Automatsko ulazno osvjetljenje: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

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. Također me zanima isprobati nove stvari i provjeriti nove ideje u projektu:

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

Na temelju ovih ideja napravio sam maketu i provjerio radi li; Dizajniram i izrađujem sustav rasvjete.

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, poslove vanjskog 3D tiskanja i proizvodnje PCB -a prepuštam profesionalnim studijima. CAD, poput Fusion 360 i EAGLE, puno pomaže u ovom scenariju. Više ću govoriti u kasnijim odjeljcima.

Korak 1: Pregled dizajna, izgled i model

Moja je ideja učiniti da se sustav 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 puno pomaže za bolju vizualizaciju u fazi projektiranja.

Na primjer, infracrvenim senzorima pratimo sve osobe koje prilaze i uključe svjetlo. Stoga se senzori moraju točno postaviti. Možemo samo nacrtati putanju infracrvenih zraka u modelu. Rotirajte i pomičite senzore na bilo koji način bez kompliciranih izračuna unaprijed.

Konačno, uspio sam na ovaj način:

• Napravite otvor i postavite LED sklop iznad njega.
• Fotootpornik za provjeru je li soba dovoljno mračna da se osvijetli.
• Koristim 2 daljinska infracrvena senzora za otkrivanje približava li se nekome ulazu, pali li svjetlo ako je dovoljno blizu.
• Još jedan infracrveni senzor kratkog dometa za provjeru otvaranja vrata.
• Otvor je uski pa moramo postaviti senzore u precizne položaje. Također nam je potreban reflektor za usmjeravanje LED svjetla kroz otvor. Možemo 3D ispisati jedan dio (držač senzora) za ispunjenje ove dvije svrhe.
• Nadzor sustava i podešavanje parametara putem WiFi -a: Koja su sada očitanja senzora? Koliko je blizu uključivanja svjetla? Koliko tamno svjetlo treba upaliti? Koliko dugo žarulja treba ostati upaljena? Osvjetljenje možemo kontrolirati putem web preglednika pomoću WiFi MCU -a poput ESP32.

Korak 2: Otvaranje otvora

Alati:

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

Materijali:

• Akrilne trake - Ostrugani materijal je u redu pod uvjetom da je dovoljno debeo (~ 5 mm)
• Žbuka
• 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 uz rubove i otpilite neželjeno područje.
4. Datotekom uklonite višak materijala i poravnajte rubove po predlošku.
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:

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

Materijali:

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

Postupci:

1. Izrežite PVC cijev duljine 355 mm kao tijelo svjetiljke.
2. Instalirajte dva držača cijevi na oba kraja kao stalke.
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 svjetla koristiti LED žarulje G4 od 5 W, struja će biti ~ 23 mA za izvor od 220 VAC. Za lemljenje izvornog kabela koristim vrpce AWG#24. Za zaštitu spojenog područja upotrijebite skupljajuću cijev.
5. Ugradite LED žarulje u LED utičnice.
6. Paralelno spojite LED svjetiljke.

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 osjetnika IR dometa. To se može učiniti jednostavno 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 postoji li preklapajuća glasnoća između držača i senzora.
3. Zadržite senzore i uklonite preklapani volumen u držaču.
4. Spremite model kao novi dio. Šupljine za montažu sada imaju oblik senzora!
5. Trebamo uzeti u obzir i toleranciju proizvodnje: Tolerancija dimenzije senzora je ± 0,3 mm, a proizvodna tolerancija 3D ispisa ± 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 ispis. Kako 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 već je brušen kad ga primim, ali je previše grub. Stoga površine dorađujem mokrim brusnim papirom u zrnu od 400, nakon čega slijedi prskanje unutrašnjosti bijelom bojom.

Korak 5: Dizajn kruga

Ciljevi i razmatranja

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

Kako krug radi

• Ulaz izmjenične struje kroz priključnu kutiju (TB1), sa zaštitom od osigurača (XF1).
• Minijaturno AC-DC napajanje (PS1) koristi se za opskrbu 5VDC napajanjem ploče ESP32 MCU (JP1 & 2) i senzora.
• WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) očitava naponski signal s fotootpornika (PR) pomoću ADC kanala (ADC1_CHANNEL_7). Uključite MOSFET (Q1) putem GPIO pina22 za uključivanje 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 spojene na TB1.
• MCU provjerava je li WiFi Toggle (S1) UKLJUČEN preko (ADC1_CHANNEL_4), pokrećući WiFi Task kako bi dopustili parametre postavljene u MCU.

