Automatikus bejárati világítás: 10 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Automatikus világítást szeretnék beépíteni a ház belsejébe. A legtöbb esetben egy PIR (passzív infravörös érzékelő) mozgásérzékelő kapcsoló és egy lámpa megteszi, de elvetem ezt az ötletet, mivel a kívülről csatlakoztatott érzékelő ügyetlennek tűnik.

Célom ebben a projektben:

1. A világítás kilátásának egyszerűnek és alacsony profilúnak kell lennie.
2. Az is érdekem, hogy új dolgokat próbáljak ki és új ötleteket igazoljak a projektben:

• Használja a 3D nyomtatást az összetett geometriához.
• Áramköri tervezés, NYÁK (nyomtatott áramkör) elrendezése és prototípusa az elektronikához.
• Korábban használtam a WiFi-MCU (mikrokontroller) ESP32-t. Mivel az MCU-val kölcsönhatásba léphetünk a http-kiszolgálón keresztül, nem kényelmes, ha webalapú interfésszel rendelkezünk az érzékelők jelének leolvasásához és a világítási paraméterek beállításához?

Ezen ötletek alapján készítettem egy makettet, és ellenőriztem, hogy működik -e; Megtervezem és elkészítem a világítási rendszert.

Jegyzet:

• A projektben megadott fizikai méretek 1 m x 1,5 m terület megvilágítására szolgálnak. Referenciaként használhatja a tervezés skálázására.
• A projekt egyes munkái veszélyesek lehetnek, tegye meg a szükséges óvintézkedéseket a tesztelés és a telepítés előtt.
• Nincs minden felszerelésem és eszközöm alkatrészek készítéséhez. Ennek eredményeképpen a 3D nyomtatási és NYÁK -gyártási feladatokat külső stúdiókra bíztam. A CAD, például a Fusion 360 és az EAGLE sokat segít ebben a forgatókönyvben. A későbbi részekben többet fogok beszélni.

1. lépés: Tervezési áttekintés, elrendezés és modell

Az elképzelésem az, hogy egy világítórendszert „elrejtsek” a fa rekesz belsejében, de lehetővé teszik a megvilágítást egy nyíláson keresztül.

Először a Fusion360 -at használom az egész jelenet modellezésére. Látogasson el az oktatóanyagba a használatáról. A CAD sokat segít a jobb megjelenítésben a tervezési fázisban.

Például infravörös érzékelőket használunk a közeledő emberek nyomon követésére és a lámpa bekapcsolására. Ezért az érzékelőket pontosan kell elhelyezni. Csak megrajzolhatjuk az infravörös sugárutat a modellben. Forgassa el és mozgassa az érzékelőket tetszőleges módon, előzetes bonyolult számítás nélkül.

Végül így készítettem el:

• Hozzon létre egy nyílást és telepítsen egy LED szerelvényt fölé.
• Fotorezisztor annak ellenőrzésére, hogy a szoba elég sötét -e ahhoz, hogy világítson.
• Két nagy hatótávolságú infravörös érzékelőt használok annak érzékelésére, hogy valaki közeledik-e a bejárathoz, és felkapcsolja a villanyt, ha elég közel van.
• Egy másik rövid hatótávolságú infravörös érzékelő annak ellenőrzésére, hogy az ajtó kinyílik-e.
• A nyílás keskeny, ezért az érzékelőket pontos helyzetbe kell helyeznünk. Szükségünk van egy reflektorra is, hogy a LED -fény áthaladjon a nyíláson. Ennek a két célnak a megvalósítására egyetlen részt (The Senssors Holder) 3D-nyomtathatunk.
• Rendszerfelügyelet és paraméterek beállítása WiFi -n keresztül: Mennyi az érzékelő leolvasása most? Mennyire közel van a lámpa bekapcsolásához? Mennyire sötétnek kell világítania? Mennyi ideig kell világítania a lámpának? A világítást webböngészőn keresztül szabályozhatjuk egy olyan WiFi MCU használatával, mint az ESP32.

2. lépés: Nyitás

Eszközök:

• Négyzet alakú vonalzó
• Fűrész- kézi fűrész vagy elektromos hajtású.
• Fúró - kézi fúró vagy bármilyen elektromos meghajtó, amely képes fába és műanyagba fúrni.
• Fájl
• Simító, csiszolópapír és ecset - a felület eredeti állapotának és színének helyreállításához.

