Automatsko osvetljenje ulaza: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Želim instalirati automatsko osvjetljenje na ulazu u kuću. U većini slučajeva, PIR (pasivni infracrveni senzor) senzor pokreta i lampa će poslužiti, ali odustajem od ove ideje jer se senzor pričvršćen izvana čini nespretnim.

Moj cilj u ovom projektu:

1. Izgled rasvjete trebao bi izgledati jednostavno i nisko.
2. Takođe me zanima da isprobam nove stvari i provjerim nove ideje u projektu:

• Koristite 3D štampanje za složenu geometriju.
• Dizajn kola, izgled PCB -a (štampane ploče) i izrada prototipova za elektroniku.
• Ranije sam koristio WiFi-MCU (mikrokontroler) ESP32. Budući da s MCU-om možemo komunicirati putem http-servera, nije li zgodno ako imamo web sučelje za čitanje signala senzora i postavljanje parametara osvjetljenja?

Na osnovu ovih ideja napravio sam maketu i proverio da li radi; Dizajniram i izrađujem sistem osvetljenja.

Bilješka:

• Fizičke dimenzije navedene u ovom projektu služe za osvjetljavanje prostora 1m x 1,5m. Možete ga koristiti kao referencu za skaliranje vašeg dizajna.
• Neki radovi u ovom projektu mogu biti opasni, poduzmite potrebne mjere opreza prije testiranja i instalacije.
• Nemam svu opremu i alate za izradu komponenti. Kao rezultat toga, vanjske poslove 3D štampanja i proizvodnje PCB -a prepuštam profesionalnim studijima. CAD, poput Fusion 360 i EAGLE, puno pomaže u ovom scenariju. Više ću govoriti u kasnijim odeljcima.

Korak 1: Pregled dizajna, izgled i model

Moja ideja je da se sistem rasvjete „sakrije“unutar drvenog pretinca, ali omogući osvjetljenje kroz otvor.

Koristim Fusion360 za prvo modeliranje cijele scene. Možete posjetiti Vodič o tome kako ga koristiti. CAD mnogo pomaže u boljoj vizualizaciji u fazi projektovanja.

Na primjer, koristimo infracrvene senzore za praćenje svih ljudi koji prilaze i uključenje svjetla. Zbog toga se senzori moraju točno pozicionirati. Možemo samo nacrtati putanju infracrvenog zraka u modelu. Rotirajte i pomičite senzore na bilo koji način bez kompliciranih izračuna unaprijed.

Konačno, uspio sam na ovaj način:

• Napravite otvor i instalirajte LED sklop iznad njega.
• Fotootpornik koji provjerava je li soba dovoljno mračna da se osvijetli.
• Koristim 2 infracrvena senzora za velike udaljenosti da otkrijem da li se neko približava ulazu, pali svjetlo ako je dovoljno blizu.
• Još jedan infracrveni senzor kratkog dometa za provjeru otvaranja vrata.
• Otvor je uzak pa moramo postaviti senzore u precizne položaje. Potreban nam je i reflektor za usmjeravanje LED svjetla kroz otvor. Možemo 3D ispisati jedan dio (držač senzora) kako bismo ispunili ove 2 svrhe.
• Nadzor sistema i podešavanje parametara putem WiFi -a: Koja su očitanja senzora sada? Koliko je blizu uključivanja svjetla? Koliko tamno svjetlo treba upaliti? Koliko dugo lampica treba ostati upaljena? Osvjetljenje možemo kontrolirati putem web preglednika pomoću WiFi MCU -a poput ESP32.

Korak 2: Otvaranje

Alati:

• Kvadratno ravnalo
• Testera- na motornu pilu ili na električni pogon.
• Bušilica - ručna bušilica ili bilo koji električni pokretač koji može bušiti drvo i plastiku.
• Datoteka
• Lopatica, brusni papir i četka za boje - za vraćanje površine u prvobitno stanje i boju.

