I den här sessionen ska vi göra en 9WATT nödlampa med Raspberry Pi och Python. Denna lampa kommer automatiskt att upptäcka mörkret och frånvaron av växelströmsförsörjning och tänds när det är strömavbrott och rätt ljus inte finns där.
Även om det finns olika nödlampor tillgängliga men de är rent dedikerade för att tjäna ett enda syfte, som en enkel nödljuskrets som vi har skapat tidigare, utlöses endast vid strömavbrott. Med Raspberry Pi kan vi lägga till olika andra funktioner till det, som här har vi lagt till LDR för att upptäcka mörker på olika nivåer. Här har vi lagt till två nivåer, när det är helt mörkt lyser lampan med full intensitet och när det är halvmörkt lyser den med 30% kapacitet. Så här ska vi utforma den här lampan så att den slås PÅ när nätströmmen är AV och när ljusintensiteten i rummet blir mycket låg.
Komponenter som krävs:
Här använder vi Raspberry Pi 2 Model B med Raspbian Jessie OS. Alla grundläggande hårdvaru- och mjukvarukrav har tidigare diskuterats, du kan slå upp det i Raspberry Pi Introduction och Raspberry PI LED Blinking för att komma igång, annat än vad vi behöver:
- 1000 µF kondensator
- 1WATT LED (9 delar)
- + 12V förseglat LEAD ACID-batteri
- 6000-10000mAH kraftbank
- + 5V likströmsadapter
- Lm324 OP-AMP-chip
- 4N25 optokopplare
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (ljusberoende motstånd)
- LED (1 st)
- Motstånd: 1KΩ (3 delar), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 delar), 10Ω (9 delar), 10KΩ, 100KΩ
- 10KΩ pot (3 stycken) (alla motstånd är 0,25 watt)
Beskrivning:
Innan vi går in i kretsanslutningar och dess arbete kommer vi att lära oss om komponenterna och deras syfte i kretsen:
9 Watt LED-lampa:
Den LAMP består av nio 1Watt lysdioder. Det finns olika typer av lysdioder på marknaden men 1WATT LED är lätt tillgängliga överallt. Dessa lysdioder arbetar vid 3,6V, så vi kommer att ansluta tre av dem i serie tillsammans med skyddsdioder för att arbeta vid + 12V. Vi kommer att ansluta tre av dessa remsor som bildar en 9WATT LED-lampa. Vi kommer att använda denna lampa med Raspberry Pi i enlighet därmed.
LDR (ljusberoende motstånd) för att upptäcka mörker:
Vi ska använda LDR (ljusberoende motstånd) för att upptäcka ljusintensiteten i rummet. LDR ändrar sitt motstånd linjärt med ljusintensiteten. Denna LDR kommer att anslutas till spänningsdelaren. Med det kommer vi att ha variabel spänning för att representera variabel ljusintensitet. Om ljusintensiteten är LÅG blir spänningsutgången HÖG och om ljusintensiteten om HÖG spänningsutgång är LÅG.
Op-amp LM324 IC för kontroll av LDR-utgång:
Raspberry Pi har ingen intern ADC-mekanism (Analog till Digital Converter). Så denna inställning kan inte anslutas direkt till Raspberry Pi. Vi använder OP-AMP-baserade komparatorer för att kontrollera spänningsutgångarna från LDR.
Här har vi använt op-amp LM324 som har fyra operativa förstärkare inuti och vi har använt två op-förstärkare av dessa fyra. Så vår PI kommer att kunna detektera ljusintensitet på två nivåer. Beroende på dessa nivåer justerar vi ljusstyrkan på LED-lampan. När det är helt mörkt lyser lampan med full intensitet och när det är halvmörkt lyser den med 30% kapacitet. Kontrollera Python-koden och videon i slutet för att förstå den ordentligt. Här har vi använt PWM-konceptet i Raspberry Pi för att kontrollera intensiteten hos lysdioderna.
Raspberry Pi har 26GPIO, varav vissa används för specialfunktioner. Med särskild GPIO avsatt har vi 17 GPIO. Var och en av de 17 GPIO-stiften kan inte ta en spänning högre än + 3,3 V, så Op-amp-utgångarna kan inte vara högre än 3,3 V. Därför har vi valt op-amp LM324, eftersom detta chip kan fungera vid + 3,3 V och ger logiska utgångar inte mer än + 3,3 V. Läs mer om GPIO Pins of Raspberry Pi här. Kolla också vår Raspberry Pi-handledningsserie tillsammans med några bra IoT-projekt.
AC till DC-adapter för att kontrollera AC-linjen:
Vi kommer att använda växelström till likströmsadapter utgångsspänningslogik för att upptäcka växelströmsstatus. Även om det finns olika sätt att upptäcka AC-linjens status är det här det säkraste och enklaste sättet att gå. Vi tar + 5V-logik från adaptern och ger den till Raspberry Pi genom en spänningsdelarkrets för att dölja + 5V hög logik till + 3.3v HÖG logik. Se kretsschemat för bättre förståelse.