Popis dijelova

1. ČvorMCU-32S x1
2. Napajanje napajanja Mean Well IRM-10-5 x1
3. Omron G3MC-202P-DC5 relej u čvrstom stanju x1
4. STP16NF06L MOSFET N-kanala 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 bile 19 pinova)
8. HB-9500 9. mm Razmak Terminal Block 4-pin2 (HP-4P) x1
9. KF301 Konektor priključnog bloka razmaka 5,08 mm 2-pinski x1
10. KF301 Konektor terminalnog bloka s razmakom od 5,08 mm 3-pinski x3
11. Prekidač SS-12D00 1P2T x1
12. BLX-A Držač osigurača x1
13. Osigurač 500mA
14. PhotoResistor x1
15. 1k ohmski otpornici x3
16. 0,1uF kondenzatori x3
17. 10uF kondenzator x1
18. M3X6mm najlonski vijci x6
19. M3X6mm najlonski vijci s upuštenom glavom 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 (izborno)

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 s LED lampom.

Korak 6: Raspored i montaža PCB -a

Za izradu kruga možemo koristiti prototip univerzalnog PCB -a. Ali pokušavam koristiti EAGLE CAD za dizajn sheme i izgleda. Slike ploče (datoteka Gerber) šalju se u PCB Prototyping Studio na izradu.

Koristi se dvoslojna ploča FR4 s bakrom od 1 oz. Uključene su značajke kao što su rupe za montažu, provučene rupe, izravnavanje lemljenja vrućim zrakom, sloj maske za lemljenje, tekst na sitotisku (pa.. sada koriste ispis mlaznicom). Cijena izrade 10kom (MOQ) PCB -a je ~ 4,2 US $ - razumna cijena pri takvoj kvaliteti 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 vodič za Youtube od Ilye Mikhelsona:

• Eagle PCB Vodič: Shematski
• Eagle PCB Vodič: Izgled
• Eagle PCB Tutorial: Finalizing Design
• Eagle PCB Vodič: Prilagođena knjižnica

Umetnite komponente u tiskanu ploču i lemljenje straga. Pojačajte kruti relej, kutiju s osiguračima i kondenzatore vrućim ljepilom. Izbušite rupe na dnu plastičnog kućišta i postavite najlonske odstojnike. Na bočnim stjenkama napravite otvore 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 osjetnika, 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 odjeljku blizu kuta. Umetnite fotootpornik, pričvrstite ga i kabel pomoću vrućeg ljepila za toplinu.
4. Postavite kućište koje sadrži upravljački krug na zid.
5. Izvedite sljedeće žičane veze:

• AC izvor napajanja na "AC IN" kruga.
• LED žarulja 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 na ovoj GitHub vezi.

Uključite WiFi prekidač 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 preglednika.
2. Podešavanje parametara:

• PhotoResistor - Razina okidača fotootpornika ispod koje će se senzori uključiti (12 -bitni ADC raspon 0-4095)
• IR_Long1 - udaljenost ispod koje će daljinski infracrveni senzor 1 uključiti žarulju (12 -bitni ADC raspon 0-4095)
• IR_Long2 - udaljenost ispod koje će infracrveni senzor 2 na daljinu uključiti žarulju (12 -bitni ADC raspon 0-4095)
• IR_Short - Udaljenost ispod koje će infracrveni senzor kratkog dometa uključiti žarulju (12 -bitni ADC raspon 0-4095)
• Vrijeme uključivanja svjetla - trajanje rada žarulje (milisekunde)

Klik na "Ažuriraj" postavit će razine okidača na vrijednosti u tekstualnim okvirima.

Kliknite "Anketiranje senzora". Trenutna očitanja senzora ažurirat će se svake sekunde, pod uvjetom da je razina svjetla niža od razine okidanja fotootpornika.

Korak 10: Završite

Nekoliko razmišljanja o daljnjem poboljšanju:

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

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

Projekt je dovršen i radi. Nadam se da ćete uživati u ovom Instructable.