Materijali:

• Akrilne trake - Ostrugani materijal je fin pod uslovom da je dovoljno debeo (~ 5 mm)
• Gips
• Boja za unutrašnjost

Postupci:

1. Napravite akrilni predložak za definiranje dimenzija otvora. Slažem 4 akrilne trake i lijepim ih zajedno. Upotrijebite kvadratni ravnalo kako biste bili sigurni da su međusobno 90 stupnjeva. Veličina otvora je 365 mm x 42 mm.
2. Na predlošku napravite 4 montažne rupe, a zatim ih pričvrstite vijcima na odjeljak.
3. Izbušite rupe duž rubova i otpilite neželjeno područje.
4. Upotrijebite datoteku za uklanjanje viška materijala i poravnajte rubove duž predloška.
5. Uklonite predložak. Nanesite žbuku na montažne rupe i drvenu površinu.
6. Površinu izbrusite i nanesite žbuku. Ponavljajte ove korake dok površina ne postane glatka.
7. Obojite površinu.

Korak 3: Izrada LED sklopa

Alati:

• Testera - ručna pila ili na električni pogon.
• Bušilica - ručna bušilica ili bilo koji električni pokretač koji može bušiti drvo i plastiku.
• Skidač žice
• Lemilica

Materijali:

• Ø20 mm PVC cijevi i držači.
• 5W G4 LED žarulja i utičnica x5
• Električni kablovi
• Lemljena žica
• Čujte cijev za skupljanje

Postupci:

1. Izrežite PVC cijev duljine 355 mm kao tijelo lampe.
2. Instalirajte dva držača cijevi na oba kraja kao postolja.
3. Izbušite pet rupa Ø17 mm na PVC cijevima za LED utičnice.
4. Umetnite LED utičnice i provjerite jesu li kabeli dovoljno dugi da izlaze iz cijevi, produžite kabel u slučaju da su prekratki. Budući da ćemo kao izvore svjetlosti koristiti LED sijalice G4 od 5W, struja će biti ~ 23mA za izvor od 220VAC. Za lemljenje originalnog kabela koristim vrpce AWG#24. Za zaštitu spojenog područja upotrijebite skupljajuću cijev.
5. Ugradite LED sijalice u LED utičnice.
6. Paralelno povežite LED lampe.

Korak 4: Izrada držača senzora

Koristim Fusion360 za modeliranje držača senzora. Radi pojednostavljenja ugradnje i proizvodnje, držač senzora služi i kao reflektor svjetla i oni su jedan dio. Nosač senzora trebao bi imati montažne šupljine koje odgovaraju oblicima senzora IR dometa. To se može lako učiniti ako koristite Fusion360:

1. Uvezite i postavite senzore i držač senzora u željene položaje [kao što je prikazano u koraku 2]
2. Pomoću naredbe za smetnje provjerite ima li preklapajuće glasnoće između držača i senzora.
3. Zadržite senzore i uklonite preklapani volumen u držaču.
4. Sačuvajte model kao novi deo. Montažne šupljine sada imaju oblik senzora!
5. Treba uzeti u obzir i toleranciju proizvodnje: Tolerancija dimenzije senzora je ± 0,3 mm, a tolerancija proizvodnje 3D štampe ± 0,1 mm. Napravio sam pomak od 0,2 mm prema van na svim kontaktnim površinama šupljina kako bih osigurao zazor.

Model se šalje u studio za 3D štampanje. Da bih smanjio troškove proizvodnje, koristim malu debljinu od 2 mm i stvaram prazne uzorke za uštedu materijala.

Vrijeme obrade 3D ispisa je oko 48 sati i košta ~ 32 USD. Gotov dio je već brušen kad ga dobijem, ali je previše grub. Stoga površine dorađujem mokrim brusnim papirom u zrnu od 400, nakon čega slijedi prskanje unutrašnjosti bijelom bojom.

Korak 5: Dizajn kola

Ciljevi i razmatranja

• Nemam pećnicu za lemljenje lemljenja, pa se uzimaju u obzir samo dijelovi u DIP paketu.
• Dizajn jedne ploče: PCB sadrži sve komponente, uključujući AC-DC jedinicu za napajanje.
• Ušteda energije: Uključite senzore i LED lampu samo kada je ulaz dovoljno mračan.
• Daljinska konfiguracija: postavite parametre MCU -a putem WiFi -a.