Power Bank och 12v blybatteri för strömförsörjning:
Tänk på att Raspberry Pi måste fungera i frånvaro av ström, så vi kommer att köra PI med en Power Bank (ett batteripaket 10000mAH) och 9WATT LED-lampan kommer att drivas av + 12V, 7AH förseglat LEAD ACID-batteri. LED-lampan kan inte drivas av kraftbank eftersom de drar för mycket ström, så de måste drivas från en separat strömkälla.
Du kan driva Raspberry Pi med + 12V batteri om du har en effektiv + 12V till + 5V omvandlare. Med den omvandlaren kan du dike kraftbanken och driva hela kretsen med en enda batterikälla.
Kretsförklaring:
Kretsschema för Raspberry Pi Emergency Light ges nedan:
Här har vi använt tre av fyra komparatorer i LM324 IC. Två av dem kommer att användas för att upptäcka ljusintensitetsnivåer och den tredje kommer att användas för att detektera lågspänningsnivån på + 12V batteri.
1. OP-AMP1 eller U1A: Negativ terminal för denna komparator är försedd med 1.2V (justera RV2 för att få spänningen) och Positive terminal är ansluten till LDR spänningsdelningsnätverk. När skuggan faller på LDR stiger dess inre motstånd. Med ökningen av internt motstånd hos LDR ökar spänningsfallet vid den positiva terminalen på OP-AMP1. När denna spänning går högre än 1,2 V, ger OP-AMP1 + 3,3 V utgång. Denna HÖGA logiska utmatning av OP-AMP kommer att upptäckas av Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 eller U1B: Negativ terminal för denna komparator är försedd med 2.2V (justera RV3 för att få spänningen) och Positive terminal är ansluten till LDR spänningsdelningsnätverk. När skuggan som faller på LDR ytterligare ökar blir dess inre motstånd ännu högre. Med ytterligare ökning av internt motstånd hos LDR ökar spänningsfallet vid den positiva terminalen på OP-AMP2. När denna spänning går högre än 2,2 V, ger OP-AMP2 + 3,3 V utgång. Denna HÖGA logiska utmatning av OP-AMP kommer att upptäckas av Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 eller U1C: Denna OP-AMP kommer att användas för att detektera låg spänningsnivå på + 12v batteripaket. Negativ terminal för denna komparator är försedd med 2.1V (justera RV1 för att få spänningen) och positiv terminal är ansluten till en spänningsdelarkrets. Denna avdelare delar batterispänningen med 1 / 5,7 gånger, så för 12,5 V batterispänning kommer vi att ha 2,19 V vid den positiva terminalen på OP-AMP3. När batterispänningen går under 12,0V blir spänningen vid den positiva terminalen <2,1V. Så med 2.1v vid negativ terminal blir OP-AMP-utgången låg. Så när batterispänningen sjunker under 12V (betyder under 2,1v vid positiv terminal) drar OP-AMP ner utgången, den här logiken kommer att upptäckas av Raspberry Pi.
Arbetsförklaring:
Hela funktionen för denna Raspberry Pi Emergency Lamp kan anges som:
Först upptäcker Raspberry Pi om det finns nätström eller inte genom att känna av logik vid GPIO23, där + 3,3 V från nätadaptern tas. När strömmen stängs av stängs + 5V från adaptern av och Raspberry Pi går bara till nästa steg om denna LÅGA logik detekteras, om inte PI inte kommer till nästa steg. Denna LÅGA logik händer bara när växelströmmen stängs av.
Nästa PI kontrollerar om LEAD ACID-batterinivån är LÅG. Denna logik tillhandahålls av OP-AMP3 på GPIO16. Om logiken är LÅG flyttas inte PI till nästa steg. Med batterispänningen högre än + 12V går PI till nästa steg.
Nästa Raspberry Pi kontrollerar om mörkret i rummet är HÖG, denna logik tillhandahålls av OP-AMP2 på GPIO20. Om ja, ger PI PWM (Pulse Width Modulation) -utgång med en arbetscykel på 99%. Denna PWM-signal driver optokopplaren som driver MOSFET. MOSFET driver 9WATT LED-installationen som visas i figuren. Om det inte är helt mörkt går PI till nästa steg. Läs mer om PWM i Raspberry Pi här.
Sedan kontrollerar Raspberry Pi om mörkret i rummet är LÅG, denna logik tillhandahålls av OP-AMP1 på GPIO21. Om ja, ger PI PWM (Pulse Width Modulation) output med en arbetscykel på 30%. Denna PWM-signal driver optokopplaren som driver MOSFET. MOSFET driver 9WATT LED-installationen som visas i figuren. Om det finns ordentligt ljus i rummet, ger Raspberry Pi inte PWM-utgång så att LAMPAN är helt AV.
Så för att sätta på den här nödlampan måste både villkoret vara sant, det betyder att nätledningen måste vara avstängd och det måste vara mörker i rummet. Du kan få en klar förståelse genom att kontrollera hela Python-koden och videon nedan.
Du kan ytterligare lägga till mer intressanta funktioner och mörkernivåer till denna nödlampa. Kolla även våra fler Power Electronics-kretsar:
- 0-24v 3A variabel strömförsörjning med LM338
- 12v batteriladdarkrets med LM317
- 12v DC till 220v växelriktarkrets
- Mobiltelefonladdarkrets