Ndriçimi automatik i hyrjes: 10 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Dua të instaloj ndriçim automatik në hyrje brenda shtëpisë. Në shumicën e rasteve, një ndërprerës i ndijimit të lëvizjes PIR (Sensori me rreze infra të kuqe) dhe një llambë do ta bëjnë këtë, por unë e braktis këtë ide, pasi një sensor i bashkangjitur jashtë duket i ngathët.

Qëllimi im në këtë projekt:

1. Perspektiva e ndriçimit duhet të duket e thjeshtë dhe me profil të ulët.
2. Alsoshtë gjithashtu interesi im të provoj gjëra të reja dhe të verifikoj ide të reja në projekt:

• Përdorni Printimin 3D për gjeometri komplekse.
• Dizajni i Qarqeve, PCB (Bordi i Qarkut të Shtypur) Paraqitja dhe Prototipizimi për pajisjet elektronike.
• Unë kam përdorur WiFi-MCU (Mikrokontrollues) ESP32 më parë. Meqenëse ne mund të ndërveprojmë me MCU përmes serverit http, a nuk është e përshtatshme nëse kemi një ndërfaqe të bazuar në internet për të lexuar sinjalin e sensorëve dhe për të vendosur parametrat e ndriçimit?

Bazuar në këto ide, bëra një Mockup dhe verifikova se funksionon; Unë projektoj dhe bëj sistemin e ndriçimit.

Shënim:

• Përmasat fizike të përcaktuara në këtë projekt janë për ndriçimin e një sipërfaqe prej 1m x 1.5m. Ju mund ta përdorni atë si një referencë për të shkallëzuar modelin tuaj.
• Disa punime në këtë projekt mund të jenë të rrezikshme, merrni masat e nevojshme para testimit dhe instalimit.
• Unë nuk kam të gjitha pajisjet dhe mjetet për të bërë përbërës. Si rezultat, i transferoj punët e printimit 3D dhe prodhimin e PCB në studiot profesionale. CAD të tilla si Fusion 360 dhe EAGLE ndihmojnë shumë në këtë skenar. Unë do të flas më shumë në pjesët e mëvonshme.

Hapi 1: Vështrim i përgjithshëm, paraqitje dhe model

Ideja ime është që një sistem ndriçimi të "fshihet" brenda ndarjes prej druri, por të lejojë ndriçimin përmes një hapjeje.

Unë përdor Fusion360 për të modeluar së pari të gjithë skenën. Ju mund të vizitoni Tutorialin se si ta përdorni. CAD ndihmon shumë për vizualizim më të mirë në fazën e projektimit.

Për shembull, ne përdorim sensorë me rreze infra të kuqe për të ndjekur çdo person që afrohet dhe ndez dritën. Prandaj, sensorët duhet të pozicionohen me saktësi. Ne thjesht mund të vizatojmë rrugën e rrezeve infra të kuqe në model. Rrotulloni dhe lëvizni sensorët në çfarëdo mënyre që duam pa llogaritje të ndërlikuar paraprakisht.

Më në fund, e bëra në këtë mënyrë:

• Krijoni një Hapje dhe instaloni një kuvend LED mbi të.
• Një Photoresistor për të kontrolluar nëse dhoma është mjaft e errët për të ndriçuar.
• Unë përdor 2 Sensorë me rreze të gjatë me rreze infra të kuqe për të zbuluar nëse ndonjë person i afrohet hyrjes, duke ndezur dritën nëse është mjaft afër.
• Një tjetër sensor me rreze të shkurtër me rreze infra të kuqe për të kontrolluar nëse dera hapet.
• Hapja është e ngushtë dhe kështu ne duhet të vendosim sensorët në pozicione të sakta. Ne gjithashtu kemi nevojë për një reflektor për të drejtuar dritën LED të kalojë nëpër hapje. Ne mund të printojmë 3D një pjesë të vetme (Mbajtësi i sensorëve) për të përmbushur këto 2 qëllime.
• Monitorimi i sistemit dhe rregullimi i parametrave përmes WiFi: Cilat janë leximet e sensorit tani? Sa afër ndezjes së dritës? Sa e errët duhet të ndizet drita? Sa kohë duhet të ndizet llamba? Ne mund të kontrollojmë ndriçimin përmes një shfletuesi në internet duke përdorur një MCU WiFi si ESP32.

Hapi 2: Hapja

Mjetet:

• Sundimtari i sheshit
• Sharrë dore ose me energji elektrike.
• Stërvitje - stërvitje me dorë ose ndonjë drejtues elektrik i aftë për të shpuar në dru dhe plastikë.
• Skedar
• Trowel, Sandpaper dhe Paintbrush - për rikthimin e sipërfaqes në gjendjen dhe ngjyrën e saj origjinale.