Kako radi kolo

• Ulaz izmjenične struje kroz priključnu kutiju (TB1), sa zaštitom od osigurača (XF1).
• Minijaturno AC-DC napajanje (PS1) koristi se za napajanje 5VDC napajanja ESP32 MCU (JP1 & 2) ploče i senzora.
• WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) očitava naponski signal sa fotootpornika (PR) koristeći ADC kanal (ADC1_CHANNEL_7). Uključite MOSFET (Q1) putem GPIO pina 22 za napajanje sva 3 infracrvena senzora ako je signal niži od praga.
• Još 3 ADC kanala (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6) za izlaz signala 3 infracrvena senzora (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short). Ako je signal veći od praga, uključite MOSFET (Q2) putem GPIO pina 21, koji uključuje SSR (K1) i pali LED žarulje povezane na TB1.
• MCU provjerava je li WiFi Toggle (S1) UKLJUČEN preko (ADC1_CHANNEL_4), pokrećući WiFi Task da dozvoli parametre postavljene u MCU.

Lista delova

1. NodeMCU-32S x1
2. Napajanje napajanja Mean Well IRM-10-5 x1
3. Omron G3MC-202P-DC5 relej čvrstog stanja x1
4. STP16NF06L N-kanalni MOSFET x2
5. Sharp GP2Y0A710K0F Senzor za mjerenje udaljenosti x2
6. Sharp GP2Y0A02YK0F Senzor za mjerenje udaljenosti x1
7. Žensko zaglavlje 2,54 mm -19 pinova x2 (ili bilo koje kombinacije zaglavlja da bi bilo 19 pinova)
8. HB-9500 9. mm razmak Terminal Block 4-pin2 (HP-4P) x1
9. KF301 Konektor stezaljke bloka 5,08 mm 2-pinski x1
10. KF301 Konektor terminalnog bloka s razmakom od 5,08 mm 3-pinski x3
11. SS-12D00 1P2T Toggle prekidač x1
12. BLX-A Držač osigurača x1
13. 500mA osigurač
14. PhotoResistor x1
15. 1k Ohm otpornici x3
16. 0,1uF kondenzatori x3
17. 10uF kondenzator x1
18. M3X6mm Najlonski vijci x6
19. M3X6mm Najlonski upušteni vijci x4
20. M3X8mm Najlonski odstojnik x4
21. M3 Najlonske matice x2
22. Plastično kućište (veličine veće od 86 mm x 84 mm)
23. 2W 33k Ohm otpornik x1 (opcionalno)

Imajte na umu da LED male snage može i dalje svijetliti čak i ako je poluprovodnički relej isključen, to je zbog prigušivača unutar poluprovodničkog releja. Za rješavanje ovog problema možda će vam trebati otpornik i kondenzator spojeni paralelno sa LED lampom.

Korak 6: Raspored i montaža PCB -a

Za izradu kola možemo koristiti prototip univerzalne PCB -a. Ali pokušavam koristiti EAGLE CAD za dizajniranje sheme i izgleda. Slike ploče (Gerber datoteka) šalju se u PCB Prototyping Studio radi izrade.

Koristi se dvoslojna FR4 ploča sa 1oz bakra. Uključene su značajke kao što su rupe za montažu, provučene rupe, izravnavanje lema na vrući zrak, sloj maske za lemljenje, tekst na sitotisku (pa.. sada koriste ink-jet štampanje). Cijena izrade PCB -a od 10 komada (MOQ) je ~ 4,2 USD - razumna cijena pri takvom kvalitetu rada.

Postoje dobri vodiči o korištenju EAGLE -a za dizajn PCB -a.

