Automaatne sissepääsu valgustus: 10 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Ma tahan paigaldada automaatse valgustuse maja sissepääsu sisse. Enamikul juhtudel sobivad PIR (passiivne infrapunaandur) liikumisanduri lüliti ja lamp, kuid loobun sellest ideest, kuna väljast kinnitatud andur tundub kohmakas.

Minu eesmärk selles projektis:

1. Valgustuse väljavaade peaks välja nägema lihtne ja madala profiiliga.
2. Samuti on minu huvi proovida uusi asju ja kontrollida projekti uusi ideid:

• Kasutage keerulise geomeetria jaoks 3D -printimist.
• Vooluahela disain, trükkplaat (trükkplaat) Elektroonika paigutus ja prototüüpimine.
• Olen varem kasutanud WiFi-MCU (mikrokontroller) ESP32. Kuna me saame MCU-ga suhelda http-serveri kaudu, kas pole mugav, kui meil on veebipõhine liides andurite signaali lugemiseks ja valgustusparameetrite seadistamiseks?

Nende ideede põhjal tegin maketi ja kontrollisin selle toimimist; Projekteerin ja valmistan valgustussüsteemi.

Märge:

• Selles projektis esitatud füüsilised mõõtmed on mõeldud 1 x 1,5 m suuruse ala valgustamiseks. Saate seda kasutada viitena oma disaini laiendamiseks.
• Mõned selle projekti tööd võivad olla ohtlikud, võtke enne katsetamist ja paigaldamist ette vajalikud ettevaatusabinõud.
• Mul pole kõiki seadmeid ja tööriistu komponentide valmistamiseks. Selle tulemusena tellin 3D -printimise ja trükkplaatide tootmise tööd professionaalsetele stuudiotele. Sellises stsenaariumis aitab palju CAD, näiteks Fusion 360 ja EAGLE. Räägin lähemalt järgmistes osades.

Samm: disaini ülevaade, paigutus ja mudel

Minu idee on panna valgustussüsteem puidust sektsiooni sisse "peitma", kuid võimaldada valgustust ava kaudu.

Ma kasutan kogu stseeni modelleerimiseks kõigepealt Fusion360. Selle kasutamise kohta saate tutvuda õpetusega. CAD aitab palju paremini visualiseerida projekteerimisetapis.

Näiteks kasutame infrapunaandureid lähenevate inimeste jälgimiseks ja valguse sisselülitamiseks. Seetõttu peavad andurid olema täpselt paigutatud. Saame lihtsalt joonistada infrapunakiirguse tee mudelisse. Pöörake ja liigutage andureid soovitud viisil, ilma keeruliste arvutusteta.

Lõpuks tegin selle nii:

• Looge ava ja paigaldage selle kohale LED -komplekt.
• Fototakisti, et kontrollida, kas ruum on piisavalt pime, et valgustada.
• Kasutan kahte pikamaa infrapunaandurit, et tuvastada, kas keegi siseneb sissepääsu juurde, lülitades valguse sisse, kui ta on piisavalt lähedal.
• Veel üks lähitoime infrapunaandur, et kontrollida, kas uks avaneb.
• Ava on kitsas ja seetõttu peame andurid täpselt asetama. Vajame ka helkurit, et suunata LED -valgus läbi ava. Nende kahe eesmärgi täitmiseks saame 3D-printida ühe osa (andurite hoidja).
• Süsteemi jälgimine ja parameetrite reguleerimine WiFi kaudu: millised on andurite näidud praegu? Kui lähedal on valguse sisselülitamine? Kui tume peaks valgus sisse lülituma? Kui kaua peaks lamp põlema? Valgustust saame veebibrauseri kaudu juhtida, kasutades WiFi MCU -d nagu ESP32.

2. etapp: avamine

Tööriistad:

• Ruudukujuline joonlaud
• Saag- käsisaag või elektrimootor.
• Puur - käsitrell või mis tahes elektriline juht, mis on võimeline puitu ja plasti puurima.
• Fail
• Kell, liivapaber ja värvipintsel - pinna algse oleku ja värvi taastamiseks.

