אור חירום של פטל פאי עם חושך וגלאי קו חשמל

בפגישה זו אנו הולכים להכין מנורת חירום 9WATT באמצעות Raspberry Pi ו- Python. מנורה זו תגלה באופן אוטומטי את החשיכה והיעדר אספקת החשמל, ותאיר כאשר יש הפסקת חשמל ואור תקין אינו שם.

אמנם ישנן מנורות חירום שונות, אך הן מוקדשות אך ורק לשרת מטרה אחת, כמו מעגל תאורת חירום פשוט אחד שיצרנו בעבר, מפעיל רק הפסקת חשמל. עם Raspberry Pi אנו יכולים להוסיף לו פונקציות שונות אחרות, כמו כאן הוספנו LDR כדי לזהות חושך ברמות שונות. כאן הוספנו שתי מפלסים, כאשר יש חשכה מוחלטת, המנורה תזרח בעוצמה מלאה וכאשר יש כהה למחצה, היא תנצנץ בקיבולת של 30%. אז הנה אנו מתכננים לעצב את המנורה כך שתהיה דולקת כאשר מתח החשמל אינו פעיל וכאשר עוצמת האור בחדר נמוכה מאוד.

רכיבים נדרשים:

כאן אנו משתמשים ב- Raspberry Pi 2 דגם B עם Raspbian Jessie OS. כל דרישות החומרה והתוכנה הבסיסיות נדונו בעבר, אתה יכול לחפש את זה במבוא Raspberry Pi ו- Raspberry PI LED מהבהב להתחלה, מלבד זה שאנחנו צריכים:

• קבלים של 1000 µF
• 1WATT LED (9 חתיכות)
• + 12V סוללת LEAD ACID אטומה
• בנק כוח 6000-10000mAH
• + 5V DC מתאם
• Lm324 שבב OP-AMP
• מצמד אופטי 4N25
• MOSFET IRFZ44N
• LDR (נגד תלוי אור)
• נורית (חתיכה אחת)
• נגדים: 1KΩ (3 חתיכות), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 חתיכות), 10Ω (9 חתיכות), 10KΩ, 100KΩ
• סיר 10KΩ (3 חתיכות) (כל הנגדים הם 0.25 וואט)

תיאור:

לפני שנכנס לחיבורי מעגלים ועבודתו, נלמד על הרכיבים ומטרתם במעגל:

מנורת LED 9 ואט:

LAMP מורכב מתשע נוריות 1WATT. ישנם סוגים שונים של נוריות בשוק, אך נוריות 1WATT זמינות בקלות בכל מקום. נוריות LED אלה פועלות ב -3.6 וולט, ולכן נחבר שלוש מהן בסדרה יחד עם דיודות הגנה לפעול ב + 12 וולט. אנו נחבר שלוש מהרצועות הללו ויוצרים מנורת LED 9WATT. אנו נפעיל את המנורה הזו עם Raspberry Pi בהתאם.

LDR (נגד תלוי אור) לזיהוי חושך:

אנו נשתמש ב- LDR (Resistorant Resistor) כדי לזהות את עוצמת האור בחדר. ה- LDR משנה את התנגדותו באופן לינארי עם עוצמת האור. LDR זה יחובר למחלק מתח. עם זה יהיה לנו מתח משתנה שייצג את עוצמת האור המשתנה. אם עוצמת האור נמוכה תפוקת המתח תהיה גבוהה ואם עוצמת האור אם תפוקת מתח גבוהה תהיה נמוכה.

מגבר Op-LM324 IC לבדיקת פלט LDR:

ל- Raspberry Pi אין מנגנון ADC פנימי (ממיר אנלוגי לדיגיטלי). כך שלא ניתן לחבר התקנה זו ישירות ל- Raspberry Pi. נשתמש במשוואים מבוססי OP-AMP כדי לבדוק את תפוקות המתח מ- LDR.

