo logiku napona naizmjeničnog napona za izmjenični i istosmjerni signal za otkrivanje statusa izmjeničnog voda. Iako postoje različiti načini za otkrivanje statusa AC linije, ovo je najsigurniji i najlakši put. Uzet ćemo + 5V logike iz adaptera i predati je Raspberry Pi kroz krug razdjelnika napona kako bismo prikrili + 5V visoke logike do + 3,3v HIGH logike. Pogledajte shemu spojeva za bolje razumijevanje.
Napajanje i olovna baterija od 12 v za napajanje:
Imajte na umu da Raspberry Pi mora raditi u nedostatku napajanja, pa ćemo PI voziti pomoću Power Bank-a (baterija 10000mAH), a LED žarulju od 9WATT napajat će + 12V, 7AH zatvorena LEAD ACID baterija. LED žarulju ne može napajati napajač jer troši previše energije, pa se moraju napajati iz zasebnog izvora napajanja.
Raspberry Pi možete napajati baterijom + 12V ako imate učinkovit pretvarač + 12V do + 5v. Pomoću tog pretvarača možete napustiti bateriju i napajati cijeli krug jednim izvorom baterije.
Objašnjenje sklopa:
Kružni dijagram rasvjetnog svjetla Raspberry Pi dat je u nastavku:
Ovdje smo upotrijebili tri od četiri usporedbe unutar LM324 IC. Dvije će se koristiti za otkrivanje razine intenziteta svjetlosti, a treća za otkrivanje niskonaponske razine + 12V baterije.
1. OP-AMP1 ili U1A: Negativni priključak ove usporedbe opremljen je s 1,2 V (prilagodite RV2 da biste dobili napon), a pozitivni priključak povezan je s mrežom LDR razdjelnika napona. Kako sjena pada na LDR, njezin unutarnji otpor raste. S porastom unutarnjeg otpora LDR-a, pad napona na pozitivnom priključku OP-AMP1 raste. Jednom kada ovaj napon prijeđe 1,2 V, OP-AMP1 daje izlaz + 3,3 V. Ovaj VISOKI logički izlaz OP-AMP-a detektirat će Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 ili U1B: Negativni priključak ove usporedbe opremljen je s 2,2 V (prilagodite RV3 da biste dobili napon), a pozitivni priključak povezan je s mrežom LDR razdjelnika napona. Kako se sjena koja pada na LDR dodatno povećava, njezin unutarnji otpor postaje još veći. Daljnjim porastom unutarnjeg otpora LDR-a, pad napona na pozitivnom priključku OP-AMP2 raste. Jednom kada ovaj napon prijeđe 2,2V, OP-AMP2 daje izlaz + 3,3V. Ovaj VISOKI logički izlaz OP-AMP-a detektirat će Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 ili U1C: Ovaj OP-AMP će se koristiti za otkrivanje razine niskog napona + 12v baterija. Negativni priključak ove usporedbe ima 2,1 V (prilagodite RV1 da dobijete napon), a pozitivni priključak spojen je na krug djelitelja napona. Ovaj razdjelnik dijeli napon baterije za 1/5,7 puta, tako da ćemo za napon akumulatora od 12,5 V imati 2,19 V na pozitivnom priključku OP-AMP3. Kad napon akumulatora padne ispod 12,0 V, napon na pozitivnom priključku bit će <2,1 V. Dakle, s 2.1v na negativnom priključku, izlaz OP-AMP-a je nizak. Dakle, kad napon baterije padne ispod 12V (znači ispod 2,1v na pozitivnom priključku), OP-AMP povuče izlaz, ovu će logiku otkriti Raspberry Pi.
Radno objašnjenje:
Cjelokupna funkcija ove žarulje za napajanje Raspberry Pi može se deklarirati kao:
Prvo Raspberry Pi otkriva postoji li naizmjenična struja osjetljivom logikom na GPIO23, gdje se uzima + 3,3 V iz AC adaptera. Kad se napajanje ISKLJUČI, + 5V s adaptera se ISKLJUČI, a Raspberry Pi prelazi na sljedeći korak samo ako se otkrije ova LOW logika, ako ne, PI se neće pomaknuti na sljedeći korak. Ova NISKA logika događa se samo kada se izmjenična struja ISKLJUČI.
Sljedeći PI provjerava je li LEAD ACID baterija NISKA. Ovu logiku pruža OP-AMP3 na GPIO16. Ako je logika LOW, tada PI ne prelazi na sljedeći korak. S naponom akumulatora većim od + 12V, PI prelazi na sljedeći korak.
Sljedeći Raspberry Pi provjerava je li mrak u sobi VELIK, ovu logiku pruža OP-AMP2 na GPIO20. Ako je odgovor da, PI pruža PWM (Pulse Width Modulation) izlaz s radnim ciklusom od 99%. Ovaj PWM signal pokreće optičku spregu koja pokreće MOSFET. MOSFET napaja 9WATT LED postavke kao što je prikazano na slici. Ako nema potpunog mraka, PI prelazi na sljedeći korak. Ovdje saznajte više o PWM-u u Raspberry Pi.
Zatim Raspberry Pi provjerava je li mrak u sobi NISAK, ovu logiku pruža OP-AMP1 na GPIO21. Ako je odgovor da, PI pruža PWM (Pulse Width Modulation) izlaz s radnim ciklusom od 30%. Ovaj PWM signal pokreće optičku spregu koja pokreće MOSFET. MOSFET napaja 9WATT LED postavke kao što je prikazano na slici. Ako u sobi postoji odgovarajuće osvjetljenje, Raspberry Pi ne pruža PWM izlaz pa će LAMPA biti potpuno ISKLJUČENA.
Dakle, da biste uključili ovu žarulju za nuždu, oba uvjeta moraju biti True, znači da AC vod mora biti isključen i u sobi mora biti mrak. Jasno razumijevanje možete dobiti provjerom donjeg Python koda i videa u nastavku.
Ovoj žarulji za nuždu možete dodatno dodati zanimljivije funkcionalnosti i razinu mraka. Također provjerite naše više krugova energetske elektronike:
- 0-24v 3A promjenjivo napajanje pomoću LM338
- Krug punjača za baterije od 12v pomoću LM317
- Krug pretvarača izmjenične struje od 12 do DC do 220 v
- Krug punjača za mobitel