Automatinis įėjimo apšvietimas: 10 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Noriu įrengti automatinį apšvietimą įėjime namo viduje. Daugeliu atvejų tiks PIR (pasyvusis infraraudonųjų spindulių jutiklis) judesio jutiklis ir lempa, tačiau aš atsisakiau šios idėjos, nes išorėje pritvirtintas jutiklis atrodo nerangus.

Mano tikslas šiame projekte:

1. Apšvietimo perspektyva turėtų atrodyti paprasta ir žemo profilio.
2. Taip pat man įdomu išbandyti naujus dalykus ir patikrinti naujas projekto idėjas:

• Sudėtingai geometrijai naudokite 3D spausdinimą.
• Grandinės dizainas, PCB (spausdintinės plokštės) išdėstymas ir elektronikos prototipų kūrimas.
• Anksčiau naudojau „WiFi-MCU“(mikrokontrolerį) ESP32. Kadangi mes galime bendrauti su MCU per http serverį, argi nėra patogu, jei turime žiniatinklio sąsają, skirtą skaityti jutiklių signalus ir nustatyti apšvietimo parametrus?

Remdamasis šiomis idėjomis sukūriau maketą ir patikrinau, ar jis veikia; Kuriu ir kuriu apšvietimo sistemą.

Pastaba:

• Šiame projekte nurodyti fiziniai matmenys yra skirti 1 m x 1,5 m ploto apšvietimui. Galite naudoti jį kaip nuorodą, kad padidintumėte savo dizainą.
• Kai kurie šio projekto darbai gali būti pavojingi, prieš bandydami ir montuodami imkitės reikiamų atsargumo priemonių.
• Aš neturiu visos įrangos ir įrankių komponentams gaminti. Todėl 3D spausdinimo ir PCB gamybos darbus pavedu atlikti profesionalioms studijoms. CAD, tokie kaip „Fusion 360“ir „EAGLE“, labai padeda šiuo atveju. Daugiau kalbėsiu vėlesniuose skyriuose.

1 žingsnis: dizaino apžvalga, išdėstymas ir modelis

Mano idėja yra padaryti apšvietimo sistemą „paslėptą“medinio skyriaus viduje, bet leisti apšviesti per angą.

Pirmiausia naudoju „Fusion360“, kad sumodeliučiau visą sceną. Galite naudotis mokymo programa, kaip ja naudotis. CAD labai padeda geriau vizualizuoti projektavimo etape.

Pavyzdžiui, mes naudojame infraraudonųjų spindulių jutiklius, kad stebėtume bet kokius artėjančius žmones ir įjungtume šviesą. Todėl jutikliai turi būti tiksliai išdėstyti. Mes galime tiesiog nupiešti infraraudonųjų spindulių kelią modelyje. Pasukite ir perkelkite jutiklius bet kokiu norimu būdu, prieš tai nesudėtingai apskaičiuodami.

Galiausiai padariau taip:

• Sukurkite atidarymą ir virš jo sumontuokite LED mazgą.
• Fotorezistorius, skirtas patikrinti, ar kambarys yra pakankamai tamsus, kad galėtų apšviesti.
• Naudoju 2 ilgo nuotolio infraraudonųjų spindulių jutiklius, kad aptikčiau, ar prie įėjimo artėja koks nors asmuo, įjungdamas šviesą, jei jis yra pakankamai arti.
• Kitas mažo nuotolio infraraudonųjų spindulių jutiklis, skirtas patikrinti, ar durys atsidaro.
• Atidarymas yra siauras, todėl mes turime tiksliai nustatyti jutiklius. Mums taip pat reikia atšvaito, kuris nukreiptų LED šviesą pro angą. Šiems 2 tikslams pasiekti galime 3D spausdinti vieną dalį (jutiklių laikiklį).
• Sistemos stebėjimas ir parametrų reguliavimas naudojant „WiFi“: kokie dabar yra jutiklių rodmenys? Kaip arti šviesos įjungimo? Kiek tamsiai turėtų įsijungti šviesa? Kiek laiko lemputė turi būti įjungta? Apšvietimą galime valdyti naudodami žiniatinklio naršyklę, naudodami „WiFi“MCU, pvz., ESP32.

2 žingsnis: atidarymas

Įrankiai:

• Kvadratinis valdovas
• Pjūklas- rankinis arba elektra varomas.
• Gręžtuvas - rankinis gręžtuvas arba bet koks elektrinis variklis, galintis gręžti medieną ir plastiką.
• Failas
• Mentele, švitriniu popieriumi ir teptuku - paviršiui atkurti pradinę būklę ir spalvą.