Materiale:

• Shirita akrilikë - Materiali i gërvishtur është i mirë me kusht që të jetë mjaft i trashë (~ 5mm)
• Suva
• Bojë e brendshme

Procedurat:

1. Bëni një model akrilik për të përcaktuar dimensionin e hapjes. Unë grumbulloj 4 shirita akrilikë dhe i ngjis ato së bashku. Përdorni një sundimtar katror për t'u siguruar që ato janë 90 gradë me njëri -tjetrin. Madhësia e hapjes është 365mm X 42mm.
2. Bëni 4 vrima montimi në shabllon, pastaj rregulloni atë në ndarje duke përdorur vida.
3. Stërvitni vrima përgjatë skajeve dhe hiqni zonën e padëshiruar.
4. Përdorni një skedar për të hequr materialin e tepërt dhe për t'i bërë skajet drejt përgjatë shabllonit.
5. Hiq shabllonin. Aplikoni suva në vrimat e montimit dhe sipërfaqen prej druri.
6. Lëreni sipërfaqen dhe aplikoni suva. Përsëritni këto hapa derisa sipërfaqja të jetë e lëmuar.
7. Ngjyrosni sipërfaqen.

Hapi 3: Bërja e Asamblesë LED

Mjetet:

• Saw - sharrë dore ose me energji elektrike.
• Stërvitje - stërvitje me dorë ose ndonjë drejtues elektrik i aftë për të shpuar në dru dhe plastikë.
• Zhveshës me tela
• Makine per ngjitjen e metalit

Materiale:

• Ing 20mm tuba dhe mbajtëse PVC.
• Llambë LED 5W G4 dhe prizë x5
• Kabllo elektrike
• Teli i saldimit
• Dëgjoni tubin e tkurrjes

Procedurat:

1. Pritini një tub PVC me gjatësi 355mm si trupi i llambës.
2. Instaloni Dy mbajtëse tubash në të dy skajet si stenda.
3. Stërvitni pesë vrima Ø17mm në tubin PVC për prizat LED.
4. Futni prizat LED dhe sigurohuni që kabllot të jenë mjaft të gjata për të dalë nga tubi, zgjaseni kabllon në rast se janë shumë të shkurtër. Meqenëse ne do të përdorim llambat LED 5W G4 si burime drite, rryma do të jetë 23mA for për një burim 220VAC. Unë përdor telat e shiritit AWG#24 për të bashkuar kabllon origjinal. Përdorni tubin e tkurrjes për të mbrojtur zonën e bashkuar.
5. Instaloni llambat LED në prizat LED.
6. Lidhni llambat LED paralelisht.

Hapi 4: Bërja e mbajtësit të sensorit

Unë përdor Fusion360 për të modeluar së pari mbajtësin e sensorit. Për të thjeshtuar instalimin dhe prodhimin, mbajtësi i sensorit shërben gjithashtu si reflektues i dritës dhe ato janë një pjesë e vetme. Mbajtësi i sensorit duhet të ketë zgavra montimi që përputhen me format e sensorëve të Range IR. Kjo mund të bëhet lehtë kur përdorni Fusion360:

1. Importoni dhe poziciononi sensorët dhe mbajtësin e sensorëve në pozicionet e tyre të dëshiruara [siç tregohet në hapin 2]
2. Përdorni komandën e ndërhyrjes për të kontrolluar vëllimin e mbivendosur midis mbajtësit dhe sensorëve.
3. Mbani sensorët dhe hiqni volumin e mbivendosur në mbajtësen.
4. Ruani modelin si një pjesë të re. Zgavrat e montimit tani kanë formën e sensorëve!
5. Ne gjithashtu duhet të kemi parasysh tolerancën e prodhimit: Toleranca e dimensionit të sensorit është ± 0.3mm dhe toleranca e prodhimit e printimit 3D është ± 0.1mm. Kam bërë një kompensim të jashtëm 0.2 mm në të gjitha sipërfaqet e kontaktit të zgavrave për të siguruar një përshtatje të pastrimit.

Modeli dërgohet në një studio për printim 3D. Për të ulur koston e prodhimit, unë përdor një trashësi të vogël prej 2 mm dhe krijoj modele boshe për të kursyer materialin.

Koha e kthimit të printimit 3D është rreth 48 orë dhe kushton 32 dollarë amerikanë. Pjesa e përfunduar ishte fshirë tashmë kur merrja, por është shumë e trashë. Prandaj, i rafinoj sipërfaqet me letër zmerile të lagur 400 gri, e ndjekur nga spërkatja e brendshme me bojë të bardhë.

