Avtomatik Giriş İşıqlandırma: 10 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:43

Evin girişində avtomatik işıqlandırma qurmaq istəyirəm. Əksər hallarda, bir PIR (Passiv İnfraqırmızı Sensor) hərəkət algılayıcı açar və bir lampa edəcək, ancaq bu fikri atıram, çünki kənarda quraşdırılmış sensor qeyri -adi görünür.

Bu layihədəki məqsədim:

1. İşıqlandırma dünyagörüşü sadə və aşağı profilli görünməlidir.
2. Layihədə yeni şeylər sınamaq və yeni fikirləri yoxlamaq mənim üçün də maraqlıdır:

• Kompleks həndəsə üçün 3D Çapdan istifadə edin.
• Circuit Design, PCB (Printed Circuit Board) Layout və elektronika üçün Prototipləşdirmə.
• Daha əvvəl WiFi-MCU (Mikrokontrolör) ESP32-dən istifadə etmişəm. MCU ilə http-server vasitəsi ilə əlaqə qura bildiyimiz üçün, sensor siqnalını oxumaq və işıqlandırma parametrlərini təyin etmək üçün veb əsaslı bir interfeysə sahib olmaq rahat deyilmi?

Bu fikirlərə əsaslanaraq bir Mockup hazırladım və işlədiyini yoxladım; İşıqlandırma sistemini hazırlayıram.

Qeyd:

• Bu layihədə göstərilən fiziki ölçülər 1m x 1.5m sahəni işıqlandırmaq üçündür. Dizaynınızı ölçmək üçün bir istinad olaraq istifadə edə bilərsiniz.
• Bu layihədəki bəzi işlər təhlükəli ola bilər, sınaqdan və quraşdırmadan əvvəl lazımi tədbirləri alın.
• Komponent hazırlamaq üçün bütün avadanlıq və vasitələrim yoxdur. Nəticədə, 3D çap və PCB istehsal işlərini peşəkar studiyalara verirəm. Fusion 360 və EAGLE kimi CAD bu ssenaridə çox kömək edir. Sonrakı hissələrdə daha çox danışacağam.

Addım 1: Dizayn Baxışı, Layihə və Model

Fikrim odur ki, taxta bölmənin içərisində bir işıqlandırma sistemi “gizlədilsin”, ancaq bir açılış vasitəsilə işıqlandırmaya icazə verilsin.

Əvvəlcə bütün səhnəni modelləşdirmək üçün Fusion360 istifadə edirəm. Necə istifadə ediləcəyinə dair Dərsliyi ziyarət edə bilərsiniz. CAD, dizayn mərhələsində daha yaxşı görselleştirme üçün çox kömək edir.

Məsələn, yaxınlaşan hər kəsi izləmək və işığı yandırmaq üçün infraqırmızı sensorlardan istifadə edirik. Buna görə də sensorlar dəqiq yerləşdirilməlidir. Modeldə İnfraqırmızı şüa yolunu çəkə bilərik. Sensorları əvvəlcədən mürəkkəb bir hesablama olmadan istədiyimiz şəkildə döndərin və hərəkət etdirin.

Nəhayət bunu bu şəkildə etdim:

• Bir açılış yaradın və üstünə bir LED qurğusu quraşdırın.
• Otağın işıqlanacaq qədər qaranlıq olub olmadığını yoxlamaq üçün bir Fotoresistor.
• Girişə yaxınlaşan hər kəsin, kifayət qədər yaxın olduğu halda işığı yandırıb-açmadığını müəyyən etmək üçün 2 Uzaq məsafəli İnfraqırmızı Sensorlardan istifadə edirəm.
• Qapının açılıb açılmadığını yoxlamaq üçün başqa bir qısa məsafəli İnfraqırmızı Sensor.
• Açılış dardır və buna görə də sensorları dəqiq mövqelərə qoymalıyıq. LED işığının açılışdan keçməsini istiqamətləndirmək üçün bir reflektora da ehtiyacımız var. Bu 2 məqsədi yerinə yetirmək üçün tək hissəni (Sensorlar Tutucusu) 3D Çap edə bilərik.
• WiFi vasitəsilə sistem monitorinqi və parametrlərin tənzimlənməsi: İndi sensor oxunuşları nələrdir? İşığı yandırmağa nə qədər yaxındır? İşıq nə qədər qaranlıq olmalıdır? Lampa nə qədər açıq qalmalıdır? ESP32 kimi WiFi MCU istifadə edərək işıqlandırmanı veb brauzer vasitəsilə idarə edə bilərik.