Materjalid:

• Akrüülribad - kraapitud materjal sobib hästi, kui see on piisavalt paks (~ 5 mm)
• Kips
• Sisevärv

Protseduurid:

1. Ava mõõtme määramiseks tehke akrüülmall. Virnastan 4 akrüülriba ja liimin need kokku. Kasutage ruudukujulist joonlauda, et need oleksid üksteise suhtes 90 kraadi. Ava suurus on 365 mm x 42 mm.
2. Tehke mallile 4 kinnitusava, seejärel kinnitage see kruvidega sektsiooni külge.
3. Puurige servadesse augud ja saagige soovimatu ala ära.
4. Liigse materjali eemaldamiseks kasutage faili ja tehke servad mööda malli sirgeks.
5. Eemaldage mall. Kandke kinnitusavadele ja puitpinnale krohv.
6. Lihvige pind ja kandke krohv. Korrake neid samme, kuni pind on sile.
7. Värvige pind.

3. samm: LED -komplekti valmistamine

Tööriistad:

• Saag - käsisaag või elektrimootor.
• Puur - käsitrell või mis tahes elektriline juht, mis on võimeline puitu ja plasti puurima.
• Traadi eemaldaja
• Jootekolb

Materjalid:

• Ø20 mm PVC torud ja hoidikud.
• 5W G4 LED pirn ja pesa x5
• Elektrilised kaablid
• Jootetraat
• Kuulake kokkutõmbumistoru

Protseduurid:

1. Lõika lambi korpusena PVC toru pikkus 355 mm.
2. Paigaldage kaks toruhoidikut mõlemasse otsa alusteks.
3. Puurige LED -pistikupesade jaoks PVC torudele viis Ø17 mm auku.
4. Sisestage LED -pistikupesad ja veenduge, et kaablid oleksid torust väljumiseks piisavalt pikad, pikendage kaablit, kui need on liiga lühikesed. Kuna kasutame valgusallikatena 5W G4 LED -lampe, on vool 220VAC allika jaoks ~ 23mA. Kasutan originaalkaabli jootmiseks AWG#24 lintjuhtmeid. Liigendatud ala kaitsmiseks kasutage kokkutõmbumistoru.
5. Paigaldage LED -lambid LED -pistikupesadesse.
6. Ühendage LED -lambid paralleelselt.

4. samm: andurihoidja valmistamine

Andurihoidja modelleerimiseks kasutan kõigepealt Fusion360. Paigaldamise ja tootmise lihtsustamiseks toimib andurihoidja ka valguse peegeldajana ja need on üks osa. Andurihoidiku paigaldusõõnsused peavad vastama IR -vahemiku andurite kujule. Seda saab hõlpsasti teha Fusion360 kasutamisel:

1. Importige ja asetage andurid ja andurihoidik soovitud asendisse [nagu on näidatud 2. sammus]
2. Kasutage interferentsi käsku, et kontrollida hoidiku ja andurite vahel kattuvat helitugevust.
3. Hoidke andurid alles ja eemaldage hoidikust kattunud maht.
4. Salvestage mudel uue osana. Paigaldusõõnsused on nüüd andurite kujuga!
5. Peaksime arvestama ka tootmistolerantsiga: anduri mõõtmete tolerants on ± 0,3 mm ja 3D -printimise tootmistolerants ± 0,1 mm. Tegin õõnsuste kõikidele kontaktpindadele 0,2 mm väljapoole nihke, et tagada vaba sobivus.

Mudel saadetakse stuudiosse 3D printimiseks. Tootmiskulude vähendamiseks kasutan väikest paksust 2 mm ja loon materjali säästmiseks tühje mustreid.

3D -printimise tööaeg on umbes 48 tundi ja maksab ~ 32 USA dollarit. Valmis osa oli vastuvõtmisel juba lihvitud, kuid see on liiga jäme. Seetõttu viimistlen pindu 400 liivapaberiga märja liivapaberiga, seejärel pihustan sisemust valge värviga.

5. samm: vooluringi kujundus

Eesmärgid ja kaalutlused

• Mul ei ole jootmisauru, nii et arvesse võetakse ainult DIP -paketi osi.
• Ühe plaadi disain: trükkplaat sisaldas kõiki komponente, sealhulgas vahelduvvoolu toiteallikat.
• Energiasääst: lülitage andurid ja LED -lamp sisse ainult siis, kui sissepääs on piisavalt pime.
• Kaugkonfiguratsioon: määrake MCU parameetrid WiFi kaudu.