Hapi 5: Dizajni i qarkut

Qëllimet dhe konsideratat

• Unë nuk kam një furrë të rimbushjes së saldimit, kështu që merren parasysh vetëm pjesët në Paketën DIP.
• Dizajni i bordit të vetëm: PCB përmbante të gjithë përbërësit përfshirë njësinë e furnizimit me energji AC-DC.
• Kursimi i energjisë: Ndizni sensorët dhe llambën LED vetëm kur hyrja është mjaft e errët.
• Konfigurimi në distancë: vendosni parametrat MCU përmes WiFi.

Si funksionon qarku

• Hyrja e energjisë AC përmes Kutisë së Terminalit (TB1), me mbrojtje nga siguresat (XF1).
• Një furnizim miniaturë i rrymës AC-DC (PS1) përdoret për të furnizuar energjinë 5VDC në bordin ESP32 MCU (JP1 & 2) dhe sensorët.
• WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) lexon sinjalin e tensionit nga Photoresistor (PR) duke përdorur një kanal ADC (ADC1_CHANNEL_7). Ndizni MOSFET (Q1) përmes GPIO pin22 për të ndezur të tre sensorët infra të kuq nëse sinjali është më i ulët se pragu.
• 3 kanale të tjera ADC (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6) për daljen e sinjalit të 3 sensorëve me rreze infra të kuqe (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short). Nëse sinjali është më i lartë se pragu, ndizni MOSFET (Q2) përmes pinit GPIO 21, të cilat ndezin SSR (K1) dhe ndriçojnë Llambat LED të lidhura në TB1.
• MCU kontrolloni nëse Toggle WiFi (S1) është ndezur nëpërmjet (ADC1_CHANNEL_4), duke ekzekutuar Detyrën WiFi për të lejuar parametrat e vendosur në MCU.

Lista e Pjesëve

1. NodeMCU-32S x1
2. Fusha mesatare IRM-10-5 Furnizimi me energji x1
3. Omron G3MC-202P-DC5 Stafetë e Gjendjes së Ngurtë x1
4. STP16NF06L N-Channel MOSFET x2
5. Sensor i mprehtë i distancës GP2Y0A710K0F x2
6. Sensor i mprehtë GP2Y0A02YK0F Matja e distancës x1
7. Koka e Femrës 2.54mm -19 kunja x2 (ose ndonjë kombinim i titujve për ta bërë atë 19pins)
8. HB-9500 9.mm Bllok Terminali 4-pin2 (HP-4P) x1
9. KF301 5.08mm Lidhës i bllokut të terminalit me 2 kunja x1
10. KF301 5.08mm Lidhës i bllokut të terminalit me 3 kunja x3
11. Ndërruesi kalues SS-12D00 1P2T x1
12. Mbajtës i siguresave BLX-A x1
13. Siguresa 500mA
14. PhotoResistor x1
15. Rezistenca 1k Ohm x3
16. Kondensatorët 0.1uF x3
17. Kondensator 10uF x1
18. M3X6mm Vida najloni x6
19. M3X6mm Vida najloni të kundërta x4
20. M3X8mm Najlon ndarës x4
21. M3 Arra najloni x2
22. Kornizë plastike (madhësia më e madhe se 86mm x 84mm)
23. Rezistencë 2W 33k Ohm x1 (Opsionale)

Vini re se LED me fuqi të ulët mund të shkëlqejë edhe nëse Stafeta e Gjendjes së Ngurtë është OFF, kjo është për shkak të gërvishtjes brenda stafetës së gjendjes së ngurtë. Ju mund të keni nevojë për një rezistencë dhe kondensator që lidhen paralelisht me Llambën LED për të zgjidhur këtë problem.

Hapi 6: Paraqitja dhe montimi i PCB -së

Ne mund të përdorim prototipin PCB universal për të bërë qarkun. Por unë përpiqem të përdor EAGLE CAD për të hartuar skemën dhe paraqitjen. Imazhet e tabelës (skedari Gerber) dërgohen në PCB Prototyping Studio për fabrikim.

Përdoret një dërrasë FR4 me 2 shtresa me bakër 1oz. Karakteristika të tilla si vrimat e montimit, të mbuluara përmes vrimave, Nivelimi i saldimit të ajrit të nxehtë, shtresa e maskës së saldimit, teksti i ekranit të mëndafshit (mirë.. tani ata përdorin printimin me bojë) përfshihen. Kostoja për të bërë PCB 10 copë (MOQ) është 2 4.2 US $ - një çmim i arsyeshëm për një cilësi të tillë pune.

Ka mësime të mira për përdorimin e EAGLE për dizajnin e PCB.