Iz Sparkfuna:

• Korištenje EAGLE -a: Shematski prikaz
• Korištenje EAGLE -a: Izgled ploče

Dobar Youtube vodič od Ilye Mikhelsona:

• Eagle PCB Vodič: Shematski
• Eagle PCB Vodič: Raspored
• Eagle PCB Tutorial: Finalizing Design
• Eagle PCB Vodič: Prilagođena biblioteka

Umetnite komponente u PCB i lemljenje na stražnjoj strani. Pojačajte relej čvrstog stanja, kutiju s osiguračima i kondenzatore vrućim ljepilom. Izbušite rupe na dnu plastičnog kućišta i postavite najlonske odstojnike. Napravite otvore na bočnim zidovima kako biste omogućili kabelske veze. Montirajte sklop PCB -a na odstojnike.

Korak 7: Produžite senzorske kabele

Originalni kabeli senzora su prekratki i potrebno ih je produžiti. Koristim oklopljeni signalni kabel 22AWG za smanjenje buke koja ometa signalni napon. Oklop je spojen na masu senzora, dok su Vcc i Vo na druge žice. Zaštitite spoj cijevi za skupljanje.

Na isti način produžite fotootpornik.

Korak 8: Montaža

1. Ugradite LED sklop, nanesite silikon ili vruće ljepilo na postolje i pričvrstite ga na odjeljak.
2. Ugradite držač senzora da pokrije LED sklop. Montirajte 3 infracrvena senzora na držače senzora.
3. Izbušite rupu Ø6,5 mm u pregradi blizu ugla. Umetnite fotootpornik, popravite ga i kabel pomoću vrućeg ljepila.
4. Postavite kućište koje sadrži upravljački krug na zid.
5. Izvedite sljedeće žičane veze:

• Izvor napajanja naizmjeničnom strujom na "AC IN" kruga.
• LED lampa napaja "AC OUT" kruga.
• Infracrveni senzori: Vcc na "5V", GND na "GND", Vo na "Vout" u krugu
• Fotootpornik na "PR" u krugu.

Korak 9: Firmware i postavljanje

Izvorni kod firmvera možete preuzeti sa ove GitHub veze.

Uključite dugme za prebacivanje WiFi i uključite uređaj. MCU će prema zadanim postavkama ući u način rada SoftAP i možete se povezati s pristupnom točkom "ESP32_Entrance_Lighting" putem WiFi -a.

Idite na 192.168.10.1 u pregledniku i pristupite sljedećim funkcijama:

1. OTA ažuriranje firmvera putem učitavanja u preglednik.
2. Podešavanje parametara:

• PhotoResistor - Nivo okidača fotootpornika ispod kojeg će se senzori uključiti (12 -bitni ADC raspon 0-4095)
• IR_Long1 - Udaljenost ispod koje će infracrveni senzor 1 na daljinu uključiti lampu (12 -bitni ADC raspon 0-4095)
• IR_Long2 - Rastojanje ispod kojeg će infracrveni senzor 2 na daljinu uključiti lampu (12 -bitni ADC opseg 0-4095)
• IR_Short - Rastojanje ispod kojeg će infracrveni senzor kratkog dometa uključiti lampu (12 -bitni ADC opseg 0-4095)
• Vrijeme uključivanja svjetla - trajanje trajanja žarulje (milisekunde)

Klikom na "Ažuriraj" postavit ćete razine okidača na vrijednosti u okvirima za tekst.

Pritisnite "Sensor polling" (Trenutni pokazatelji senzora) ažurirat će se svake sekunde, pod uvjetom da je razina svjetla niža od razine okidanja fotootpornika.

Korak 10: Završite

Nekoliko razmišljanja o daljem poboljšanju:

• MCU način dubokog sna/koprocesor ultra niske snage za smanjenje potrošnje energije.
• Korištenje websocket/secure websocket umjesto tradicionalne HTTP poruke za brži odgovor.
• Upotreba jeftinijih komponenti poput laserskih senzora dometa.

Materijalni troškovi za ovaj projekt iznose oko 91 USD - malo su skupi, ali mislim da je vrijedno isprobati nove stvari i istražiti tehnologiju.

Projekat je završen i radi. Nadam se da ćete uživati u ovom Instructable -u.