Night Light Motion & Darkness Sensing - No Micro: 7 Steps (with Pictures)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Αυτό το διδακτικό είναι για να σας αποτρέψει από το να χτυπήσετε το δάχτυλό σας όταν περπατάτε σε ένα σκοτεινό δωμάτιο. Θα μπορούσατε να πείτε ότι είναι για τη δική σας ασφάλεια αν σηκωθείτε το βράδυ και προσπαθήσετε να φτάσετε με ασφάλεια στην πόρτα. Φυσικά θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε ένα κομοδίνο ή τα κύρια φώτα επειδή έχετε έναν διακόπτη ακριβώς δίπλα σας, αλλά πόσο άνετο είναι, να θαμπώνετε τα μάτια σας με έναν λαμπτήρα 60W όταν μόλις ξυπνάτε;

Πρόκειται για μια λωρίδα LED που τοποθετείτε κάτω από το κρεβάτι σας και ελέγχεται από δύο αισθητήρες που ανιχνεύουν την κίνηση και το επίπεδο σκοταδιού στο δωμάτιό σας. Θα λειτουργεί με χαμηλή ισχύ και φωτεινότητα για να παρέχει ένα πολύ ευχάριστο φως τη νύχτα. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα ελέγχου του ορίου φωτεινότητας για να το καταστήσετε κατάλληλο για κάθε περιβάλλον. Δεν απαιτείται μικροελεγκτής για τη διεξαγωγή αυτού του έργου. Αυτό μειώνει τον αριθμό των απαραίτητων συστατικών και την πολυπλοκότητα. Επιπλέον, είναι αρκετά εύκολο αν έχετε ήδη κάποια γνώση στα κυκλώματα ηλεκτρονικού υλικού.

Βήμα 1: Αρχή λειτουργίας και εξαρτήματα

Η βασική αρχή λειτουργίας αυτού του φωτός είναι ότι διαθέτει δύο Mosfet σε σειρά με LED. Τα Mosfets, τα οποία πρέπει να είναι λογικού επιπέδου - εξήγηση αργότερα - ενεργοποιούνται από δύο διαφορετικά υπο -κυκλώματα, εκ των οποίων το ένα ανταποκρίνεται στο σκοτάδι και το άλλο στην κίνηση. Εάν το ένα από αυτά είναι αισθητό, μόνο ένα τρανζίστορ είναι ενεργοποιημένο και το άλλο εξακολουθεί να εμποδίζει τη ροή ρεύματος μέσω της λυχνίας LED. Αυτός ο συνδυασμός είναι πολύ σημαντικός καθώς θα σπαταλούσατε την ισχύ της μπαταρίας εάν ενεργοποιήσετε το φως κατά τη διάρκεια της ημέρας ή χωρίς κίνηση τη νύχτα. Τα εξαρτήματα και το cirucuit επιλέχθηκαν με τρόπο που μπορείτε να βελτιστοποιήσετε τις παραμέτρους για τη δική σας τοποθεσία και τις συνθήκες εκεί.

Επιπλέον, ένα περίβλημα εκτυπώθηκε 3-D για να χωρέσει στα εξαρτήματα, το οποίο δεν είναι πραγματικά απαραίτητο για λόγους λειτουργικότητας αλλά έχει πρακτικό σκοπό.

ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ: Μια νέα έκδοση του περιβλήματος σχεδιάστηκε μετά τη δημοσίευση αυτής της ανάρτησης. Το περίβλημα με τρισδιάστατη εκτύπωση περιέχει τώρα και τα LED που το καθιστούν μια λύση "ολόκληρο σε ένα". Οι εικόνες από την εισαγωγή αυτής της ανάρτησης (νέο μοντέλο) διαφέρουν από αυτές στο βήμα 7 "Τροφοδοσία και περίβλημα" (παλιό μοντέλο)

Λογαριασμός υλικών:

4x 1.5V μπαταρίες 1x GL5516 - LDR1x 1 MOhm σταθερή αντίσταση (R1) 1x 100 kOhm ποτενσιόμετρο 1x 100 kOhm σταθερή αντίσταση (R2) 1x TS393CD - διπλός συγκριτής τάσης 1x HC -SR501 - Αισθητήρας κίνησης PIR 1x 2 kOhm σταθερή αντίσταση (R6) 2x 220 Ohm (R3 & R4) 2x IRLZ34N n-channel Mosfet4x ωτίδες καλωδίων επίπεδες υποδοχές καλωδίων 4x (απέναντι μέρος)

Βήμα 2: Ανίχνευση φωτεινότητας

Για να αισθανθώ τη φωτεινότητα του δωματίου χρησιμοποίησα μια αντίσταση εξαρτώμενη από το φως (LDR). Δημιούργησα ένα διαχωριστή τάσης με σταθερή αντίσταση 1MOhm. Αυτό είναι απαραίτητο γιατί στο σκοτάδι η αντίσταση του LDR φτάνει σε παρόμοια μεγέθη. Η πτώση τάσης στο LDR είναι ανάλογη με το «σκοτάδι».