Anyagok:

• Akril szalagok - A karcolt anyag megfelelő, feltéve, hogy elég vastag (~ 5 mm)
• Vakolat
• Belső festék

Eljárások:

1. Készítsen egy akril sablont a nyílás méretének meghatározásához. 4 akrilcsíkot halmozok és összeragasztom. Négyzet alakú vonalzóval győződjön meg arról, hogy egymáshoz képest 90 fokosak. A nyílás mérete 365 x 42 mm.
2. Készítsen 4 rögzítő lyukat a sablonon, majd csavarokkal rögzítse a rekeszhez.
3. Fúrjon lyukakat a szélek mentén, és fűrészelje le a nem kívánt területet.
4. Fájl segítségével távolítsa el a felesleges anyagokat, és a széleket egyenesítse a sablon mentén.
5. Távolítsa el a sablont. Vigyen fel vakolatot a rögzítő lyukakra és a fafelületre.
6. Csiszolja le a felületet és vigyen fel vakolatot. Ismételje meg ezeket a lépéseket, amíg a felület sima nem lesz.
7. Fesse fel a felületet.

3. lépés: A LED szerelvény elkészítése

Eszközök:

• Fűrész - kézi fűrész vagy elektromos hajtású.
• Fúró - kézi fúró vagy bármilyen elektromos meghajtó, amely képes fába és műanyagba fúrni.
• Drótcsíkoló
• Forrasztópáka

Anyagok:

• Ø20 mm -es PVC csövek és tartók.
• 5W G4 LED izzó és foglalat x5
• Elektromos kábelek
• Forrasztó huzal
• Hallgassa meg a zsugorcsövet

Eljárások:

1. Vágjon egy 355 mm hosszú PVC csövet a lámpa testének megfelelően.
2. Szereljen fel két csőtartót mindkét végére állványként.
3. Fúrjon öt Ø17 mm -es lyukat a PVC csövekhez a LED foglalatokhoz.
4. Helyezze be a LED -aljzatokat, és győződjön meg arról, hogy a kábelek elég hosszúak ahhoz, hogy kijöjjenek a csőből, hosszabbítsa meg a kábelt, ha túl rövidek. Mivel 5W -os G4 LED -es lámpákat fogunk használni fényforrásként, az áramerősség ~ 23mA lesz 220VAC forrás esetén. AWG#24 szalaghuzalokat használok az eredeti kábel forrasztásához. Zsugorcsövet használjon az ízületi terület védelmére.
5. Szerelje be a LED izzókat a LED foglalatokba.
6. Csatlakoztassa párhuzamosan a LED -lámpákat.

4. lépés: Az érzékelőtartó elkészítése

Először a Fusion360 -at használom az érzékelőtartó modellezésére. A beszerelés és gyártás egyszerűsítése érdekében az érzékelőtartó fényvisszaverőként is szolgál, és ezek egyetlen alkatrész. Az érzékelőtartó rögzítő üregeinek illeszkedniük kell az IR tartomány érzékelőinek formájához. Ez könnyen elvégezhető a Fusion360 használatakor:

1. Importálja és pozícionálja az érzékelőket és az érzékelőtartót a kívánt helyzetbe [a 2. lépés szerint]
2. Az interferencia paranccsal ellenőrizze, hogy nincs -e átfedésben a hangerő a tartó és az érzékelők között.
3. Tartsa meg az érzékelőket, és távolítsa el az átfedett térfogatot a tartóból.
4. Mentse a modellt új alkatrészként. A rögzítő üregek most az érzékelők alakját kapják!
5. Figyelembe kell vennünk a gyártási tűrést is: Az érzékelő mérete ± 0,3 mm, a 3D nyomtatás gyártási tűrése ± 0,1 mm. 0,2 mm -es kifelé eltolást végeztem az üregek minden érintkezési felületén, hogy biztosítsák a szabad illeszkedést.

A modellt stúdióba küldik 3D nyomtatáshoz. A gyártási költségek csökkentése érdekében kis vastagságú 2 mm -t használok, és üres mintákat hozok létre az anyagtakarékosság érdekében.

A 3D nyomtatás átfutási ideje körülbelül 48 óra, ára ~ 32 USD. A kész rész már csiszolt volt, amikor megkaptam, de túl durva. Ezért 400 szemcsés, nedves csiszolópapírral finomítom a felületeket, majd fehér festékkel permetezem a belsejét.