Medžiagos:

• Akrilo juostelės - subraižyta medžiaga yra tinkama, jei ji yra pakankamai stora (~ 5 mm)
• Gipsas
• Interjero dažai

Procedūros:

1. Padarykite akrilo šabloną, kad apibrėžtumėte angos matmenis. Aš sukraunu 4 akrilo juosteles ir suklijuoju. Naudokite kvadratinę liniuotę, kad įsitikintumėte, jog jie vienas kito atžvilgiu yra 90 laipsnių. Angos dydis yra 365 mm x 42 mm.
2. Ant šablono padarykite 4 tvirtinimo angas, tada varžtais pritvirtinkite jį prie skyriaus.
3. Gręžkite skyles išilgai kraštų ir pašalinkite nepageidaujamą vietą.
4. Naudokite failą, kad pašalintumėte medžiagos perteklių ir padarytumėte kraštus tiesiai išilgai šablono.
5. Pašalinkite šabloną. Ant tvirtinimo angų ir medinio paviršiaus užtepkite gipso.
6. Paviršių nušlifuokite ir užtepkite tinku. Kartokite šiuos veiksmus, kol paviršius bus lygus.
7. Dažykite paviršių.

3 žingsnis: Padarykite LED surinkimą

Įrankiai:

• Pjūklas - rankinis arba elektra varomas.
• Gręžtuvas - rankinis gręžtuvas arba bet koks elektrinis variklis, galintis gręžti medieną ir plastiką.
• Vielos nuėmiklis
• Lituoklis

Medžiagos:

• Ø20 mm PVC vamzdžiai ir laikikliai.
• 5W G4 LED lemputė ir lizdas x5
• Elektros kabeliai
• Lituoklis
• Išgirsti susitraukimo vamzdelį

Procedūros:

1. Iškirpkite 355 mm PVC vamzdžio ilgį kaip lempos korpusą.
2. Įstatykite du vamzdžių laikiklius abiejuose galuose kaip stovus.
3. Išgręžkite penkias Ø17 mm skylutes ant PVC vamzdžių, skirtų LED lizdams.
4. Įdėkite šviesos diodų lizdus ir įsitikinkite, kad kabeliai yra pakankamai ilgi, kad išeitų iš vamzdžio, ištraukite kabelį, jei jie yra per trumpi. Kadangi kaip šviesos šaltinius naudosime 5W G4 LED lempas, 220VAC šaltinio srovė bus ~ 23mA. Originaliam kabeliui lituoti naudoju AWG#24 juostinius laidus. Norėdami apsaugoti sujungtą vietą, naudokite susitraukimo vamzdelį.
5. Įdėkite LED lemputes į LED lizdus.
6. Lygiagrečiai prijunkite LED lempas.

4 žingsnis: darykite jutiklio laikiklį

Pirmiausia naudoju „Fusion360“jutiklio laikiklio modeliavimui. Siekiant supaprastinti montavimą ir gamybą, jutiklio laikiklis taip pat yra šviesos atšvaitas ir yra viena dalis. Jutiklio laikiklis turi turėti montavimo ertmes, atitinkančias IR diapazono jutiklių formas. Tai lengva padaryti naudojant „Fusion360“:

1. Importuokite ir padėkite jutiklius ir jutiklio laikiklį į norimas pozicijas [kaip parodyta 2 veiksme]
2. Naudodami trukdžių komandą patikrinkite, ar tarp laikiklio ir jutiklių nėra sutampančio garso.
3. Laikykite jutiklius ir pašalinkite persidengiantį tūrį laikiklyje.
4. Išsaugokite modelį kaip naują dalį. Montavimo ertmės dabar turi jutiklių formą!
5. Taip pat turėtume atsižvelgti į gamybos toleranciją: jutiklio matmenų tolerancija yra ± 0,3 mm, o 3D spausdinimo gamybos tolerancija yra ± 0,1 mm. Aš padariau 0,2 mm išorinį poslinkį ant visų kontaktinių ertmių paviršių, kad būtų užtikrintas laisvas atstumas.

Modelis siunčiamas į studiją 3D spausdinimui. Norėdami sumažinti gamybos sąnaudas, naudoju nedidelį 2 mm storį ir sukuriu tuščius modelius, kad taupyčiau medžiagą.

3D spausdinimo apdorojimo laikas yra maždaug 48 valandos ir kainuoja ~ 32 USD. Baigta dalis jau buvo nušlifuota, kai gaunu, bet ji yra per šiurkšti. Todėl paviršius patikslinu 400 grūdų šlapiu švitriniu popieriumi, po to vidų purškiu baltais dažais.