Nga Sparkfun:

• Duke përdorur EAGLE: Skematike
• Duke përdorur EAGLE: Paraqitja e bordit

Një mësim i mirë në Youtube nga Ilya Mikhelson:

• Udhëzues PCB Eagle: Skematike
• Udhëzues PCB Eagle: Paraqitja
• Udhëzues PCB Eagle: Përfundimi i Dizajnit
• Udhëzues PCB Eagle: Biblioteka e personalizuar

Futni komponentët në PCB dhe bashkoni në pjesën e pasme. Përforconi Stafetë e Gjendjes së Ngurtë, kutinë e siguresave dhe kondensatorët me zam të nxehtë. Shponi vrima në pjesën e poshtme të rrethimit plastik dhe instaloni ndarësit najloni. Bëni hapje në muret anësore për të lejuar lidhjet e kabllove. Montoni Asamblenë PCB në majë të ndarësve.

Hapi 7: Zgjatni kabllot e sensorit

Kabllot e sensorit origjinal janë shumë të shkurtër dhe kanë nevojë për shtrirje. Unë përdor kabllo sinjali të mbrojtur 22AWG për të zvogëluar zhurmën nga ndërhyrja në tensionin e sinjalit. Lidhet mbrojtja me sensorin Ground, ndërsa Vcc dhe Vo me tela të tjerë. Mbroni nyjen me tubin e tkurrjes.

Zgjatni rezistencën e fotos në të njëjtën mënyrë.

Hapi 8: Asambleja

1. Instaloni montimin LED, aplikoni silikon ose ngjitës të nxehtë në stendë dhe fiksojeni atë në ndarje.
2. Instaloni mbajtësin e sensorit për të mbuluar montimin LED. Montoni 3 sensorët infra të kuq në mbajtëset e sensorëve.
3. Stërvitni një vrimë Ø6.5mm në ndarjen pranë qoshes. Futni rezistencën e fotove, rregulloni atë dhe kabllon duke përdorur zam të nxehtë të nxehtësisë.
4. Montoni rrethimin që përmban qarkun e kontrollit në mur.
5. Bëni lidhjet e mëposhtme të telit:

• Burimi i energjisë AC në "AC IN" të qarkut.
• Fuqia e llambës LED në "AC OUT" të qarkut.
• Sensorë infra të kuqe: Vcc në "5V", GND në "GND", Vo në "Vout" në qark
• Photoresistor ndaj "PR" në qark.

Hapi 9: Firmware dhe Konfigurimi

Kodi burimor i firmuerit mund të shkarkohet në këtë lidhje GitHub.

Ndizni butonin WiFi Toggle dhe ndizni pajisjen. MCU do të hyjë në modalitetin SoftAP si parazgjedhje dhe mund të lidheni me Pikën e Hyrjes "ESP32_Entrance_Lighting" përmes WiFi.

Shkoni te 192.168.10.1 në shfletues dhe hyni në funksionet e mëposhtme:

1. Përditësimi i firmuerit OTA përmes ngarkimit të shfletuesit.
2. Parametrat e vendosur:

• PhotoResistor - Niveli i Shkaktimit të Photoresistor nën të cilin sensorët do të fuqizohen (diapazoni 12bit ADC 0-4095)
• IR_Long1 - Distanca nën të cilën Sensori me rreze të gjatë me rreze infra të kuqe 1 do të ndizë llambën (diapazoni 12bit ADC 0-4095)
• IR_Long2 - Distanca nën të cilën Sensori me rreze të gjatë me rreze infra të kuqe 2 do të ndezë llambën (diapazoni 12bit ADC 0-4095)
• IR_Short - Distanca nën të cilën Sensori me rreze të shkurtër me rreze infra të kuqe do të ndezë llambën (diapazoni 12bit ADC 0-4095)
• Drita në kohë - Kohëzgjatja në të cilën ndizet llamba (milisekonda)

Klikoni "Përditëso" do të vendosë nivelet e shkaktimit në vlerat në kutitë e tekstit.

Kliko "Sensor polling" leximet e tanishme të sensorit do të përditësohen çdo sekondë, me kusht që niveli i dritës të jetë më i ulët se niveli i shkrepjes së fotorezistorit.

Hapi 10: Përfundoni

Disa mendime për përmirësimin e mëtejshëm:

• Modaliteti i gjumit të thellë MCU/bashkëprocesori me fuqi ultra të ulët për të zvogëluar konsumin e energjisë.
• Përdorimi i websocket/websocket i sigurt në vend të mesazhit tradicional HTTP për një përgjigje më të shpejtë.
• Përdorimi i komponentëve me kosto më të ulët si sensorët e rrezeve lazer.

Kostoja materiale për këtë projekt është rreth 91 dollarë amerikanë - pak e shtrenjtë, por mendoj se është e denjë të provosh gjëra të reja dhe të eksplorosh teknologjinë.

Projekti përfundoi dhe funksionon. Shpresoj që të kënaqeni me këtë Udhëzues.