5. lépés: Áramkör tervezése

Célok és szempontok

• Nincs forrasztópáramú sütőm, ezért csak a DIP Package alkatrészeit vesszük figyelembe.
• Egylapos kivitel: A NYÁK tartalmazott minden alkatrészt, beleértve az AC-DC tápegységet is.
• Energiatakarékos: Csak akkor kapcsolja be az érzékelőket és a LED -lámpát, ha a bejárat elég sötét.
• Távoli konfiguráció: állítsa be az MCU paramétereket WiFi -n keresztül.

Hogyan működik az áramkör

• Váltóáramú bemenet a csatlakozó dobozon keresztül (TB1), biztosítékvédelemmel (XF1).
• A miniatűr AC-DC tápegység (PS1) 5VDC tápellátást biztosít az ESP32 MCU (JP1 & 2) kártyához és az érzékelőkhöz.
• A WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) feszültségjelet olvas a fotorezisztorból (PR) egy ADC csatorna (ADC1_CHANNEL_7) használatával. Kapcsolja be a MOSFET-et (Q1) a GPIO pin22-en keresztül, hogy mindhárom infravörös érzékelő bekapcsoljon, ha a jel alacsonyabb a küszöbnél.
• További 3 ADC csatorna (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6) a 3 infravörös érzékelő jelkimenetéhez (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short). Ha a jel magasabb, mint a küszöbérték, kapcsolja be a MOSFET (Q2) GPIO 21 -es tűn keresztül, amely bekapcsolja az SSR -t (K1), és meggyújtja a TB1 -en csatlakoztatott LED -lámpákat.
• Az MCU ellenőrzi, hogy a WiFi kapcsoló (S1) be van -e kapcsolva (ADC1_CHANNEL_4), futtatva a WiFi feladatot, hogy engedélyezze az MCU -ban beállított paramétereket.

Alkatrészlista

1. Csomópont: MCU-32S x1
2. Mean Well IRM-10-5 tápegység x1
3. Omron G3MC-202P-DC5 félvezető relé x1
4. STP16NF06L N-csatornás MOSFET x2
5. Sharp GP2Y0A710K0F távolságmérő érzékelő x2
6. Sharp GP2Y0A02YK0F távolságmérő érzékelő x1
7. Női fejléc 2,54 mm -19 csap x2 (vagy a fejlécek bármilyen kombinációja, hogy 19 tűs legyen)
8. HB-9500 9. mm távolságú sorkapcs blokk 4 tűs2 (HP-4P) x1
9. KF301 5,08 mm-es távolsági sorkapocsblokk-csatlakozó 2 tűs x1
10. KF301 5,08 mm-es távolsági sorkapocs-csatlakozó 3 tűs x3
11. SS-12D00 1P2T Váltókapcsoló x1
12. BLX-A Biztosítéktartó x1
13. 500mA biztosíték
14. Fotóellenállás x1
15. 1 k ohmos ellenállások x3
16. 0,1uF kondenzátorok x3
17. 10uF kondenzátor x1
18. M3X6mm nylon csavarok x6
19. M3X6mm nylon süllyesztett csavarok x4
20. M3X8mm nylon távtartó x4
21. M3 nylon anyák x2
22. Műanyag ház (mérete nagyobb, mint 86 mm x 84 mm)
23. 2W 33k Ohm x1 ellenállás (opcionális)

Ne feledje, hogy az alacsony fogyasztású LED még akkor is világít, ha a szilárdtestalapú relé KI van kapcsolva, ez a szilárdtest-relé belsejében lévő szaglás miatt van. A probléma megoldásához szükség lehet egy ellenállásra és kondenzátorra a LED -lámpával párhuzamosan.

6. lépés: NYÁK elrendezés és összeszerelés

Az áramkör előállításához univerzális PCB prototípusokat használhatunk. De megpróbálom az EAGLE CAD -t használni a sematikus és elrendezési tervezéshez. A tábla képeit (Gerber fájl) elküldik a PCB Prototyping Studio -nak gyártás céljából.

Kétrétegű FR4 táblát használunk 1 oz rézzel. Az olyan funkciók, mint a rögzítő lyukak, a lyukasztott lyukak, a forrólevegős forrasztás szintezése, a forrasztómaszk rétege, a selyemszöveg (jóllehet, most tintasugaras nyomtatást használnak), szerepelnek benne. A 10 db (MOQ) NYÁK előállításának költsége ~ 4,2 USD - elfogadható ár ilyen minőségű munka mellett.

Vannak jó oktatóanyagok az EAGLE használatához a NYÁK -tervezéshez.

