V této relaci vyrobíme nouzovou lampu 9WATT pomocí Raspberry Pi a Pythonu. Tato lampa automaticky detekuje tmu a nepřítomnost napájení střídavým proudem a rozsvítí se, když dojde k výpadku napájení a správné světlo tam nebude.
I když jsou k dispozici různé nouzové lampy, ale jsou čistě určeny k tomu, aby sloužily jednomu účelu, stejně jako jeden jednoduchý nouzový světelný obvod, který jsme vytvořili dříve, spouští se pouze při výpadku napájení. S Raspberry Pi do něj můžeme přidat různé další funkce, jako zde jsme přidali LDR pro detekci temnoty na různých úrovních. Zde jsme přidali dvě úrovně, když je úplná tma, lampa bude svítit plnou intenzitou a když je polotmavá, bude svítit na 30% kapacity. Tady tedy navrhneme, aby tato lampa byla ZAPNUTÁ, když je vypnuto napájení ze síťového vedení a když intenzita světla v místnosti klesá.
Požadované komponenty:
Zde používáme Raspberry Pi 2 Model B s Raspbian Jessie OS. Všechny základní hardwarové a softwarové požadavky jsou již dříve diskutovány, můžete si je vyhledat v Raspberry Pi Introduction a Raspberry PI LED Blinking pro začátek, kromě toho, co potřebujeme:
- 1000µF kondenzátor
- 1 WATT LED (9 kusů)
- + 12V uzavřená baterie LEAD ACID
- 6000-10000mAH power banka
- + 5V DC adaptér
- Čip Lm324 OP-AMP
- Optočlen 4N25
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (Light Dependent Resistor)
- LED (1 kus)
- Rezistory: 1KΩ (3 kusy), 2,2KΩ, 4,7KΩ, 100Ω (2 kusy), 10Ω (9 kusů), 10KΩ, 100KΩ
- Potenciometr 10KΩ (3 kusy) (všechny rezistory mají 0,25 W)
Popis:
Před vstupem do Circuit Connections a jeho fungování se dozvíme o komponentách a jejich účelu v obvodu:
9 W LED lampa:
LAMP se skládá z devíti 1watt LED. Na trhu existují různé druhy LED, ale 1WATT LED jsou snadno dostupné všude. Tyto LED fungují na 3,6 V, takže tři z nich zapojíme do série spolu s ochrannými diodami, aby fungovaly na + 12V. Spojíme tři z těchto pásků tvořících 9WATT LED lampu. Podle toho budeme tuto lampu provozovat s Raspberry Pi.
LDR (Light Dependent Resistor) pro detekci tmy:
Budeme používat LDR (Light Dependent Resistor) k detekci intenzity světla v místnosti. LDR mění svůj odpor lineárně s intenzitou světla. Tato LDR bude připojena k děliči napětí. Díky tomu budeme mít proměnné napětí, které bude představovat proměnnou intenzitu světla. Pokud je intenzita světla NÍZKÁ, bude napěťový výstup VYSOKÝ a pokud bude intenzita světla, pokud bude VYSOKÝ napěťový výstup NÍZKÝ.
Operační zesilovač LM324 IC pro kontrolu výstupu LDR:
Raspberry Pi nemá interní mechanismus ADC (analogově-digitální převodník). Toto nastavení tedy nelze připojit přímo k Raspberry Pi. Ke kontrole napěťových výstupů z LDR použijeme komparátory založené na OP-AMP.
Zde jsme použili operační zesilovač LM324, který má uvnitř čtyři operační zesilovače, a z těchto čtyř jsme použili dva operační zesilovače. Náš PI bude tedy schopen detekovat intenzitu světla na dvou úrovních. V závislosti na těchto úrovních upravíme jas LED lampy. Když je úplná tma, lampa bude svítit plnou intenzitou a když je polovina temné, bude svítit na 30% kapacity. Na konci zkontrolujte kód a video Pythonu, abyste tomu správně porozuměli. Zde jsme použili koncept PWM v Raspberry Pi k řízení intenzity LED.
Raspberry Pi má 26GPIO, z nichž některé se používají pro speciální funkce. Se speciálním GPIO odloženým stranou máme 17 GPIO. Každý ze 17 pinů GPIO nemůže mít napětí vyšší než +3,3 V, takže výstupy operačního zesilovače nemohou být vyšší než 3,3 V. Proto jsme zvolili operační zesilovač LM324, protože tento čip může pracovat při +3,3 V, přičemž poskytuje logické výstupy nejvýše +3,3 V. Další informace o pinech GPIO Raspberry Pi najdete zde. Podívejte se také na naši sérii kurzů Raspberry Pi spolu s některými dobrými projekty IoT.
Adaptér AC na DC ke kontrole vedení střídavého proudu:
Ke zjištění stavu vedení AC použijeme logiku výstupního napětí adaptéru AC na DC. Přestože existují různé způsoby, jak zjistit stav linky střídavého proudu, je to nejbezpečnější a nejjednodušší způsob, jak jít. Vezmeme logiku + 5 V z adaptéru a dáme ji Raspberry Pi přes obvod děliče napětí, abychom zakryli + 5 V vysokou logiku na + 3,3 V HIGH logiku. Viz schéma zapojení pro lepší pochopení.
