Samodejna vhodna osvetlitev: 10 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Želim namestiti samodejno razsvetljavo na vhodu v notranjost hiše. V večini primerov bosta stikalo za zaznavanje gibanja in svetilka PIR (pasivni infrardeči senzor) delovala, vendar sem to idejo opustil, saj se senzor, pritrjen zunaj, zdi neroden.

Moj cilj v tem projektu:

1. Izgled razsvetljave mora izgledati preprosto in nizko.
2. Zanima me tudi preizkušanje novih stvari in preverjanje novih idej v projektu:

• Za kompleksno geometrijo uporabite 3D tiskanje.
• Oblikovanje vezja, postavitev tiskanega vezja (PCB) in prototipi za elektroniko.
• Že prej sem uporabljal WiFi-MCU (mikrokrmilnik) ESP32. Ker lahko z MCU-jem komuniciramo prek http-strežnika, ali ni priročno, če imamo spletni vmesnik za branje signalov senzorjev in nastavitev svetlobnih parametrov?

Na podlagi teh zamisli sem naredil maketo in preveril njeno delovanje; Oblikujem in izdelujem sistem razsvetljave.

Opomba:

• Fizične dimenzije, navedene v tem projektu, so za osvetlitev površine 1m x 1,5m. Uporabite ga lahko kot referenco za prilagoditev oblikovanja.
• Nekatera dela v tem projektu so lahko nevarna. Pred preskušanjem in namestitvijo upoštevajte potrebne varnostne ukrepe.
• Nimam vse opreme in orodij za izdelavo komponent. Posledično zunanjim izvajalcem 3D tiskanje in izdelavo tiskanih vezij oddajam profesionalne studie. CAD, kot sta Fusion 360 in EAGLE, v tem scenariju veliko pomaga. Več bom govoril v naslednjih razdelkih.

1. korak: Pregled zasnove, postavitev in model

Moja ideja je, da se svetlobni sistem "skrije" v lesenem predalu, vendar omogoči osvetlitev skozi odprtino.

S Fusion360 najprej modeliram celotno sceno. Obiščite vadnico, kako jo uporabljati. CAD veliko pomaga pri boljši vizualizaciji v fazi načrtovanja.

Na primer, z infrardečimi senzorji sledimo vsem ljudem, ki se približujejo, in prižgemo luč. Zato morajo biti senzorji natančno nameščeni. V model lahko samo narišemo pot infrardečih žarkov. Zavrtite in premaknite senzorje na kakršen koli način brez predhodnega zapletenega izračuna.

Končno mi je uspelo takole:

• Ustvarite odprtino in nad njo namestite LED sklop.
• Fotorezist, ki preveri, ali je soba dovolj temna, da se prižge.
• Uporabljam 2 infrardeča senzorja za dolge razdalje, da zaznam, ali se katera približuje vhodu, prižge luč, če je dovolj blizu.
• Še en infrardeči senzor kratkega dosega, ki preveri, ali se vrata odpirajo.
• Odprtina je ozka, zato moramo senzorje postaviti v natančne položaje. Potrebujemo tudi reflektor, ki usmerja LED svetlobo skozi odprtino. Za izpolnitev teh dveh namenov lahko 3D-natisnemo en del (Nosilec senzorjev).
• Nadzor sistema in prilagajanje parametrov prek WiFi: Kakšni so zdaj odčitki senzorja? Kako blizu vklopa luči? Kako temno naj se prižge luč? Kako dolgo naj sveti svetilka? Osvetlitev lahko nadzorujemo prek spletnega brskalnika z uporabo MCU WiFi, kot je ESP32.

2. korak: Odpiranje

Orodja:

• Kvadratni ravnilo
• Žaga- ročna ali električna.
• Vrtalnik - ročni vrtalnik ali kateri koli električni gonilnik, ki lahko vrta v les in plastiko.
• mapa
• Lopatica, brusni papir in čopič - za povrnitev površine v prvotno stanje in barvo.