Addım 2: Açılışın edilməsi

Alətlər:

• Kvadrat hökmdarı
• Testere- əllə və ya elektriklə işləyən.
• Matkap - əllə və ya ağacdan və plastikdən qazmağı bacaran hər hansı elektrik sürücüsü.
• Fayl
• Mala, Zımpara və Boya Fırçası - səthi orijinal vəziyyətinə və rənginə qaytarmaq üçün.

Materiallar:

• Akril zolaqlar - Qırış material kifayət qədər qalın olması şərtilə yaxşıdır (~ 5 mm)
• Alçı
• Daxili Boya

Prosedurlar:

1. Açılışın ölçüsünü təyin etmək üçün akril şablon hazırlayın. 4 akril şeridi yığıram və yapışdırıram. Bir -birlərinə 90 Deg olduğundan əmin olmaq üçün bir kvadrat hökmdar istifadə edin. Açılışın ölçüsü 365 mm X 42 mm -dir.
2. Şablonda 4 montaj çuxuru düzəldin, sonra vintlərdən istifadə edərək bölməyə bərkidin.
3. Kenarlar boyunca deliklər qazın və istənməyən sahəni kəsin.
4. Artıq materialı çıxarmaq və kənarları şablon boyunca düz etmək üçün bir fayl istifadə edin.
5. Şablonu çıxarın. Montaj çuxurlarına və taxta səthə gips çəkin.
6. Səthi zımpara edin və gips tətbiq edin. Səth hamar olana qədər bu addımları təkrarlayın.
7. Səthi boyayın.

Addım 3: LED qurğusunun hazırlanması

Alətlər:

• Testere - əllə və ya elektriklə işləyən.
• Matkap - əl ilə və ya ağacdan və plastikdən qazmağı bacaran hər hansı elektrik sürücüsü.
• Tel çıxarıcı
• Lehimleme dəmir

Materiallar:

• Ø20 mm PVC borular və tutacaqlar.
• 5W G4 LED ampul və soket x5
• Elektrik kabelləri
• Lehim teli
• Büzülmə borusunu eşidin

Prosedurlar:

1. Lampanın gövdəsi olaraq 355 mm uzunluğunda bir PVC boru kəsin.
2. Stend olaraq hər iki ucunda iki boru tutucusu quraşdırın.
3. LED prizlər üçün PVC borularda Ø17 mm -lik beş delik qazın.
4. LED prizlərini daxil edin və kabellərin borudan çıxacaq qədər uzun olduğundan əmin olun, çox qısa olduqda kabelini uzatın. İşıq mənbəyi olaraq 5W G4 LED lampalarından istifadə edəcəyimiz üçün 220VAC mənbəyi üçün cərəyan ~ 23mA olacaq. Orijinal kabeli lehimləmək üçün AWG#24 lent tellərindən istifadə edirəm. Birləşmə sahəsini qorumaq üçün büzülmə borusundan istifadə edin.
5. LED ampullərini LED prizlərinə quraşdırın.
6. LED lampalarını paralel olaraq bağlayın.