Βήμα 3: Ρύθμιση της τάσης αναφοράς για το όριο σκοτεινότητας

Το νυχτερινό φως θα λάμψει όταν ξεπεραστεί ένα ορισμένο όριο σκοταδιού. Η έξοδος του διαιρέτη τάσης LDR πρέπει να συγκριθεί με μια συγκεκριμένη αναφορά. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται ένας δεύτερος διαχωριστής τάσης. Μία από τις αντιστάσεις του είναι το ποτενσιόμετρο. Αυτό καθιστά την τάση κατωφλίου (ανάλογη με το σκοτάδι) τροποποιήσιμη. Το ποτενσιόμετρο (R_pot) έχει μέγιστη αντίσταση 100 kOhm. Η σταθερή αντίσταση (R2) είναι επίσης 100 kOhm.

Βήμα 4: Διακόπτης που εξαρτάται από τη φωτεινότητα

Οι τάσεις των δύο περιγραφέντων διαχωριστών τάσης τροφοδοτούνται στον λειτουργικό ενισχυτή. Το σήμα LDR συνδέεται με την αναστρέψιμη είσοδο και το σήμα αναφοράς με τη μη αντιστρεπτή είσοδο. Το OpAmp δεν έχει βρόχο ανάδρασης, πράγμα που σημαίνει ότι θα ενισχύσει τη διαφορά των δύο εισόδων κατά μεγέθη άνω των 10E+05 και θα λειτουργήσει ως συγκριτής. Εάν η τάση στην αναστρέψιμη είσοδο είναι υψηλότερη σε σύγκριση με την άλλη, θα συνδέσει τον πείρο εξόδου του στην επάνω ράγα (Vcc) και ως εκ τούτου θα ενεργοποιήσει το Mosfet Q1. Η αντίθετη περίπτωση θα παράγει δυναμικό γείωσης στον πείρο εξόδου συγκριτών που απενεργοποιεί το Mosfet. Στην πραγματικότητα υπάρχει μια μικρή περιοχή όπου ο συγκριτής θα βγάλει κάτι μεταξύ GND και Vcc. Αυτό συμβαίνει όταν και οι δύο τάσεις έχουν σχεδόν την ίδια τιμή. Αυτή η περιοχή μπορεί να έχει το αποτέλεσμα να κάνει τα LED να λάμπουν λιγότερο φωτεινά.

Το επιλεγμένο TS393 OpAmp είναι ένας συγκριτής διπλής τάσης. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα κατάλληλα και πιθανώς φθηνότερα. Το TS393 ήταν ένα υπόλειμμα από ένα παλιό έργο.

Βήμα 5: Ανίχνευση κίνησης

Ο παθητικός αισθητήρας υπερύθρων HC-SR501 είναι μια πολύ απλή λύση εδώ. Έχει ενσωματωμένο έναν μικροελεγκτή που κάνει τον εντοπισμό στην πραγματικότητα. Διαθέτει δύο ακίδες για παροχή (Vcc και GND) και έναν πείρο εξόδου. Η τάση εξόδου είναι 3,3V γιατί στην πραγματικότητα έπρεπε να χρησιμοποιήσω τον τύπο Mosfet λογικού επιπέδου. Ο τύπος επιπέδου λογικής διασφαλίζει ότι το Mosfet οδηγείται στην περιοχή κορεσμού του με μόνο 3,3V. Ο αισθητήρας PIR αποτελείται από πολλά πυροηλεκτρικά στοιχεία τα οποία ανταποκρίνονται με μεταβολή της τάσης στην υπέρυθρη ακτινοβολία που μεταδίδεται από ανθρώπινα σώματα, για παράδειγμα. Αυτό σημαίνει επίσης ότι μπορεί να ανιχνεύσει πράγματα όπως ψυκτικούς θερμοσίφωνες που πλημμυρίζουν με ζεστό νερό. Θα πρέπει να ελέγξετε τις περιβαλλοντικές συνθήκες και να επιλέξετε ανάλογα τον προσανατολισμό του αισθητήρα. Η γωνία παρατήρησης περιορίζεται στις 120 °. Διαθέτει δύο τρίμερ που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να αυξήσετε την ευαισθησία και τον χρόνο καθυστέρησης. Μπορείτε να αλλάξετε την ευαισθησία για να αυξήσετε το εύρος της περιοχής που θέλετε να παρατηρήσετε. Το χρονομετρητή καθυστέρησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη ρύθμιση του χρόνου για τον οποίο ο αισθητήρας εξάγει ένα λογικό υψηλό επίπεδο.

