Ebben a munkamenetben 9WATT vészhelyzeti lámpát készítünk Raspberry Pi és Python használatával. Ez a lámpa automatikusan észleli a váltóáramú áram sötétségét és hiányát, és világít, ha áramkimaradás van, és nincs megfelelő fény.
Bár különféle vészlámpák állnak rendelkezésre, de ezek kizárólag egyetlen célra szolgálnak, mint például egy egyszerű vészvilágítási áramkör, amelyet korábban létrehoztunk, csak áramkimaradás esetén vált be. A Raspberry Pi segítségével különféle egyéb funkciókat adhatunk hozzá, például itt hozzáadtuk az LDR-t a sötétség észleléséhez különböző szinteken. Itt két szintet adtunk hozzá, amikor teljesen sötét van, a lámpa teljes intenzitással világít, és ha félhomály van, akkor 30% -os kapacitással fog világítani. Tehát itt meg fogjuk tervezni, hogy ezt a lámpát bekapcsolják, amikor a váltóáramú hálózat kikapcsolt állapotában van, és amikor a helyiség fényintenzitása nagyon alacsony.
Szükséges alkatrészek:
Itt a Raspberry Pi 2 Model B-t használjuk Raspbian Jessie operációs rendszerrel. Az összes alapvető hardver- és szoftverkövetelményt korábban megbeszéltük. Megtekintheti a Raspberry Pi bevezetőjében és a Raspberry PI LED villog a kezdéshez, azon kívül, amire szükségünk van:
- 1000µF kondenzátor
- 1WATT LED (9 db)
- + 12V lezárt VEZETŐSAV akkumulátor
- 6000-10000mAH power bank
- + 5 V DC adapter
- Lm324 OP-AMP chip
- 4N25 optocsatoló
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (fényfüggő ellenállás)
- LED (1 db)
- Ellenállások: 1KΩ (3 db), 2,2KΩ, 4,7KΩ, 100Ω (2 db), 10Ω (9 db), 10KΩ, 100KΩ
- 10KΩ fazék (3 db) (az összes ellenállás 0,25 watt)
Leírás:
Mielőtt belekezdenénk az áramköri kapcsolatokba és azok működésébe, megismerjük az áramkör alkatrészeit és céljait:
9 Wattos LED-es lámpa:
A LAMP kilenc 1WATT LED-ből áll. Különböző típusú LED-ek vannak jelen a piacon, de az 1WATT LED mindenhol könnyen elérhető. Ezek a LED-ek 3,6 V feszültségen működnek, így hármat sorba fogunk kötni a védelmi diódákkal együtt, hogy + 12 V feszültségen működjenek. Ebből a három szalagból egy 9WATT LED-es lámpát fogunk összekötni. Ennek megfelelően működtetjük ezt a lámpát a Raspberry Pi-vel.
LDR (fényfüggő ellenállás) a sötétség észleléséhez:
Az LDR-t (fényfüggő ellenállás) fogjuk használni a helyiség fényintenzitásának detektálására. Az LDR a fényintenzitással lineárisan változtatja az ellenállását. Ez az LDR csatlakozik a feszültségosztóra. Ezzel változó feszültségünk lesz a változó fényintenzitás megjelenítésére. Ha a fényintenzitás alacsony, akkor a feszültség kimenete HIGH, és ha a fény intenzitása alacsony, ha a HIGH feszültség kimenete alacsony lesz.
Op-amp LM324 IC az LDR kimenet ellenőrzéséhez:
A Raspberry Pi nem rendelkezik belső ADC (analóg-digitális átalakító) mechanizmussal. Tehát ez a beállítás nem köthető közvetlenül a Raspberry Pi-hez. OP-AMP alapú komparátorokkal fogjuk ellenőrizni az LDR feszültségkimeneteit.
Itt az op-amp LM324-et használtuk, amelynek négy működési erősítője van, és ebből négy op-erősítőt használtunk. Tehát PI- vel két szinten lesz képes érzékelni a fényintenzitást. Ezektől a szintektől függően állítjuk be a LED-es lámpa fényerejét. Teljes sötétség esetén a lámpa teljes intenzitással világít, félig sötétedés esetén pedig 30% -os teljesítménnyel. Ellenőrizze a Python kódot és a videót a végén, hogy megfelelően megértse. Itt a Raspberry Pi PWM koncepcióját használtuk a LED-ek intenzitásának szabályozására.