5 žingsnis: grandinės projektavimas

Tikslai ir svarstymai

• Aš neturiu litavimo krosnies, todėl atsižvelgiama tik į DIP paketo dalis.
• Vienos plokštės dizainas: PCB buvo visi komponentai, įskaitant AC-DC maitinimo bloką.
• Energijos taupymas: įjunkite jutiklius ir LED lempą tik tada, kai įėjimas yra pakankamai tamsus.
• Nuotolinė konfigūracija: nustatykite MCU parametrus per „WiFi“.

Kaip veikia grandinė

• Kintamosios srovės maitinimas per gnybtų dėžę (TB1) su saugiklių apsauga (XF1).
• Miniatiūrinis kintamosios srovės maitinimo šaltinis (PS1) naudojamas tiekti 5 V nuolatinės srovės maitinimą į ESP32 MCU (JP1 ir 2) plokštę ir jutiklius.
• „WiFi“MCU ESP32 („NodeMCU-32S“) nuskaito įtampos signalą iš fotorezistoriaus (PR), naudodamas ADC kanalą (ADC1_CHANNEL_7). Įjunkite MOSFET (Q1) per GPIO kaištį22, kad įjungtumėte visus 3 infraraudonųjų spindulių jutiklius, jei signalas yra žemesnis už slenkstį.
• Dar 3 ADC kanalai (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6), skirti 3 infraraudonųjų spindulių jutiklių signalo išėjimui (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short). Jei signalas yra didesnis už slenkstį, įjunkite MOSFET (Q2) per GPIO kaištį 21, kuris įjungia SSR (K1) ir užsidega TB1 prijungtos šviesos diodų lempos.
• MCU patikrina, ar „WiFi“jungiklis (S1) įjungtas per (ADC1_CHANNEL_4), vykdant „WiFi“užduotį, kad būtų leidžiami MCU nustatyti parametrai.

Dalių sąrašas

1. MazgasMCU-32S x1
2. Vidutinis šulinys IRM-10-5 maitinimo šaltinis x1
3. „Omron G3MC-202P-DC5“kietojo kūno relė x1
4. STP16NF06L N-kanalų MOSFET x2
5. „Sharp GP2Y0A710K0F“atstumo matavimo jutiklis x2
6. „Sharp GP2Y0A02YK0F“atstumo matavimo jutiklis x1
7. Moteriška antraštė 2,54 mm -19 kaiščių x2 (arba bet kokie antraščių deriniai, kad būtų 19 kontaktų)
8. HB-9500 9. mm atstumas tarp gnybtų bloko 4 kontaktų2 (HP-4P) x1
9. KF301 5,08 mm atstumas Gnybtų bloko jungtis 2 kontaktų x1
10. KF301 5,08 mm atstumas tarp gnybtų bloko jungties 3 kontaktų x3
11. SS-12D00 1P2T perjungimo jungiklis x1
12. BLX-A Saugiklių laikiklis x1
13. 500mA saugiklis
14. Foto rezistorius x1
15. 1k omų rezistoriai x3
16. 0.1uF kondensatoriai x3
17. 10uF kondensatorius x1
18. M3X6mm nailoniniai varžtai x6
19. M3X6mm nailoniniai įleistieji varžtai x4
20. M3X8mm nailono tarpinė x4
21. M3 nailoninės veržlės x2
22. Plastikinis gaubtas (didesnis nei 86 mm x 84 mm)
23. 2W 33k omų rezistorius x1 (pasirinktinai)

Atminkite, kad mažos galios šviesos diodas vis tiek gali švytėti, net jei kietojo kūno relė yra IŠJUNGTA, taip yra dėl to, kad kietojo kūno relėje yra šnabždesys. Norėdami išspręsti šią problemą, jums gali prireikti rezistoriaus ir kondensatoriaus prijungti lygiagrečiai su LED lempute.

6 žingsnis: PCB išdėstymas ir surinkimas

Norėdami sukurti grandinę, galime naudoti universalios PCB prototipą. Bet aš bandau naudoti EAGLE CAD, kad suprojektuotų schemą ir išdėstymą. Lentos vaizdai (Gerber failas) siunčiami į PCB prototipų studiją gamybai.

Naudojama 2 sluoksnių FR4 plokštė su 1oz vario. Įtrauktos tokios savybės kaip montavimo angos, padengtos skylės, karšto oro lydmetalio išlyginimas, lydmetalio kaukės sluoksnis, šilkografinis tekstas (na.. dabar jie naudoja rašalinį spausdinimą). 10 vnt (MOQ) PCB gamybos kaina yra ~ 4,2 USD - priimtina kaina esant tokiai darbo kokybei.

Yra gerų pamokų apie EAGLE naudojimą PCB dizainui.