Στην τελική έκδοση του διαγράμματος καλωδίωσης μπορείτε να δείτε ότι μεταξύ των αισθητήρων εξόδου και της πύλης του Q2 υπάρχει μια αντίσταση σε σειρά για να περιορίσει το ρεύμα που αντλείται από τον αισθητήρα (R4 = 220 Ohm).

Βήμα 6: Συναρμολόγηση ηλεκτρονικών συσκευών

Αφού κατανοήσετε τη λειτουργικότητα κάθε εξαρτήματος, ολόκληρο το κύκλωμα μπορεί να δημιουργηθεί. Αυτό πρέπει να γίνει πρώτα σε ένα breadboard! Εάν ξεκινήσετε με τη συναρμολόγηση σε μια πλακέτα κυκλώματος, θα είναι πιο δύσκολο να αλλάξετε ή να βελτιστοποιήσετε το κύκλωμα στη συνέχεια. Στην πραγματικότητα, μπορείτε να δείτε από την εικόνα της πλακέτας μου ότι έκανα κάποια επεξεργασία και έτσι φαίνεται λίγο ακατάστατο.

Η έξοδος σύγκρισης πρέπει να είναι εφοδιασμένη με αντίσταση έλξης R6 (2 kOhm) - εάν χρησιμοποιείτε διαφορετικό συγκριτή, βεβαιωθείτε ότι έχετε ελέγξει το φύλλο δεδομένων. Μια πρόσθετη αντίσταση R3 τοποθετείται μεταξύ του συγκριτή και του Mosfet Q1 για τον ίδιο λόγο όπως περιγράφεται για το PIR. Η αντίσταση R5 εξαρτάται από το LED σας. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιήθηκε ένα μικρό κομμάτι λωρίδας LED. Έχει τα LED καθώς και την αντίσταση R5 που είναι ήδη ενσωματωμένη. Έτσι στην περίπτωσή μου το R5 δεν συναρμολογείται.

Βήμα 7: Τροφοδοσία και στέγαση

ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ: Το περίβλημα που εμφανίζεται στην αρχή αυτής της ανάρτησης είναι ένας επανασχεδιασμός. Έγινε για να υπάρξει λύση ολοκληρωμένη σε ένα. Τα LED λάμπουν από μέσα μέσω ενός «διαφανούς» πλαστικού στρώματος. Εάν αυτό δεν ισχύει για εσάς, η πρώτη ιδέα του πρώτου πρωτοτύπου εμφανίζεται εδώ σε αυτό το βήμα. (Εάν υπάρχει ενδιαφέρον για το νέο σχέδιο, μπορώ να το επισυνάψω επίσης)

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τέσσερις μπαταρίες AAA 1.5V θα τροφοδοτήσουν το σύστημα. Στην πραγματικότητα, μπορεί να είναι πιο ευχάριστο να χρησιμοποιήσετε μια μπαταρία 9V και να τοποθετήσετε έναν ρυθμιστή τάσης μπροστά από ολόκληρο το κύκλωμα. Στη συνέχεια, δεν χρειάζεται επίσης να εκτυπώσετε τρισδιάστατο περίβλημα μπαταρίας το οποίο συνδέεται με τις μπαταρίες με ωτίδες καλωδίου.

Το περίβλημα είναι ένα πρώτο απλό πρωτότυπο και έχει κάποιες οπές για τους αισθητήρες. Στην πρώτη εικόνα μπορείτε να δείτε τη μεγάλη τρύπα μπροστά για τον αισθητήρα κίνησης και την αριστερή πάνω οπή για το LDR. Η λωρίδα LED πρέπει να βρίσκεται έξω από το περίβλημα με την ίδια απόσταση από αυτήν καθώς μπορεί να επηρεάσει το LDR.