כאן השתמשנו במגבר אופ LM324 שיש בתוכו ארבעה מגברים תפעוליים והשתמשנו בשני מגברי אופ מתוך ארבעת אלה. אז ה- PI שלנו יוכל לזהות את עוצמת האור בשתי רמות. בהתאם לרמות אלו נתאים את בהירות מנורת ה- LED. כאשר יש חשכה מוחלטת, המנורה תנצנץ בעוצמה מלאה וכשיש חצי כהה, היא תנצנץ בקיבולת של 30%. בדוק את קוד הווידאו והווידאו בסוף, כדי להבין אותו כראוי. כאן השתמשנו בקונספט PWM ב- Raspberry Pi כדי לשלוט בעוצמת הנוריות.

ל- Raspberry Pi יש 26GPIO, שמתוכם חלקם משמשים לפונקציות מיוחדות. עם GPIO מיוחד לשים בצד, יש לנו 17 GPIO. כל אחד מ -17 הפינים של GPIO אינו יכול לקחת מתח גבוה מ- 3.3V, ולכן יציאות ה- Op-amp אינן יכולות להיות גבוהות מ- 3.3V. לפיכך בחרנו במגבר LM324, שכן שבב זה יכול לפעול ב -3.3 וולט ומספק יציאות לוגיות לא יותר מ -3.3 וולט. למידע נוסף על סיכות GPIO של Raspberry Pi כאן. בדוק גם את סדרת ההדרכות של פטל פי יחד עם כמה פרויקטים טובים של IoT.

מתאם AC ל DC לבדיקת קו AC:

אנו נשתמש בהיגיון מתח יציאת מתאם AC כדי לזהות את מצב קו ה- AC. למרות שישנן דרכים שונות לאתר את מצב קו ה- AC, זו הדרך הבטוחה והקלה ביותר לעבור. ניקח את ההיגיון של 5 וולט מהמתאם ונעביר אותו לפטל פי דרך מעגל מחלק מתח לסגירה + 5 וולט לוגיקה גבוהה ל -3.3 וולט היגיון גבוה. עיין בתרשים המעגל להבנה טובה יותר.

בנק כוח וסוללת חומצה עופרת 12 וולט לאספקת חשמל:

יש לזכור ש- Raspberry Pi חייב לפעול בהיעדר כוח, ולכן נניע את ה- PI באמצעות בנק כוח (מארז סוללות 10000mAH) ומנורת ה- LED 9WATT תופעל על ידי + 12V, 7AH סוללת LEAD ACID אטומה. לא ניתן להפעיל את מנורת ה- LED באמצעות בנק כוח מכיוון שהם שואבים יותר מדי כוח, ולכן עליהם להיות מופעלים ממקור חשמל נפרד.

אתה יכול להפעיל את ה- Raspberry Pi על ידי סוללה +12 וולט אם יש לך ממיר יעיל +12 וולט +5 וולט. באמצעות ממיר זה תוכלו לזרוק את בנק החשמל ולהפעיל את המעגל כולו באמצעות מקור סוללה יחיד.

הסבר מעגל:

תרשים המעגל של אור החירום של פטל פי מוצג להלן:

כאן השתמשנו בשלושה מתוך ארבעה משווים בתוך LM324 IC. שניים מהם ישמשו לאיתור רמות עוצמת האור והשלישי ישמש לאיתור רמת המתח הנמוכה של סוללה +12 וולט.

1. OP-AMP1 או U1A: מסוף שלילי של משווה זה מסופק עם 1.2 וולט (התאם את RV2 כדי לקבל את המתח) והמסוף החיובי מחובר לרשת מחלק מתח LDR. ככל שהצל נופל על ה- LDR, ההתנגדות הפנימית שלו עולה. עם עליית ההתנגדות הפנימית של LDR, ירידת המתח במסוף החיובי של OP-AMP1 עולה. ברגע שמתח זה עולה על 1.2 וולט, ה- OP-AMP1 מספק פלט + 3.3 וולט. פלט לוגיקה HIGH זה של OP-AMP יתגלה על ידי Raspberry Pi.

2. OP-AMP2 או U1B: מסוף שלילי של משווה זה מסופק עם 2.2V (התאם RV3 כדי לקבל את המתח) והמסוף החיובי מחובר לרשת מחלק מתח LDR. ככל שהצל הנופל על ה- LDR עולה עוד יותר, ההתנגדות הפנימית שלו עולה אפילו יותר. עם עלייה נוספת בהתנגדות הפנימית של LDR, ירידת המתח במסוף החיובי של OP-AMP2 עולה. ברגע שמתח זה עולה על 2.2 וולט, ה- OP-AMP2 מספק פלט + 3.3 וולט. פלט לוגיקה HIGH זה של OP-AMP יתגלה על ידי Raspberry Pi.