Addım 4: Sensor tutucusunun hazırlanması

Əvvəlcə sensor tutacaqını modelləşdirmək üçün Fusion360 istifadə edirəm. Quraşdırma və istehsal prosesini asanlaşdırmaq üçün sensor tutucu da işıq əks etdiricisi kimi xidmət edir və onlar tək hissədən ibarətdir. Sensor tutucusunda İR diapazonu sensorlarının şəklinə uyğun montaj boşluqları olmalıdır. Fusion360 istifadə edərkən bu asanlıqla edilə bilər:

1. Sensorları və sensor tutucusunu istədikləri yerə idxal edin və yerləşdirin [2 -ci addımda göstərildiyi kimi]
2. Tutucu ilə sensorlar arasındakı üst -üstə düşən həcmi yoxlamaq üçün müdaxilə əmrindən istifadə edin.
3. Sensorları saxlayın və tutucudakı üst -üstə düşən həcmi çıxarın.
4. Modeli yeni bir hissə olaraq qeyd edin. Montaj boşluqları artıq sensorlar şəklindədir!
5. İstehsal toleransını da nəzərə almalıyıq: Sensor ölçü tolerantlığı ± 0.3 mm və 3D çap istehsal toleransı ± 0.1 mm -dir. Boşluğun uyğunlaşmasını təmin etmək üçün boşluqların bütün təmas səthlərində 0,2 mm kənara çıxma etdim.

Model 3D çap üçün bir studiyaya göndərilir. İstehsal xərclərini aşağı salmaq üçün 2 mm kiçik bir qalınlıqdan istifadə edirəm və materiala qənaət etmək üçün boş nümunələr yaradıram.

3D çapın geri qaytarılma müddəti təxminən 48 saatdır və dəyəri ~ 32 ABŞ dollarıdır. Alınca bitmiş hissə artıq zımparalanmışdı, amma çox kobuddur. Buna görə səthləri 400 dənə yaş zımpara ilə təmizləyirəm, ardınca ağ rəngli boya ilə içəri çiləyirəm.

Addım 5: Dövrə Dizaynı

Məqsədlər və mülahizələr

• Lehimləmə sobası yoxdur, buna görə yalnız DIP Paketindəki hissələr nəzərə alınır.
• Tək lövhəli dizayn: PCB, AC-DC enerji təchizatı vahidi də daxil olmaqla bütün komponentləri ehtiva edir.
• Enerji qənaət: Sensorları və LED lampanı yalnız giriş kifayət qədər qaranlıq olduqda yandırın.
• Uzaq konfiqurasiya: WiFi vasitəsilə MCU parametrlərini təyin edin.

Dövrə necə işləyir

• Sigorta qorunması (XF1) ilə Terminal Kutusu (TB1) vasitəsilə AC güc girişi.
• Kiçik AC-DC Enerji təchizatı (PS1), ESP32 MCU (JP1 & 2) lövhəsinə və sensorlara 5VDC güc vermək üçün istifadə olunur.
• WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) bir ADC kanalı (ADC1_CHANNEL_7) istifadə edərək Fotoresistordan (PR) gələn gərginlik siqnalını oxuyur. Siqnal eşikdən aşağı olarsa, bütün 3 infraqırmızı sensoru işə salmaq üçün GPIO pin22 vasitəsilə MOSFET (Q1) yandırın.
• 3 infraqırmızı sensor siqnal çıxışı (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short) üçün başqa 3 ADC kanalı (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6). Siqnal eşikdən yüksəkdirsə, SSRİ (K1) yandıran GPIO pin 21 vasitəsilə MOSFET (Q2) yandırın və TB1 -ə qoşulmuş LED Lampaları yandırın.
• MCU, WiFi keçidinin (S1) (ADC1_CHANNEL_4) vasitəsi ilə AÇIQ olub olmadığını yoxlayır və MCU -da parametrlərə icazə vermək üçün WiFi Tapşırığını işə salır.