Power Bank a 12v olověná baterie pro napájení:
Mějte na paměti, že Raspberry Pi musí fungovat bez napájení, takže budeme řídit PI pomocí Power Bank (A baterie 10 000 mAH) a 9WATT LED lampa bude napájena + 12V, 7AH uzavřenou baterií LEAD ACID. LED lampa nemůže být napájena powerbankou, protože čerpá příliš mnoho energie, takže musí být napájena ze samostatného zdroje energie.
Raspberry Pi můžete napájet baterií +12 V, pokud máte efektivní převodník + 12V na + 5V. Tímto převodníkem můžete vypustit napájecí banku a napájet celý obvod pomocí jediného bateriového zdroje.
Vysvětlení obvodu:
Schéma nouzového světla Raspberry Pi je uvedeno níže:
Zde jsme použili tři ze čtyř komparátorů uvnitř LM324 IC. Dva z nich budou použity k detekci úrovní intenzity světla a třetí bude použito k detekci úrovně nízkého napětí baterie + 12V.
1. OP-AMP1 nebo U1A: Záporná svorka tohoto komparátoru je opatřena 1,2 V (upravte RV2 tak, abyste získali napětí) a kladná svorka je připojena k síti LDR děliče napětí. Jak stín padá na LDR, zvyšuje se jeho vnitřní odpor. S nárůstem vnitřního odporu LDR stoupá pokles napětí na kladné svorce OP-AMP1. Jakmile toto napětí překročí 1,2 V, poskytuje OP-AMP1 výstup +3,3 V. Tento VYSOKÝ logický výstup OP-AMP bude detekován Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 nebo U1B: Záporná svorka tohoto komparátoru je opatřena 2,2 V (upravte RV3, abyste získali napětí) a Pozitivní svorka je připojena k síti LDR děliče napětí. Jak se odstín dopadající na LDR dále zvyšuje, jeho vnitřní odpor je ještě vyšší. S dalším nárůstem vnitřního odporu LDR roste pokles napětí na kladné svorce OP-AMP2. Jakmile toto napětí překročí 2,2 V, poskytne OP-AMP2 výstup +3,3 V. Tento VYSOKÝ logický výstup OP-AMP bude detekován Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 nebo U1C: Tento OP-AMP bude použit k detekci nízké úrovně napětí +12 V baterie. Záporná svorka tohoto komparátoru je opatřena 2,1 V (upravte RV1 tak, aby se získalo napětí) a kladná svorka je připojena k obvodu děliče napětí. Tento dělič dělí napětí baterie 1/5,7krát, takže pro napětí baterie 12,5 V budeme mít na kladném vývodu OP-AMP3 2,19 V. Když napětí baterie klesne pod 12,0 V, bude napětí na kladné svorce <2,1 V. Takže s 2,1 v na záporném konci je výstup OP-AMP nízký. Takže když napětí baterie poklesne pod 12V (znamená to pod 2,1 V na kladné svorce), OP-AMP stáhne výstup, Raspberry Pi tuto logiku detekuje.
Pracovní vysvětlení:
Celá funkce této nouzové lampy Raspberry Pi může být uvedena jako:
První Raspberry Pi detekuje, zda je nebo není přítomno střídavé napájení, snímáním logiky na GPIO23, kde je odebráno +3,3 V ze síťového adaptéru. Jakmile se napájení vypne, + 5V z adaptéru se vypne a Raspberry Pi přejde k dalšímu kroku, pouze pokud je detekována tato logika LOW, pokud ne, PI se nepohne do dalšího kroku. Tato logika NÍZKÉHO stavu se stane, pouze když se vypne napájení ze sítě.
Dále PI zkontroluje, zda je úroveň nabití baterie LEAD ACID nízká. Tuto logiku poskytuje OP-AMP3 na GPIO16. Pokud je logika LOW, pak PI nepřejde na další krok. Když je napětí baterie vyšší než + 12V, PI přejde k dalšímu kroku.
Dále Raspberry Pi zkontroluje, zda je tma v místnosti VYSOKÁ, tuto logiku poskytuje OP-AMP2 na GPIO20. Pokud ano, PI poskytuje výstup PWM (Pulse Width Modulation) s pracovním cyklem 99%. Tento signál PWM pohání optočlen, který pohání MOSFET. MOSFET napájí nastavení LED 9WATT, jak je znázorněno na obrázku. Pokud není úplná tma, pak PI přejde na další krok. Další informace o PWM v Raspberry Pi najdete zde.
Poté Raspberry Pi zkontroluje, zda je tma v místnosti NÍZKÁ, tuto logiku poskytuje OP-AMP1 na GPIO21. Pokud ano, PI poskytuje výstup PWM (Pulse Width Modulation) s pracovním cyklem 30%. Tento signál PWM pohání optočlen, který pohání MOSFET. MOSFET napájí nastavení LED 9WATT, jak je znázorněno na obrázku. Pokud je v místnosti správné světlo, pak Raspberry Pi neposkytuje PWM výstup, takže LAMP bude úplně VYPNUTA.
Aby bylo možné tuto nouzovou lampu zapnout, musí být obě podmínky pravdivé, to znamená, že musí být vypnuto střídavé vedení a v místnosti musí být tma. Jasné porozumění získáte kontrolou níže uvedeného úplného kódu a videa Pythonu.
K této nouzové lampě můžete dále přidat zajímavější funkce a úrovně temnoty. Zkontrolujte také naše další obvody výkonové elektroniky:
- Variabilní napájecí zdroj 0-24v 3A pomocí LM338
- 12v obvod nabíječky baterií využívající LM317
- Obvod střídače 12 V DC na 220 V AC
- Nabíjecí obvod mobilního telefonu