3. OP-AMP3 או U1C: OP-AMP זה ישמש לזיהוי רמת מתח נמוכה של ערכת סוללות +12 וולט. מסוף שלילי של משווה זה מסופק עם 2.1 וולט (התאם את RV1 כדי לקבל את המתח) והמסוף החיובי מחובר למעגל מחלק מתח. מחלק זה מחלק את מתח הסוללה פי 1 / 5.7, וכך עבור מתח סוללה של 12.5 וולט יהיה לנו 2.19 וולט במסוף החיובי של OP-AMP3. כאשר מתח הסוללה יורד מתחת ל 12.0 וולט, המתח במסוף החיובי יהיה <2.1 וולט. אז עם 2.1v במסוף השלילי, תפוקת OP-AMP נמוכה. לכן כאשר מתח הסוללה יורד מתחת ל 12 וולט (פירושו מתחת ל -2.1 וולט במסוף החיובי), ה- OP-AMP מושך את הפלט, ההיגיון הזה יתגלה על ידי פטל פי.

הסבר עבודה:

כל הפונקציה של מנורת חירום פטל זה יכולה להצהיר כ:

Raspberry Pi הראשון מגלה אם קיים מתח AC או לא על ידי חישה של היגיון ב- GPIO23, שם נלקח + 3.3V ממתאם ה- AC. ברגע שהכוח נכבה, +5 וולט מהמתאם נכבה ופטל פאי עובר לשלב הבא רק אם מתגלה היגיון נמוך זה, אם לא PI לא יעבור לשלב הבא. ההיגיון הנמוך הזה קורה רק כאשר מתח זרם החשמל נכבה.

ה- PI הבא בודק אם רמת הסוללה LEAD ACID נמוכה. היגיון זה מסופק על ידי OP-AMP3 ב- GPIO16. אם ההיגיון נמוך, אז PI לא עובר לשלב הבא. עם מתח סוללה גבוה מ + 12 וולט, PI עובר לשלב הבא.

הבא Raspberry Pi בודק אם החושך בחדר הוא גבוה, ההיגיון הזה מסופק על ידי OP-AMP2 ב- GPIO20. אם כן, PI מספק פלט PWM (Pulse Width Modulation) עם מחזור חובה של 99%. אות PWM זה מניע את מצמד האופטו שמניע את ה- MOSFET. MOSFET מניע את הגדרת LED 9WATT כפי שמוצג באיור. אם אין חושך מוחלט אז PI עובר לשלב הבא. למידע נוסף על PWM ב- Raspberry Pi כאן.

ואז פטל פי בודק אם החושך בחדר נמוך, ההיגיון הזה מסופק על ידי OP-AMP1 ב- GPIO21. אם כן, PI מספק פלט PWM (Pulse Width Modulation) עם מחזור חובה של 30%. אות PWM זה מניע את מצמד האופטו שמניע את ה- MOSFET. MOSFET מניע את הגדרת LED 9WATT כפי שמוצג באיור. אם יש אור תקין בחדר, אז Raspberry Pi אינו מספק פלט PWM כך שהמנורה תהיה כבויה לחלוטין.

אז כדי להדליק את מנורת החירום הזו, שניהם התנאים חייבים להיות אמיתיים, כלומר קו החשמל חייב להיות כבוי וחייבת להיות חושך בחדר. תוכל לקבל את ההבנה הברורה על ידי בדיקת קוד הפיתון והווידאו המלאים להלן.

תוכלו להוסיף עוד פונקציות מעניינות ורמות חושך למנורת החירום הזו. בדוק גם את המעגלים האלקטרוניים החשמליים שלנו:

• אספקת חשמל משתנה 0-24v 3A באמצעות LM338
• מעגל מטען סוללות 12 וולט באמצעות LM317
• מעגל מהפך AC 12V DC ל- 220V AC
• מעגל מטען לפלאפון