Parça siyahısı

1. NodeMCU-32S x1
2. Orta Quyu IRM-10-5 Güc Təchizatı x1
3. Omron G3MC-202P-DC5 Qatı Hal Rölesi x1
4. STP16NF06L N-Kanal MOSFET x2
5. Sharp GP2Y0A710K0F Məsafə Ölçmə Sensoru x2
6. Sharp GP2Y0A02YK0F Məsafə Ölçmə Sensoru x1
7. Qadın Başlığı 2.54mm -19 sancaqlar x2 (və ya 19pins etmək üçün hər hansı bir başlıq birləşməsi)
8. HB-9500 9. mm aralıqlı Terminal Bloku 4-pin2 (HP-4P) x1
9. KF301 5.08mm aralıqlı Terminal Blok Konnektoru 2 pinli x1
10. KF301 5.08mm aralıq Terminal Blok Konnektoru 3-pin x3
11. SS-12D00 1P2T keçid açarı x1
12. BLX-A Sigorta tutucusu x1
13. 500mA qoruyucu
14. PhotoResistor x1
15. 1k Ohm Rezistorlar x3
16. 0.1uF kondansatör x3
17. 10 uF kondansatör x1
18. M3X6mm neylon vintlər x6
19. M3X6mm Neylon havşa vintləri x4
20. M3X8mm Neylon boşluq x4
21. M3 Neylon qoz -fındıq x2
22. Plastik korpus (ölçüsü 86 mm x 84 mm -dən böyük)
23. 2W 33k Ohm Rezistor x1 (İsteğe bağlı)

Diqqət yetirin, aşağı güclü LED hələ də Qatı Hal Rölesi KAPALI olsa belə hələ də parlaya bilər, bunun səbəbi qatı hal rölesinin içərisindəki əyilməkdir. Bu problemi həll etmək üçün LED lampasına paralel olaraq bir rezistor və kondansatör bağlamağınız lazım ola bilər.

Addım 6: PCB Düzeni və Montajı

Dövr etmək üçün universal PCB prototipindən istifadə edə bilərik. Ancaq sxematik və düzeni dizayn etmək üçün EAGLE CAD istifadə etməyə çalışıram. Lövhə şəkilləri (Gerber faylı) istehsal üçün PCB Prototipləşdirmə Studiyasına göndərilir.

1oz mis ilə 2 qat FR4 lövhəsi istifadə olunur. Montaj çuxurları, Deliklərdən Kaplama, İsti Hava Lehimlərinin Düzləşdirilməsi, Lehim maskası təbəqəsi, Silkscreen mətni (yaxşı.. indi mürəkkəb jet çapdan istifadə edirlər) kimi xüsusiyyətlər daxildir. 10 ədəd (MOQ) PCB istehsalının dəyəri ~ 4,2 ABŞ dollarıdır - bu cür iş keyfiyyətində münasib qiymət.

PCB dizaynı üçün EAGLE istifadə etmək üçün yaxşı dərslər var.

Sparkfundan:

• EAGLE -dən istifadə: sxematik
• EAGLE -dən istifadə: Board Layout

İlya Mikhelson tərəfindən yaxşı bir Youtube dərsliyi:

• Kartal PCB Təlimatı: Şematik
• Kartal PCB Təlimatı: Layout
• Kartal PCB Təlimatı: Dizaynı tamamlayır
• Kartal PCB Təlimatı: Xüsusi Kitabxana

Komponentləri PCB -yə daxil edin və arxa tərəfdən lehimləyin. Qatı Hal Rölesini, sigorta qutusunu və kondansatörləri isti yapışqanla gücləndirin. Plastik qapağın altındakı delikləri açın və neylon aralıqları quraşdırın. Yan divarlarında kabel əlaqələrinə icazə vermək üçün deliklər açın. PCB qurğusunu aralıqların üstünə quraşdırın.