Materiali:

• Akrilni trakovi - Strgan material je v redu, če je dovolj debel (~ 5 mm)
• Mavec
• Notranja barva

Postopki:

1. Naredite akrilno predlogo, da določite dimenzijo odprtine. Zložim 4 akrilne trakove in jih zlepim skupaj. S kvadratnim ravnilom se prepričajte, da so med seboj 90 stopinj. Velikost odprtine je 365 x 42 mm.
2. Na šabloni naredite 4 pritrdilne luknje, nato pa jo z vijaki pritrdite na predel.
3. Izvrtajte luknje vzdolž robov in odrežite neželeno območje.
4. Z datoteko odstranite odvečni material in poravnajte robove vzdolž predloge.
5. Odstranite predlogo. Na montažne luknje in leseno površino nanesite omet.
6. Površino obrusite in nanesite omet. Te korake ponavljajte, dokler površina ni gladka.
7. Pobarvajte površino.

3. korak: Izdelava sklopa LED

Orodja:

• Žaga - ročna ali električna.
• Vrtalnik - ročni vrtalnik ali kateri koli električni gonilnik, ki lahko vrta v les in plastiko.
• Odstranjevalec žice
• Spajkalnik

Materiali:

• PVC cevi in držala Ø 20 mm.
• 5W LED žarnica G4 in vtičnica x5
• Električni kabli
• Spajkalna žica
• Poslušajte skrčljivo cev

Postopki:

1. Izrežite PVC cev dolžine 355 mm kot ohišje svetilke.
2. Namestite dva držala za cevi na obeh koncih kot stojala.
3. Na PVC cevi izvrtajte pet lukenj Ø17 mm za LED vtičnice.
4. Vstavite LED vtičnice in se prepričajte, da so kabli dovolj dolgi, da pridejo ven iz cevi, kabel podaljšajte, če so prekratki. Ker bomo kot svetlobne vire uporabljali LED sijalke G4 z močjo 5 W, bo tok za vir 220VAC ~ 23 mA. Za spajkanje originalnega kabla uporabljam trakove AWG#24. Za zaščito sklepa uporabite cev za krčenje.
5. Namestite LED žarnice v LED vtičnice.
6. LED svetilke priključite vzporedno.

4. korak: Izdelava nosilca senzorja

Za modeliranje nosilca senzorja najprej uporabim Fusion360. Za poenostavitev namestitve in izdelave nosilec senzorja služi tudi kot reflektor svetlobe in je en sam del. Nosilec senzorja mora imeti montažne votline, ki ustrezajo oblikam senzorjev IR območja. To lahko preprosto storite z uporabo Fusion360:

1. Uvozite in postavite senzorje in držalo senzorja v želene položaje [kot je prikazano v 2. koraku]
2. Z ukazom za motnje preverite, ali se glasnost med držalom in senzorji prekriva.
3. Obdržite senzorje in odstranite prekrivno glasnost v nosilcu.
4. Model shranite kot nov del. Montažne votline imajo zdaj obliko senzorjev!
5. Upoštevati moramo tudi toleranco pri izdelavi: Toleranca dimenzije senzorja je ± 0,3 mm, toleranca izdelave 3D tiskanja pa ± 0,1 mm. Na vseh kontaktnih površinah votlin sem naredil 0,2 mm odmik navzven, da sem zagotovil zračnost.

Model je poslan v studio za 3D tiskanje. Za znižanje proizvodnih stroškov uporabljam majhno debelino 2 mm in ustvarim prazne vzorce za prihranek materiala.

Čas obdelave 3D tiskanja je približno 48 ur in stane ~ 32 USD. Končni del je bil že brušen, ko ga prejmem, vendar je preveč grob. Zato površine počistim z mokrim brusnim papirjem zrnatosti 400, nato pa notranjost poškropim z belo barvo.

5. korak: Oblikovanje vezja

Cilji in premisleki

• Nimam spajkalne peči za spajkanje, zato se upoštevajo le deli v paketu DIP.
• Zasnova enojne plošče: PCB je vseboval vse komponente, vključno z napajalno enoto AC-DC.
• Varčevanje z energijo: Senzorje in LED svetilko vklopite le, ko je vhod dovolj temen.
• Oddaljena konfiguracija: nastavite parametre MCU prek WiFi.

