In deze sessie gaan we een 9WATT Emergency Lamp maken met Raspberry Pi en Python. Deze lamp detecteert automatisch de duisternis en afwezigheid van wisselstroom en gaat branden als er een stroomstoring is en er geen goed licht is.
Hoewel er verschillende noodlampen beschikbaar zijn, zijn ze puur bedoeld voor één doel, zoals een eenvoudig noodverlichtingscircuit dat we eerder hebben gemaakt, wordt alleen geactiveerd bij stroomuitval. Met Raspberry Pi kunnen we er verschillende andere functionaliteiten aan toevoegen, zoals hier hebben we LDR toegevoegd om Darkness op verschillende niveaus te detecteren. Hier hebben we twee niveaus toegevoegd, wanneer het volledig donker is, zal de lamp met volledige intensiteit gloeien en wanneer het halfdonker is, zal hij op 30% van de capaciteit gloeien. Dus hier gaan we deze lamp ontwerpen om AAN te gaan wanneer de AC-lijn UIT is en wanneer de lichtintensiteit in de kamer erg laag wordt.
Vereiste componenten:
Hier gebruiken we Raspberry Pi 2 Model B met Raspbian Jessie OS. Alle basis hardware- en softwarevereisten zijn eerder besproken, je kunt het opzoeken in de Raspberry Pi Introductie en Raspberry PI LED Knipperend om aan de slag te gaan, behalve dat we nodig hebben:
- Condensator van 1000 µF
- 1WATT LED (9 stuks)
- + 12V verzegelde loodzuuraccu
- 6000-10000mAH powerbank
- + 5V gelijkstroomadapter
- Lm324 OP-AMP-chip
- 4N25 Optocoupler
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (Light Dependent Resistor)
- LED (1 stuk)
- Weerstanden: 1KΩ (3 stuks), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 stuks), 10Ω (9 stuks), 10KΩ, 100KΩ
- 10KΩ pot (3 stuks) (alle weerstanden zijn 0,25 watt)
Omschrijving:
Voordat we ingaan op Circuit Connections en de werking ervan, zullen we meer te weten komen over de componenten en hun doel in het circuit:
9 Watt LED-lamp:
De LAMP is opgebouwd uit negen 1WATT LED's. Er zijn verschillende soorten LED's op de markt, maar 1WATT LED's zijn overal gemakkelijk verkrijgbaar. Deze LED's werken op 3,6 V, dus we zullen er drie in serie schakelen, samen met beveiligingsdiodes om te werken op +12 V. We zullen drie van deze strips met elkaar verbinden en zo een 9WATT LED-lamp vormen. We zullen deze lamp dienovereenkomstig met Raspberry Pi gebruiken.
LDR (Light Dependent Resistor) om duisternis te detecteren:
We gaan LDR (Light Dependent Resistor) gebruiken om de lichtintensiteit in de kamer te detecteren. De LDR verandert zijn weerstand lineair met de lichtintensiteit. Deze LDR wordt aangesloten op een spanningsdeler. Daarmee hebben we een variabele spanning om de variabele lichtintensiteit weer te geven. Als de lichtintensiteit LAAG is, zal de uitgangsspanning HOOG zijn en als de lichtintensiteit LAAG is als de uitgangsspanning HOOG is.
Op-amp LM324 IC voor het controleren van LDR-uitvoer:
Raspberry Pi heeft geen intern ADC-mechanisme (Analog to Digital Converter). Deze opstelling kan dus niet rechtstreeks op Raspberry Pi worden aangesloten. We zullen OP-AMP-gebaseerde comparators gebruiken om de spanningsoutputs van LDR te controleren.
Hier hebben we op-amp LM324 gebruikt die vier operationele versterkers bevat en we hebben twee op-amps van die vier gebruikt. Onze PI zal dus de lichtintensiteit op twee niveaus kunnen detecteren. Afhankelijk van deze niveaus zullen we de helderheid van de LED-lamp aanpassen. Als het helemaal donker is, zal de lamp op volle sterkte gloeien en als het halfdonker is, gloeit hij op 30% capaciteit. Controleer aan het einde de Python-code en video om het goed te begrijpen. Hier hebben we het PWM-concept in Raspberry Pi gebruikt om de intensiteit van LED's te regelen.
Raspberry Pi heeft 26 GPIO, waarvan sommige worden gebruikt voor speciale functies. Met speciale GPIO opzij gezet, hebben we 17 GPIO. Elk van de 17 GPIO-pinnen kan geen spanning hoger dan + 3.3V aan, dus de Op-amp-uitgangen kunnen niet hoger zijn dan 3.3V. Daarom hebben we gekozen voor de op-amp LM324, omdat deze chip kan werken op + 3.3V met logische uitgangen van niet meer dan + 3.3V. Lees hier meer over GPIO-pinnen van Raspberry Pi. Bekijk ook onze Raspberry Pi Tutorial-serie samen met enkele goede IoT-projecten.
AC naar DC-adapter om de AC-lijn te controleren:
We zullen de uitgangsspanningslogica van de AC-naar-DC-adapter gebruiken om de AC-lijnstatus te detecteren. Hoewel er verschillende manieren zijn om de AC-lijnstatus te detecteren, is dit de veiligste en gemakkelijkste manier om te gaan. We nemen + 5V logica van de adapter en geven het aan Raspberry Pi via een spanningsdeler circuit om + 5V hoge logica te verbergen tot + 3.3v HOGE logica. Zie het schakelschema voor een beter begrip.