A Sparkfunból:

• Az EAGLE használata: sematikus
• Az EAGLE használata: Board Layout

Ilya Mikhelson jó Youtube bemutatója:

• Eagle PCB bemutató: Vázlatos
• Eagle PCB bemutató: Elrendezés
• Eagle PCB bemutató: A tervezés véglegesítése
• Eagle PCB bemutató: Egyéni könyvtár

Helyezze be az alkatrészeket a NYÁK -ba és a forrasztást hátul. Erősítse meg a szilárdtestalapú relét, a biztosítékdobozt és a kondenzátorokat forró ragasztóval. Fúrjon lyukakat a műanyag ház alján, és szerelje be a nejlon távtartókat. Készítsen nyílásokat az oldalfalakon, hogy lehetővé tegye a kábelcsatlakozást. Szerelje fel a NYÁK szerelvényt a távtartók tetejére.

7. lépés: Húzza ki az érzékelő kábeleit

Az eredeti érzékelő kábelek túl rövidek, és hosszabbítást igényelnek. Árnyékolt 22AWG jelkábelt használok a jelfeszültség zavarásából származó zaj csökkentésére. Az árnyékolást a földelő érzékelőhöz csatlakoztatta, míg a Vcc és Vo más vezetékekhez. Védje a kötést zsugorcsővel.

Hasonlóképpen hosszabbítsa meg a fényellenállást.

8. lépés: Összeszerelés

1. Szerelje be a LED szerelvényt, vigyen fel szilikonot vagy forró ragasztót az állványra, és rögzítse a rekeszre.
2. Szerelje be az érzékelőtartót a LED szerelvény lefedéséhez. Szerelje fel a 3 infravörös érzékelőt az érzékelőtartókra.
3. Fúrjon egy Ø 6,5 mm -es lyukat a rekeszbe a sarok közelében. Helyezze be a fényellenállást, rögzítse és a kábelt forró hőragasztóval.
4. Szerelje fel a falra a vezérlőáramkört tartalmazó házat.
5. Végezze el a következő vezetékcsatlakozásokat:

• AC áramforrás az áramkör "AC IN" -ére.
• A LED lámpa az áramkör "AC OUT" -jára táplál.
• Infravörös érzékelők: Vcc - "5V", GND - "GND", Vo - "Vout" az áramkörben
• Fotorezisztor "PR" -hez az áramkörben.

9. lépés: A firmware és a beállítás

A firmware forráskódja letölthető erről a GitHub linkről.

Kapcsolja be a WiFi kapcsológombot, és kapcsolja be a készüléket. Az MCU alapértelmezés szerint SoftAP módba lép, és WiFi -n keresztül csatlakozhat az "ESP32_Entrance_Lighting" hozzáférési ponthoz.

Nyissa meg a 192.168.10.1 oldalt a böngészőben, és nyissa meg a következő funkciókat:

1. OTA firmware frissítés a böngésző feltöltésével.
2. Paraméterek beállítása:

• PhotoResistor - Photoresistor Trigger Level, amely alatt az érzékelők bekapcsolnak (12 bites ADC tartomány 0-4095)
• IR_Long1 - Távolság, amely alatt a nagy hatótávolságú infravörös érzékelő bekapcsolja a lámpát (12 bites ADC tartomány 0-4095)
• IR_Long2 - Az a távolság, amely alatt a 2 -es nagy hatótávolságú infravörös érzékelő bekapcsolja a lámpát (12 bites ADC tartomány 0-4095)
• IR_Short - Távolság, amely alatt a rövid hatótávolságú infravörös érzékelő bekapcsolja a lámpát (12 bites ADC tartomány 0-4095)
• Világítási idő - A lámpa égési ideje (ezredmásodperc)

A "Frissítés" gombra kattintva az aktiválási szintek a szövegdobozok értékeire lesznek beállítva.

Kattintson az "Érzékelő lekérdezés" gombra, az érzékelő jelenlegi leolvasása másodpercenként frissül, feltéve, hogy a fényerő alacsonyabb, mint a fotorezisztor aktiválási szintje.

10. lépés: Fejezd be

Néhány gondolat a további fejlesztésről:

• MCU mély alvás mód/Ultra Low Power társprocesszor az energiafogyasztás csökkentésére.
• Websocket/biztonságos websocket használata a hagyományos HTTP üzenet helyett a gyorsabb válasz érdekében.
• Olcsóbb alkatrészek, például lézeres tartományérzékelők használata.

Ennek a projektnek az anyagköltsége 91 USD körül van - egy kicsit drága, de szerintem érdemes új dolgokat kipróbálni és felfedezni a technológiát.

A projekt befejeződött és működik. Remélem, élvezni fogja ezt az Instructable -t.