Kako deluje vezje

• Napajalni tok, priključen skozi priključno omarico (TB1), z varovalko (XF1).
• Miniaturni napajalnik AC-DC (PS1) se uporablja za napajanje 5VDC na ploščo ESP32 MCU (JP1 & 2) in senzorje.
• WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) bere napetostni signal s fotorezistorja (PR) z uporabo kanala ADC (ADC1_CHANNEL_7). Vklopite MOSFET (Q1) prek zatiča GPIO22, da vklopite vse 3 infrardeče senzorje, če je signal nižji od praga.
• Še 3 ADC kanali (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6) za izhod signala treh infrardečih senzorjev (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short). Če je signal višji od praga, vklopite MOSFET (Q2) prek vtiča GPIO 21, ki vklopi SSR (K1) in prižge LED svetilke, povezane na TB1.
• MCU preveri, ali je preklop WiFi (S1) vklopljen prek (ADC1_CHANNEL_4), z izvajanjem naloge WiFi, da dovoli parametre, nastavljene v MCU.

Seznam delov

1. NodeMCU-32S x1
2. Napajalnik Mean Well IRM-10-5 x1
3. Omron G3MC-202P-DC5 polprevodniški rele x1
4. STP16NF06L N-kanalni MOSFET x2
5. Sharp GP2Y0A710K0F Senzor za merjenje razdalje x2
6. Sharp GP2Y0A02YK0F Senzor za merjenje razdalje x1
7. Ženska glava 2,54 mm -19 zatičev x2 (ali katere koli kombinacije glav, da bo 19 zatičev)
8. HB-9500 9. mm razmik Terminal Block 4-pin2 (HP-4P) x1
9. KF301 2,0-pinski priključek x1, razmik 5.08 mm razmika
10. KF301 Razdalja med priključnimi sponkami 5,08 mm 3-pinski x3
11. Preklopno stikalo SS-12D00 1P2T x1
12. BLX-A Nosilec varovalk x1
13. 500mA varovalka
14. PhotoResistor x1
15. 1k ohmski upori x3
16. 0,1uF kondenzatorji x3
17. 10uF kondenzator x1
18. M3X6mm najlonski vijaki x6
19. M3X6mm najlonski vijaki z vdolbino x4
20. M3X8mm Najlonski distančnik x4
21. M3 najlonske matice x2
22. Plastično ohišje (velikost večja od 86 mm x 84 mm)
23. 2W 33k Ohm upor x1 (neobvezno)

Upoštevajte, da lahko LED z nizko porabo še vedno sveti, tudi če je polprevodniški rele izklopljen, to je posledica dušilca v polprevodniškem releju. Za rešitev te težave boste morda potrebovali vzporedno priključen upor in kondenzator z LED svetilko.

Korak 6: Postavitev in montaža tiskanega vezja

Za izdelavo vezja lahko uporabimo prototip univerzalnega tiskanega vezja. Toda za oblikovanje sheme in postavitve poskušam uporabiti EAGLE CAD. Slike plošče (datoteka Gerber) se pošljejo v PCB Prototyping Studio za izdelavo.

Uporablja se dvoslojna plošča FR4 z bazo 1 oz. Vključene so funkcije, kot so montažne luknje, prevlečene luknje, izravnava spajka z vročim zrakom, plast maske spajkanja, besedilo na sitotisku (no.. zdaj uporabljajo brizgalno tiskanje). Stroški izdelave 10 kosov (MOQ) PCB so ~ 4,2 US $ - razumna cena pri takšni kakovosti dela.

Obstajajo dobre vaje o uporabi EAGLE za oblikovanje tiskanih vezij.