Addım 7: Sensor Kabellərini Uzatın

Orijinal sensor kabelləri çox qısadır və uzadılması lazımdır. Siqnal gərginliyinə müdaxilə edən səs -küyü azaltmaq üçün ekranlı 22AWG siqnal kabelindən istifadə edirəm. Qoruyucu ekran Zəminə, Vcc və Vo isə digər tellərə qoşuldu. Eklemi büzülmə borusu ilə qoruyun.

Fotorezistoru eyni şəkildə uzadın.

Addım 8: Montaj

1. LED montajını quraşdırın, stendə silikon və ya isti yapışqan tətbiq edin və bölməyə bərkidin.
2. LED qurğusunu örtmək üçün sensor tutucusunu quraşdırın. 3 infraqırmızı sensoru sensor tutacaqlarına quraşdırın.
3. Küncün yaxınlığındakı bölmədə Ø6.5mm diametrində bir çuxur qazın. Fotorezistoru daxil edin, isti istilik yapışqan istifadə edərək onu və kabelini düzəldin.
4. Nəzarət dövrəsinin olduğu korpusu divara quraşdırın.
5. Aşağıdakı tel bağlantılarını edin:

• AC Güc mənbəyi, dövrənin "AC GİRİŞİ" nə.
• LED lampası dövrənin "AC ÇIXIŞI" na güc verir.
• İnfraqırmızı sensorlar: Vcc - "5V", GND - "GND", Vo - Vout "Vout"
• Dövrdə "PR" üçün fotoresistor.

Addım 9: Firmware və Quraşdırma

Firmware mənbə kodunu bu GitHub Linkində yükləyə bilərsiniz.

WiFi keçid düyməsini yandırın və cihazı işə salın. MCU standart olaraq SoftAP rejiminə girəcək və WiFi vasitəsilə "ESP32_Entrance_Lighting" Giriş nöqtəsinə qoşula bilərsiniz.

Brauzerdə 192.168.10.1 -ə gedin və aşağıdakı funksiyalara daxil olun:

1. Brauzer yükləməsi ilə OTA Firmware Güncellemesi.
2. Parametr Ayarı:

• PhotoResistor - Sensorların işləyəcəyi aşağıda olan Fotoresistor Tetik Səviyyə (12bit ADC aralığı 0-4095)
• IR_Long1 - Uzun Menzilli İnfraqırmızı Sensor 1 -in lampanı yandıracağı məsafə (12bit ADC aralığı 0-4095)
• IR_Long2 - Uzun Menzilli İnfraqırmızı Sensor 2 -nin lampanı açacağı məsafə (12bit ADC aralığı 0-4095)
• IR_Short - Qısamüddətli İnfraqırmızı Sensorun lampanı yandıracağı məsafə (12bit ADC aralığı 0-4095)
• Light On Time - Lampanın qalma müddəti (milisaniyə)

"Yeniləmə" düyməsini basaraq tətik səviyyələrini mətn qutularındakı dəyərlərə təyin edəcəksiniz.

İşıq səviyyəsi fotorezistorun tətik səviyyəsindən aşağı olması şərti ilə "Sensor sorğusu" düyməsini basın.

Addım 10: Bitirin

Daha da inkişaf etdirmək üçün bəzi fikirlər:

• Enerji istehlakını azaltmaq üçün MCU dərin yuxu rejimi/Ultra Aşağı Güclü prosessor.
• Daha sürətli cavab üçün ənənəvi HTTP mesajı əvəzinə webocket/təhlükəsiz webocket istifadə etmək.
• Lazer diapazonu sensorları kimi daha aşağı qiymətli komponentlərin istifadəsi.

Bu layihənin maddi dəyəri 91 ABŞ dolları civarındadır - bir az bahalıdır, amma düşünürəm ki, yeni şeylər sınamaq və texnologiyanı araşdırmaq layiqdir.

Layihə tamamlandı və işləyir. Ümid edirəm bu Təlimatlandırıcıdan zövq alırsınız.