Powerbank en 12v loodzuurbatterij voor voeding:
Houd er rekening mee dat de Raspberry Pi moet werken zonder stroom, dus we zullen de PI aansturen met behulp van een Power Bank (A-batterijpakket 10000mAH) en de 9WATT LED-lamp wordt gevoed door + 12V, 7AH verzegelde LEAD ACID-batterij. De LED-lamp kan niet worden gevoed door een powerbank omdat ze te veel stroom verbruiken, dus ze moeten worden gevoed door een aparte stroombron.
Je kunt de Raspberry Pi voeden met een +12 V-batterij als je een efficiënte +12 V naar + 5 V-omvormer hebt. Door die converter kun je de powerbank achterwege laten en het hele circuit van stroom voorzien met een enkele batterijbron.
Circuit uitleg:
Het schakelschema van de Raspberry Pi-noodverlichting wordt hieronder gegeven:
Hier hebben we drie van de vier comparatoren in de LM324 IC gebruikt. Twee ervan zullen worden gebruikt om de lichtintensiteitsniveaus te detecteren en de derde zal worden gebruikt om het laagspanningsniveau van een + 12V-batterij te detecteren.
1. OP-AMP1 of U1A: De negatieve pool van deze comparator is voorzien van 1,2V (pas RV2 aan om de spanning te krijgen) en de positieve pool is verbonden met het LDR-spanningsdeler-netwerk. Als de schaduw op de LDR valt, stijgt de interne weerstand. Met de stijging van de interne weerstand van LDR, stijgt de spanningsval aan de positieve pool van OP-AMP1. Zodra deze spanning hoger wordt dan 1,2 V, levert de OP-AMP1 + 3,3 V output. Deze HOGE logische output van OP-AMP wordt gedetecteerd door Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 of U1B: de negatieve pool van deze comparator is voorzien van 2.2V (pas RV3 aan om de spanning te krijgen) en de positieve pool is verbonden met het LDR-spanningsdeler-netwerk. Naarmate de schaduw die op de LDR valt verder toeneemt, wordt de interne weerstand nog hoger. Met een verdere stijging van de interne weerstand van LDR, stijgt de spanningsval aan de positieve pool van OP-AMP2. Zodra deze spanning hoger wordt dan 2,2 V, levert de OP-AMP2 + 3,3 V output. Deze HOGE logische output van OP-AMP wordt gedetecteerd door Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 of U1C: Deze OP-AMP wordt gebruikt om een laag spanningsniveau van + 12v accu te detecteren. De negatieve pool van deze comparator is voorzien van 2.1V (pas RV1 aan om de spanning te krijgen) en de positieve pool is verbonden met een spanningsdelercircuit. Deze verdeler deelt de accuspanning door 1 / 5,7 keer, dus voor 12,5V accuspanning hebben we 2,19 V aan de positieve pool van OP-AMP3. Als de accuspanning onder 12,0 V daalt, is de spanning op de positieve pool <2,1 V. Dus met de 2.1v op de negatieve pool, wordt de OP-AMP-uitvoer laag. Dus wanneer de accuspanning onder de 12V zakt (betekent onder de 2,1V aan de positieve pool), trekt de OP-AMP de uitgang naar beneden, deze logica wordt gedetecteerd door Raspberry Pi.
Werkende uitleg:
De hele functie van deze Raspberry Pi Emergency Lamp kan worden omschreven als:
Eerst detecteert Raspberry Pi of er wisselstroom aanwezig is of niet door logica op GPIO23 te detecteren, waar + 3.3V van de wisselstroomadapter wordt genomen. Zodra de stroom UIT gaat, gaat + 5V van de adapter UIT en gaat Raspberry Pi alleen naar de volgende stap als deze LAGE logica wordt gedetecteerd, zo niet, dan gaat PI niet naar de volgende stap. Deze LAGE logica gebeurt alleen wanneer de AC-stroom UIT gaat.
De volgende PI controleert of het LEAD ACID-batterijniveau LAAG is. Deze logica wordt geleverd door OP-AMP3 op GPIO16. Als de logica LAAG is, gaat PI niet naar de volgende stap. Met een accuspanning hoger dan + 12V gaat PI naar de volgende stap.
Vervolgens controleert Raspberry Pi of de duisternis in de kamer HOOG is, deze logica wordt geleverd door OP-AMP2 op GPIO20. Zo ja, dan biedt PI PWM-uitvoer (Pulse Width Modulation) met een inschakelduur van 99%. Dit PWM-signaal stuurt de opto-coupler aan die de MOSFET aandrijft. MOSFET voedt de 9WATT LED-setup zoals weergegeven in de afbeelding. Als er niet volledig donker is, gaat PI naar de volgende stap. Lees hier meer over PWM in Raspberry Pi.
Vervolgens controleert Raspberry Pi of de duisternis in de kamer LAAG is, deze logica wordt geleverd door OP-AMP1 op GPIO21. Zo ja, dan biedt PI PWM-uitvoer (Pulse Width Modulation) met een inschakelduur van 30%. Dit PWM-signaal stuurt de opto-coupler aan die de MOSFET aandrijft. MOSFET voedt de 9WATT LED-setup zoals weergegeven in de afbeelding. Als er goed licht in de kamer is, levert Raspberry Pi geen PWM-uitvoer, dus de LAMP zal volledig UIT zijn.
Dus om deze noodlamp in te schakelen, moeten beide voorwaarden Waar zijn, wat betekent dat de AC-lijn moet zijn uitgeschakeld en dat er duisternis in de kamer moet zijn. U kunt het duidelijke begrip krijgen door de volledige Python-code en video hieronder te bekijken.
U kunt verder nog meer interessante functionaliteiten en donkerheidsniveaus toevoegen aan deze noodlamp. Bekijk ook onze meer Power Electronics-circuits:
- 0-24v 3A variabele voeding met LM338
- 12v acculadercircuit met LM317
- 12v DC naar 220v AC omvormercircuit
- Oplader voor mobiele telefoon