Kuidas vooluring töötab

• Vahelduvvoolu sisend klemmikarbi kaudu (TB1), kaitsmekaitsega (XF1).
• Miniatuurset vahelduvvoolu toiteallikat (PS1) kasutatakse 5 VDC toite tarnimiseks ESP32 MCU (JP1 & 2) plaadile ja anduritele.
• WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) luges fototakisti (PR) pingesignaali, kasutades ADC kanalit (ADC1_CHANNEL_7). Lülitage MOSFET (Q1) GPIO pin22 kaudu sisse, et lülitada sisse kõik 3 infrapunaandurit, kui signaal on künnisest madalam.
• Veel 3 ADC kanalit (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6) 3 infrapunaanduri signaaliväljundi jaoks (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short). Kui signaal on künnisest kõrgem, lülitage MOSFET (Q2) sisse GPIO tihvti 21 kaudu, mis lülitab sisse SSR -i (K1) ja süttib TB1 -ga ühendatud LED -lambid.
• MCU kontrollib, kas WiFi lüliti (S1) on sisse lülitatud (ADC1_CHANNEL_4) kaudu, käivitades WiFi -ülesande MCU -s määratud parameetrite lubamiseks.

Osade nimekiri

1. SõlmMCU-32S x1
2. Keskmine kaev IRM-10-5 toiteallikas x1
3. Omron G3MC-202P-DC5 tahkisrelee x1
4. STP16NF06L N-kanaliga MOSFET x2
5. Sharp GP2Y0A710K0F kauguse mõõtmise andur x2
6. Sharp GP2Y0A02YK0F kauguse mõõtmise andur x1
7. Naispäis 2,54 mm -19 tihvti x2 (või mis tahes päiste kombinatsioon, et muuta see 19 tihvtiks)
8. HB-9500 9. mm vahekaugus Klemmiplokk 4-pin2 (HP-4P) x1
9. KF301 5,08 mm vahekaugusega klemmliistupistik 2-kontaktiga x1
10. KF301 5,08 mm vahekaugus Klemmiploki pistik 3-kontaktiline x3
11. SS-12D00 1P2T Lüliti x1
12. BLX-A Kaitsmehoidja x1
13. 500mA kaitse
14. Fototakisti x1
15. 1 kΩ takistid x3
16. 0.1uF kondensaatorid x3
17. 10uF kondensaator x1
18. M3X6mm nailonkruvid x6
19. M3X6mm nailonist uputuskruvid x4
20. M3X8mm nailonist vahetükk x4
21. M3 nailonist pähklid x2
22. Plastkorpus (suurus üle 86 mm x 84 mm)
23. 2W 33k oomi takisti x1 (valikuline)

Pange tähele, et väikese võimsusega valgusdiood võib endiselt helendada, isegi kui tahkisrelee on väljas, see on tingitud tahkisrelee sisemusest. Selle probleemi lahendamiseks võib vaja minna takistit ja kondensaatorit paralleelselt LED -lambiga.

6. samm: trükkplaatide paigutus ja kokkupanek

Vooluahela valmistamiseks saame kasutada universaalse PCB prototüüpi. Kuid ma proovin skeemi ja paigutuse kujundamiseks kasutada EAGLE CAD -i. Tahvlipildid (Gerberi fail) saadetakse valmistamiseks PCB prototüüpimise stuudiosse.

Kasutatakse 2-kihilist FR4 plaati 1 oz vaskega. Kaasatud on sellised funktsioonid nagu paigaldusavad, kaetud augud, kuuma õhu joodise tasandamine, jootmismaski kiht, siiditrükk (noh.. nüüd kasutavad nad tindiprinterit). 10tk (MOQ) trükkplaadi valmistamise maksumus on ~ 4,2 USA dollarit - mõistliku hinnaga sellise töökvaliteedi korral.

EAGLE kasutamise kohta trükkplaatide kujundamisel on häid õpetusi.

