I denne økten skal vi lage en 9WATT nødlampe ved hjelp av Raspberry Pi og Python. Denne lampen vil automatisk oppdage mørket og fraværet av vekselstrøm, og lyse opp når det er strømbrudd og riktig lys ikke er der.
Selv om det er forskjellige nødlamper tilgjengelig, men de er utelukkende dedikert til å tjene ett formål, som en enkel nødlyskrets som vi har opprettet tidligere, utløser bare strømbrudd. Med Raspberry Pi kan vi legge til forskjellige andre funksjoner til den, som her har vi lagt til LDR for å oppdage mørke på forskjellige nivåer. Her har vi lagt til to nivåer, når det er helt mørkt, vil lampen lyse med full intensitet, og når det er halvmørkt, vil den lyse med 30% kapasitet. Så her skal vi designe denne lampen slik at den slås PÅ når vekselstrømmen er AV, og når lysintensiteten i rommet blir veldig lav.
Nødvendige komponenter:
Her bruker vi Raspberry Pi 2 Model B med Raspbian Jessie OS. Alle de grunnleggende maskinvare- og programvarekravene er tidligere diskutert, du kan slå opp i Raspberry Pi Introduction og Raspberry PI LED Blinking for å komme i gang, annet enn det vi trenger:
- 1000 µF kondensator
- 1WATT LED (9 deler)
- + 12V forseglet Blysyre batteri
- 6000-10000mAH kraftbank
- + 5V DC-adapter
- Lm324 OP-AMP-brikke
- 4N25 optokobler
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (lysavhengig motstand)
- LED (1 stk)
- Motstander: 1KΩ (3 stykker), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 deler), 10Ω (9 deler), 10KΩ, 100KΩ
- 10KΩ potte (3 stk) (alle motstander er 0,25 watt)
Beskrivelse:
Før vi går inn i Circuit Connections og dets arbeid, vil vi lære om komponentene og deres formål i kretsen:
9 Watt LED-lampe:
Den LAMP består av ni 1Watt LED. Det finnes forskjellige typer lysdioder i markedet, men 1WATT LED er lett tilgjengelig overalt. Disse LED-lampene fungerer på 3,6V, så vi vil koble tre av dem i serie sammen med beskyttelsesdioder for å operere ved + 12V. Vi vil koble sammen tre av disse stripene og danne en 9WATT LED-lampe. Vi vil bruke denne lampen med Raspberry Pi tilsvarende.
LDR (lysavhengig motstand) for å oppdage mørke:
Vi skal bruke LDR (Light Dependent Resistor) for å oppdage lysintensiteten i rommet. LDR endrer motstanden lineært med lysintensiteten. Denne LDR vil være koblet til spenningsdeler. Med det vil vi ha variabel spenning for å representere variabel lysintensitet. Hvis lysintensiteten er LAV vil spenningsutgangen være HØY og hvis lysintensiteten hvis HØY spenningsutgang vil være LAV.
Op-amp LM324 IC for å sjekke LDR-utgang:
Raspberry Pi har ikke en intern ADC-mekanisme (Analog til Digital Converter). Så dette oppsettet kan ikke kobles direkte til Raspberry Pi. Vi vil bruke OP-AMP-baserte komparatorer for å kontrollere spenningsutgangene fra LDR.
Her har vi brukt op-amp LM324 som har fire operasjonelle forsterkere inni seg, og vi har brukt to op-ampere av disse fire. Så vår PI vil kunne oppdage lysintensitet på to nivåer. Avhengig av disse nivåene vil vi justere lysstyrken på LED-lampen. Når det er helt mørkt, vil lampen lyse med full intensitet, og når det er halvmørkt, vil det lyse med 30% kapasitet. Sjekk Python-koden og videoen, til slutt, for å forstå den riktig. Her har vi brukt PWM-konsept i Raspberry Pi for å kontrollere intensiteten til lysdioder.
Raspberry Pi har 26GPIO, hvorav noen brukes til spesielle funksjoner. Med spesiell GPIO satt til side, har vi 17 GPIO. Hver av de 17 GPIO-pinnene kan ikke ta spenning høyere enn + 3,3V, så Op-amp-utgangene kan ikke være høyere enn 3,3V. Derfor har vi valgt op-amp LM324, da denne brikken kan operere på + 3,3V og gir logiske utganger ikke mer enn +3,3V. Lær mer om GPIO Pins of Raspberry Pi her. Sjekk også Raspberry Pi Tutorial Series sammen med noen gode IoT-prosjekter.
AC til DC-adapter for å sjekke AC-linjen:
Vi bruker vekselstrømslogikk for vekselstrøm til likestrømsadapter for å oppdage vekselstrømstatusen. Selv om det er forskjellige måter å oppdage vekselstrømstatusen, er dette den tryggeste og enkleste måten å gå. Vi tar + 5V-logikk fra adapteren og gir den til Raspberry Pi gjennom en spenningsdelerkrets for å skjule + 5V høy logikk til + 3.3v HØY logikk. Se kretsskjemaet for bedre forståelse.