A Raspberry Pi 26GPIO-val rendelkezik, amelyek közül néhányat speciális funkciókra használnak. Különleges GPIO-t félretéve 17 GPIO-val rendelkezünk. A 17 GPIO érintkező mindegyike nem képes + 3,3 V-nál magasabb feszültséget felvenni, ezért az Op-amp kimenetek nem lehetnek magasabbak 3,3 V-nál. Ezért az op-amp LM324-et választottuk , mivel ez a chip + 3,3 V feszültségen képes működni, logikai kimenet legfeljebb + 3,3 V. Tudjon meg többet a Raspberry Pi GPIO-csapjairól itt. Ellenőrizze a Raspberry Pi bemutató sorozatunkat és néhány jó IoT-projektet.
AC-DC adapter az AC-vonal ellenőrzéséhez:
Az AC-DC adapter kimeneti feszültség-logikáját fogjuk használni az AC-vonal állapotának észleléséhez. Bár az AC vonal állapotának észlelésére különféle módok vannak, ez a legbiztonságosabb és legegyszerűbb út. + 5V logikát veszünk az adapterről, és egy feszültségosztó áramkörön keresztül átadjuk a Raspberry Pi-nek, hogy a rejtett + 5V magas logikát + 3,3v HIGH logikává alakítsuk. A jobb megértés érdekében lásd a kapcsolási rajzot.
Tápegység és 12 V-os ólom savas akkumulátor az áramellátáshoz
Ne feledje, hogy a Raspberry Pi áramellátás nélkül kell, hogy működjön, ezért a PI-t egy Power Bank (A akkumulátor 10000mAH) használatával hajtjuk, és a 9WATT LED-es lámpát + 12V, 7AH zárt LEAD ACID akkumulátor táplálja. A LED-lámpát nem tudja táplálni az árambank, mivel túl sok energiát vesznek fel, ezért külön áramforrásról kell táplálniuk őket.
A Raspberry Pi energiáját + 12 V-os akkumulátorral táplálhatja, ha rendelkezik hatékony + 12 V - + 5 V átalakítóval. Ezzel a konverterrel eláraszthatja az árambankot, és egyetlen akkumulátorforrással táplálja az egész áramkört.
Áramkör magyarázat:
A Raspberry Pi vészhelyzeti fény áramköri diagramja az alábbiakban látható:
Itt négyből hármat használtunk az LM324 IC-n belül. Közülük kettőt a fényintenzitás szintjének, a harmadikat a + 12 V-os akkumulátor alacsony feszültségszintjének érzékelésére használnak.
1. OP-AMP1 vagy U1A: Ennek az összehasonlítónak a negatív kapcsa 1,2 V-val van ellátva (állítsa be az RV2-t a feszültség megszerzéséhez), a pozitív kapocs pedig az LDR feszültségosztó hálózathoz csatlakozik. Amint az árnyék az LDR-re esik, nő a belső ellenállása. Az LDR belső ellenállásának növekedésével nő az OP-AMP1 pozitív kapcsa feszültségesése. Amint ez a feszültség meghaladja az 1,2 V-ot, az OP-AMP1 + 3,3 V kimenetet biztosít. Az OP-AMP HIGH logikai kimenetét a Raspberry Pi érzékeli.
2. OP-AMP2 vagy U1B: Ennek az összehasonlítónak a negatív kapcsa 2,2 V-val van ellátva (állítsa be az RV3 értéket a feszültség megszerzéséhez), és a pozitív kapocs csatlakozik az LDR feszültségosztó hálózathoz. Mivel az LDR-re hulló árnyék tovább növekszik, belső ellenállása még nagyobb lesz. Az LDR belső ellenállásának további növekedésével nő az OP-AMP2 pozitív kapocs feszültségesése. Amint ez a feszültség meghaladja a 2,2 V-ot, az OP-AMP2 + 3,3 V kimenetet biztosít. Az OP-AMP HIGH logikai kimenetét a Raspberry Pi érzékeli.