Iš „Sparkfun“:

• Naudojant EAGLE: Schema
• EAGLE naudojimas: lentos išdėstymas

Gera „Ilja Mikhelson“„YouTube“pamoka:

• Erelio PCB pamoka: schema
• Erelio PCB pamoka: išdėstymas
• „Eagle“PCB pamoka: dizaino užbaigimas
• Erelio PCB pamoka: pasirinktinė biblioteka

Įdėkite komponentus į PCB ir litavimą gale. Stiprinkite kietojo kūno relę, saugiklių dėžę ir kondensatorius karštais klijais. Išgręžkite skyles plastikinio gaubto apačioje ir sumontuokite nailono tarpiklius. Prie šoninių sienų padarykite angas, kad būtų galima prijungti kabelį. Sumontuokite PCB mazgą ant tarpiklių.

7 žingsnis: išplėskite jutiklio kabelius

Originalūs jutiklių kabeliai yra per trumpi ir juos reikia prailginti. Aš naudoju ekranuotą 22AWG signalo kabelį, kad sumažintų triukšmą dėl trukdžių signalo įtampai. Prijungė ekraną prie jutiklio įžeminimo, o Vcc ir Vo prie kitų laidų. Apsaugokite jungtį susitraukimo vamzdeliu.

Tuo pačiu būdu išplėskite fotorezistorių.

8 žingsnis: Surinkimas

1. Sumontuokite šviesos diodų komplektą, ant stovo uždėkite silikoną arba karštus klijus ir pritvirtinkite prie skyriaus.
2. Sumontuokite jutiklio laikiklį, kad uždengtumėte LED mazgą. Prie jutiklių laikiklių pritvirtinkite 3 infraraudonųjų spindulių jutiklius.
3. Skylėje, esančioje šalia kampo, išgręžkite Ø 6,5 mm skylę. Įdėkite fotorezistorių, pritvirtinkite jį ir kabelį karštais karščio klijais.
4. Korpusą su valdymo grandine pritvirtinkite prie sienos.
5. Atlikite šiuos laidų sujungimus:

• Kintamosios srovės šaltinis į grandinės „AC IN“.
• Šviesos diodų lemputė maitina grandinės „AC OUT“.
• Infraraudonųjų spindulių jutikliai: Vcc į „5V“, GND į „GND“, Vo į „Vout“grandinėje
• Fotorezistorius "PR" grandinėje.

9 veiksmas: programinė įranga ir sąranka

Programinės įrangos šaltinio kodą galima atsisiųsti iš šios „GitHub“nuorodos.

Įjunkite „WiFi“perjungimo mygtuką ir įjunkite įrenginį. Pagal numatytuosius nustatymus MCU įjungs „SoftAP“režimą ir galėsite prisijungti prie prieigos taško „ESP32_Entrance_Lighting“per „WiFi“.

Naršyklėje eikite į 192.168.10.1 ir pasiekite šias funkcijas:

1. „OTA“programinės įrangos atnaujinimas įkeliant naršyklę.
2. Parametrų nustatymas:

• „PhotoResistor“- fotorezistoriaus paleidimo lygis, žemiau kurio jutikliai įsijungs (12 bitų ADC diapazonas 0–4095)
• IR_Long1 - atstumas, po kurio ilgojo nuotolio infraraudonųjų spindulių jutiklis 1 įjungs lempą (12 bitų ADC diapazonas 0–4095)
• IR_Long2 - atstumas, žemiau kurio ilgojo nuotolio infraraudonųjų spindulių jutiklis 2 įjungs lempą (12 bitų ADC diapazonas 0–4095)
• IR_Short - atstumas, žemiau kurio mažo nuotolio infraraudonųjų spindulių jutiklis įjungs lempą (12 bitų ADC diapazonas 0–4095)
• Įjungimo laikas - lempos įjungimo trukmė (milisekundės)

Spustelėjus „Atnaujinti“, aktyviklio lygiai bus nustatyti į teksto laukelių reikšmes.

Spustelėkite „Jutiklio apklausa“, dabartiniai jutiklių rodmenys bus atnaujinami kas sekundę, jei šviesos lygis yra mažesnis nei fotorezistoriaus trigerio lygis.

10 žingsnis: Baikite

Keletas minčių apie tolesnį tobulinimą:

• MCU gilaus miego režimas/itin mažos galios koprocesorius, skirtas sumažinti energijos suvartojimą.
• Naudojant žiniatinklio lizdą/saugų žiniatinklio lizdą vietoj tradicinio HTTP pranešimo, kad būtų galima greičiau reaguoti.
• Pigesnių komponentų, tokių kaip lazerio nuotolio jutikliai, naudojimas.

Šio projekto medžiagų kaina yra apie 91 USD - šiek tiek brangi, bet manau, kad verta išbandyti naujus dalykus ir tyrinėti technologijas.

Projektas baigtas ir veikia. Tikimės, kad jums patiko ši instrukcija.