Power Bank og 12v blybatteri for strømforsyning:
Husk at Raspberry Pi må fungere i fravær av strøm, så vi vil kjøre PI ved hjelp av en Power Bank (A batteripakke 10000mAH) og 9WATT LED-lampen vil bli drevet av + 12V, 7AH forseglet LEAD ACID-batteri. LED-lampen kan ikke drives av strømbank fordi de trekker for mye strøm, så de må drives fra en separat strømkilde.
Du kan drive Raspberry Pi med + 12V batteri hvis du har en effektiv + 12V til + 5V omformer. Med den omformeren kan du slippe strømbanken og drive hele kretsen med en enkelt batterikilde.
Kretsforklaring:
Kretsdiagram over Raspberry Pi nødlys er gitt nedenfor:
Her har vi brukt tre av fire komparatorer inne i LM324 IC. To av dem vil bli brukt til å oppdage lysintensitetsnivåer og den tredje vil bli brukt til å oppdage lavspenningsnivået på + 12V batteri.
1. OP-AMP1 eller U1A: Negativ terminal på denne komparatoren er utstyrt med 1,2 V (juster RV2 for å få spenningen) og Positive terminal er koblet til LDR spenningsdeler nettverk. Når skyggen faller på LDR, stiger dens indre motstand. Med økningen i intern motstand av LDR, øker spenningsfallet ved den positive terminalen til OP-AMP1. Når denne spenningen går høyere enn 1,2V, gir OP-AMP1 + 3,3V utgang. Denne HØYE logiske utgangen av OP-AMP vil bli oppdaget av Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 eller U1B: Negativ terminal på denne komparatoren er utstyrt med 2,2 V (juster RV3 for å få spenningen) og Positive terminal er koblet til LDR spenningsdelernettverk. Når skyggen som faller på LDR ytterligere øker, går dens indre motstand enda høyere. Med ytterligere økning i intern motstand av LDR, øker spenningsfallet ved den positive terminalen til OP-AMP2. Når denne spenningen går høyere enn 2,2V, gir OP-AMP2 + 3,3V utgang. Denne HØYE logiske utgangen av OP-AMP vil bli oppdaget av Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 eller U1C: Denne OP-AMP vil brukes til å oppdage lavspenningsnivå på + 12v batteripakke. Negativ terminal til denne komparatoren er utstyrt med 2,1V (juster RV1 for å få spenningen) og positiv terminal er koblet til en spenningsdelerkrets. Denne skillelinjen deler batterispenningen med 1 / 5,7 ganger, og for 12,5 V batterispenning vil vi ha 2,19 V ved den positive terminalen til OP-AMP3. Når batterispenningen går under 12,0V, vil spenningen ved den positive terminalen være <2,1V. Så med 2.1v på negativ terminal blir OP-AMP-utgangen lav. Så når batterispenningen synker under 12V (betyr under 2,1v ved positiv terminal), trekker OP-AMP utgangen, denne logikken vil bli oppdaget av Raspberry Pi.
Arbeidsforklaring:
Hele funksjonen til denne Raspberry Pi Emergency Lamp kan angis som:
Først oppdager Raspberry Pi om det er vekselstrøm tilstede eller ikke ved å registrere logikk på GPIO23, der + 3,3 V fra vekselstrømadapteren tas. Når strømmen går AV, slukkes + 5V fra adapteren, og Raspberry Pi går bare til neste trinn hvis denne LAVE logikken oppdages, hvis ikke PI ikke flytter til neste trinn. Denne LAV-logikken skjer bare når vekselstrøm slås AV.
Neste PI sjekker om LEAD ACID-batterinivået er lavt. Denne logikken er levert av OP-AMP3 på GPIO16. Hvis logikken er LAV, flytter ikke PI til neste trinn. Med batterispenning høyere enn + 12V, flytter PI til neste trinn.
Neste Raspberry Pi sjekker om mørket i rommet er HØY, denne logikken er gitt av OP-AMP2 på GPIO20. Hvis ja, gir PI PWM (Pulse Width Modulation) -utgang med en driftssyklus på 99%. Dette PWM-signalet driver optokoblingen som driver MOSFET. MOSFET driver 9WATT LED-oppsettet som vist på figuren. Hvis det ikke er helt mørkt, flytter PI til neste trinn. Lær mer om PWM i Raspberry Pi her.
Deretter sjekker Raspberry Pi om mørket i rommet er LAV, denne logikken er gitt av OP-AMP1 på GPIO21. Hvis ja, gir PI PWM (Pulse Width Modulation) -utgang med en driftssyklus på 30%. Dette PWM-signalet driver optokoblingen som driver MOSFET. MOSFET driver 9WATT LED-oppsettet som vist på figuren. Hvis det er skikkelig lys i rommet, gir ikke Raspberry Pi PWM-utgang, slik at LAMPEN vil være helt AV.
Så for å slå på denne nødlampen, må begge forholdene være sanne, betyr at vekselstrømledningen må være av og det må være mørke i rommet. Du kan få klar forståelse ved å sjekke den komplette Python-koden og videoen nedenfor.
Du kan videre legge til mer interessante funksjoner og mørke nivåer i denne nødlampen. Sjekk også våre flere Power Electronics-kretser:
- 0-24v 3A variabel strømforsyning ved bruk av LM338
- 12v batteriladerkrets med LM317
- 12v DC til 220v AC inverter krets
- Mobil lader krets