Iz Sparkfun:

• Uporaba EAGLE: Shema
• Uporaba EAGLE: postavitev plošče

Dobra vadnica za Youtube avtorja Ilya Mikhelson:

• Eagle PCB Vadnica: Shema
• Eagle PCB Vadnica: postavitev
• Eagle PCB Vadnica: dokončanje oblikovanja
• Eagle PCB Vadnica: Knjižnica po meri

Komponente vstavite v tiskano vezje in spajkajte na zadnji strani. Okrepite polprevodniški rele, škatlo z varovalkami in kondenzatorje z vročim lepilom. Na dnu plastičnega ohišja izvrtajte luknje in namestite najlonske distančnike. Na stranskih stenah naredite odprtine, da omogočite kabelske povezave. Sklop tiskanega vezja namestite na distančnike.

7. korak: Podaljšajte senzorske kable

Prvotni kabli senzorjev so prekratki in jih je treba podaljšati. Za zmanjšanje hrupa zaradi motenj signalne napetosti uporabljam zaščiten signalni kabel 22AWG. Zaščito je priključil na ozemljitev senzorja, Vcc in Vo pa na druge žice. Spoj zaščitite s krčljivo cevjo.

Na enak način podaljšajte fotorezistor.

8. korak: Montaža

1. Namestite LED sklop, na stojalo nanesite silikon ali vroče lepilo in ga pritrdite na predel.
2. Nosilec senzorja namestite tako, da pokrije sklop LED. 3 infrardeča senzorja namestite na držala senzorjev.
3. V predelu blizu vogala izvrtajte luknjo Ø6,5 mm. Vstavite foto upor, ga pritrdite in kabel z vročim toplotnim lepilom.
4. Ohišje, ki vsebuje krmilno vezje, namestite na steno.
5. Naredite naslednje žične povezave:

• Vir napajanja AC na "AC IN" vezja.
• LED svetilka napaja "AC OUT" vezja.
• Infrardeči senzorji: Vcc do "5V", GND do "GND", Vo do "Vout" v tokokrogu
• Fotografski upor na "PR" v vezju.

9. korak: Vdelana programska oprema in nastavitev

Izvorno kodo vdelane programske opreme lahko prenesete s te povezave GitHub.

Vklopite gumb za preklop WiFi in vklopite napravo. MCU bo privzeto vstopil v način SoftAP in prek WiFi -ja se lahko povežete z dostopno točko "ESP32_Entrance_Lighting".

V brskalniku pojdite na 192.168.10.1 in odprite naslednje funkcije:

1. Posodobitev vdelane programske opreme OTA prek nalaganja brskalnika.
2. Nastavitev parametrov:

• PhotoResistor - sprožilna stopnja fotorezistorja, pod katero se bodo senzorji vklopili (12 -bitno območje ADC 0-4095)
• IR_Long1 - razdalja, pod katero bo infrardeči senzor 1 dolgega dosega vklopil svetilko (12 -bitno območje ADC 0-4095)
• IR_Long2 - razdalja, pod katero bo infrardeči senzor 2 za dolgi doseg vklopil svetilko (12 -bitno območje ADC 0-4095)
• IR_Short - razdalja, pod katero bo infrardeči senzor kratkega dosega vklopil svetilko (12 -bitno območje ADC 0-4095)
• Čas vklopa luči - čas trajanja svetilke (milisekunde)

Če kliknete »Posodobi«, bodo ravni sprožilca nastavljene na vrednosti v besedilnih poljih.

Kliknite "Anketiranje senzorja" se bodo trenutni odčitki senzorjev posodabljali vsako sekundo, pod pogojem, da je raven svetlobe nižja od sprožilne stopnje fotorezistorja.

10. korak: Končaj

Nekaj misli o nadaljnjih izboljšavah:

• Način globokega spanja MCU/soprocesor ultra nizke porabe za zmanjšanje porabe energije.
• Za hitrejši odziv uporabite websocket/secure websocket namesto tradicionalnega sporočila
• Uporaba nizkocenovnih komponent, kot so laserski senzorji dosega.

Materialni stroški za ta projekt znašajo okoli 91 USD - malo dragi, vendar se mi zdi vredno preizkusiti nove stvari in raziskati tehnologijo.

Projekt je zaključen in deluje. Upam, da vam je ta Instructable všeč.