3. OP-AMP3 vagy U1C: Ezt az OP-AMP-t a + 12 V-os akkumulátor alacsony feszültségszintjének érzékelésére használják. Ennek az összehasonlítónak a negatív kapcsa 2,1 V-val van ellátva (állítsa be az RV1 értéket a feszültség megszerzéséhez), a pozitív kapocs pedig egy feszültségosztó áramkörhöz csatlakozik. Ez az osztó az akkumulátor feszültségét 1 / 5,7-szeresére osztja, így 12,5 V-os akkumulátorfeszültségre 2,19 V lesz az OP-AMP3 pozitív kapcsán. Amikor az akkumulátor feszültsége 12,0 V alá süllyed, a pozitív kapocs feszültsége <2,1 V lesz. Tehát ha a 2.1v negatív terminálon van, akkor az OP-AMP kimenet alacsony lesz. Tehát, amikor az akkumulátor feszültsége 12 V alá csökken (a pozitív kapocsnál 2,1 V alatt van), az OP-AMP lehúzza a kimenetet, ezt a logikát a Raspberry Pi érzékeli.
Munka magyarázat:
A Raspberry Pi vészhelyzeti lámpa teljes funkciója kijelenthető:
Az első Raspberry Pi észleli, hogy van-e áramellátás, vagy sem, a logika érzékelésével a GPIO23-on, ahol + 3,3 V-ot veszünk a váltakozó áramú adapterről. Amint a tápellátás kikapcsol, + 5V az adapterről kikapcsol, és a Raspberry Pi csak akkor lép a következő lépésre, ha ezt a LOW logikát észlelik, ha nem, a PI nem lép át a következő lépésre. Ez a LOW logika csak akkor fordul elő, amikor a váltóáramú áram kikapcsol.
A következő PI ellenőrzi, hogy a LEAD ACID akkumulátor töltöttségi szintje alacsony-e. Ezt a logikát az OP-AMP3 biztosítja a GPIO16-nál. Ha a logika LOW, akkor a PI nem lép a következő lépésre. + 12 V-nál magasabb akkumulátorfeszültség mellett a PI a következő lépésre lép.
A következő Raspberry Pi ellenőrzi, hogy a szoba sötétsége NAGY -e, ezt a logikát az OP-AMP2 biztosítja a GPIO20-nál. Ha igen, a PI biztosítja a PWM (Pulse Width Modulation) kimenetet 99% -os munkaciklussal. Ez a PWM jel hajtja az opto-csatolót, amely a MOSFET-et hajtja. A MOSFET táplálja a 9WATT LED beállítását az ábra szerint. Ha nincs teljesen sötét, akkor a PI a következő lépésre lép. Itt többet megtudhat a Raspberry Pi PWM-jéről.
Ezután Raspberry Pi ellenőrzi, hogy a szoba sötétsége alacsony -e, ezt a logikát az OP-AMP1 biztosítja a GPIO21-nél. Ha igen, a PI biztosítja a PWM (Pulse Width Modulation) kimenetet 30% -os munkaciklussal. Ez a PWM jel hajtja az opto-csatolót, amely a MOSFET-et hajtja. A MOSFET táplálja a 9WATT LED beállítását az ábra szerint. Ha a helyiségben megfelelő a fény, akkor a Raspberry Pi nem nyújt PWM kimenetet, így a LAMP teljesen kikapcsol.
Tehát a vészlámpa bekapcsolásához mindkét feltételnek igaznak kell lennie, ami azt jelenti, hogy az AC vezetéknek ki kell kapcsolnia, és sötétnek kell lennie a helyiségben. Az alábbi teljes Python-kód és videó ellenőrzésével egyértelmű megértést kaphat.
További érdekes funkciókat és sötétséget adhat ehhez a vészhelyzeti lámpához. Ellenőrizze a további Power Electronics áramköreinket is:
- 0-24v 3A változó tápegység az LM338 segítségével
- 12v-os akkumulátortöltő áramkör az LM317 segítségével
- 12v DC - 220v AC inverter áramkör
- Mobiltelefon töltő áramkör