Sparkfunist:

• EAGLE kasutamine: Skeem
• EAGLE kasutamine: Board Layout

Ilya Mikhelsoni hea Youtube'i õpetus:

• Eagle PCB õpetus: skeem
• Eagle PCB õpetus: paigutus
• Eagle PCB õpetus: disaini lõplik vormistamine
• Eagle PCB õpetus: kohandatud raamatukogu

Sisestage komponendid trükkplaadile ja jootmine tagaküljel. Tugevdage tahkisrelee, kaitsmekarp ja kondensaatorid kuuma liimiga. Puurige augud plastkorpuse põhja ja paigaldage nailonist vaheseinad. Tehke külgseinte külge avad, et võimaldada kaabliühendusi. Paigaldage trükkplaatide komplekt vahetükkide peale.

Samm: pikendage andurikaableid

Algsed andurikaablid on liiga lühikesed ja vajavad pikendamist. Kasutan varjestatud 22AWG signaalikaablit, et vähendada müra, mis tuleneb signaalipinge segamisest. Ühendas varjestuse anduri maandusega, samas kui Vcc ja Vo muude juhtmetega. Kaitske liigendit kokkutõmbumistoruga.

Pikendage fototakisti samamoodi.

8. samm: kokkupanek

1. Paigaldage LED -komplekt, kandke alusele silikooni või kuuma liimi ja kinnitage see sektsioonile.
2. Paigaldage andurihoidik LED -komplekti katmiseks. Paigaldage 3 infrapunaandurit andurite hoidikutele.
3. Puurige nurga lähedal asuvasse sektsiooni Ø 6,5 mm auk. Sisestage fototakisti, kinnitage see ja kaabel kuuma kuumliimi abil.
4. Paigaldage juhtimisahelat sisaldav korpus seina külge.
5. Tehke järgmised juhtmeühendused:

• Vahelduvvoolu toiteallikas vooluahela "AC IN" -le.
• LED -lamp lülitub vooluahela "AC OUT" -le.
• Infrapunaandurid: Vcc kuni "5V", GND kuni "GND", Vo kuni "Vout" ahelas
• Vooluahela "PR" fototakisti.

Samm: püsivara ja seadistamine

Selle GitHubi lingi kaudu saate alla laadida püsivara lähtekoodi.

Lülitage WiFi lülitusnupp sisse ja lülitage seade sisse. MCU siseneb vaikimisi SoftAP -režiimi ja saate WiFi kaudu pääsupunktiga "ESP32_Entrance_Lighting" ühenduse luua.

Minge brauseris aadressile 192.168.10.1 ja pääsete juurde järgmistele funktsioonidele:

1. OTA püsivara värskendus brauseri üleslaadimise kaudu.
2. Parameetrite seadistamine:

• PhotoRisistor - fototakisti päästiku tase, millest allpool andurid käivituvad (12 -bitine ADC vahemik 0–4095)
• IR_Long1 - Kaugus, millest madalam kaugpika infrapunaandur 1 lülitab lambi sisse (12 -bitine ADC vahemik 0–4095)
• IR_Long2 - kaugus, millest madalam kaugpika infrapunaandur 2 lülitab lambi sisse (12 -bitine ADC vahemik 0–4095)
• IR_Short - kaugus, millest madalam lühiraja infrapunaandur lamp sisse lülitab (12 -bitine ADC vahemik 0–4095)
• Valguse sisselülitamise aeg - lamp, mis põleb (millisekundeid)

Klõps nupul „Värskenda” määrab päästikutasemed tekstiväljade väärtustele.

Klõpsake nuppu "Anduri küsitlus", praegusi andurite näitu uuendatakse iga sekund, eeldusel, et valgustase on madalam kui fototakisti käivitusaste.

Samm: lõpetage

Mõned mõtted edasiseks parandamiseks:

• MCU sügav unerežiim/üliväikese energiatarbega kaasprotsessor, et vähendada energiatarbimist.
• Kiirema reageerimise jaoks kasutatakse tavapärase HTTP -sõnumi asemel veebipistikut/turvalist veebipistikut.
• Soodsamate komponentide, näiteks laser -kaugusandurite kasutamine.

Selle projekti materjalikulu on umbes 91 USA dollarit - natuke kallis, kuid minu arvates on väärt uusi asju proovida ja tehnoloogiat uurida.

Projekt valmis ja see töötab. Loodetavasti naudite seda juhendatavat.