Автоматично входно осветление: 10 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Искам да инсталирам автоматично осветление във входа на къщата. В повечето случаи PIR (пасивен инфрачервен сензор) превключвател за наблюдение на движение и лампа ще свършат работа, но се отказвам от тази идея, тъй като сензор, прикрепен отвън, изглежда тромав.

Моята цел в този проект:

1. Изгледът на осветлението трябва да изглежда прост и нископрофилен.
2. Моят интерес също е да изпробвам нови неща и да проверя нови идеи в проекта:

• Използвайте 3D печат за сложна геометрия.
• Дизайн на схеми, оформление на печатни платки (печатни платки) и прототипиране на електрониката.
• Преди това съм използвал WiFi-MCU (микроконтролер) ESP32. Тъй като можем да взаимодействаме с MCU чрез http-сървъра, не е ли удобно, ако имаме уеб-базиран интерфейс за четене на сензорния сигнал и задаване на параметрите на осветлението?

Въз основа на тези идеи направих макет и проверих дали работи; Проектирам и изработвам осветителна система.

Забележка:

• Физическите размери, посочени в този проект, са за осветяване на площ от 1m x 1.5m. Можете да го използвате като отправна точка за мащабиране на вашия дизайн.
• Някои работи в този проект могат да бъдат опасни, вземете необходимите предпазни мерки преди тестване и инсталиране.
• Нямам цялото оборудване и инструменти за производство на компоненти. В резултат на това аз възлагам на професионални студия външни изпълнители за 3D печат и производство на печатни платки. CAD като Fusion 360 и EAGLE помагат много в този сценарий. Ще говоря повече в следващите раздели.

Стъпка 1: Преглед на дизайна, оформление и модел

Идеята ми е да направя осветителна система „скрита“вътре в дървеното отделение, но да позволи осветление чрез отвор.

Използвам Fusion360, за да моделирам първо цялата сцена. Можете да посетите урока за това как да го използвате. CAD помага много за по -добра визуализация във фазата на проектиране.

Например, ние използваме инфрачервени сензори за проследяване на всички приближаващи се хора и включване на светлината. Следователно сензорите трябва да се позиционират точно. Можем просто да нарисуваме пътя на инфрачервения лъч в модела. Завъртете и преместете сензорите по какъвто и да е начин, без сложни изчисления предварително.

Накрая го направих по следния начин:

• Създайте отвор и инсталирайте LED модул над него.
• Фоторезистор за проверка дали стаята е достатъчно тъмна, за да светне.
• Използвам 2 инфрачервени сензора за далечни разстояния, за да открия дали някой се приближава към входа, включва светлината, ако е достатъчно близо.
• Друг инфрачервен сензор за къси разстояния, за да провери дали вратата се отваря.
• Отворът е тесен и затова трябва да поставим сензорите в точни позиции. Нуждаем се и от отражател, който да насочва LED светлината да минава през отвора. Можем да отпечатаме 3D единична част (държача на сензорите), за да изпълним тези 2 цели.
• Системно наблюдение и настройка на параметрите чрез WiFi: Какви са показанията на сензора сега? Колко близо до включването на светлината? Колко тъмно трябва да светне светлината? Колко дълго трябва да остане включена лампата? Можем да контролираме осветлението чрез уеб браузър, като използваме WiFi MCU като ESP32.

Стъпка 2: Отваряне

Инструменти:

• Квадратна линийка
• Трион- ръчен трион или електрически.
• Свредло - ръчна бормашина или всеки електрически драйвер, способен да пробива в дърво и пластмаса.
• Файл
• Мистрия, шкурка и четка - за възстановяване на повърхността до първоначалното й състояние и цвят.

Материали:

• Акрилни ленти - Изстърган материал е добре, при условие че е достатъчно дебел (~ 5 мм)
• Гипс
• Интериорна боя

Процедури:

1. Направете акрилен шаблон, за да определите размерите на отвора. Подреждам 4 акрилни ленти и ги залепвам. Използвайте квадратна линийка, за да се уверите, че са на 90 градуса един спрямо друг. Размерът на отвора е 365 мм х 42 мм.
2. Направете 4 монтажни отвора върху шаблона, след което го фиксирайте към отделението с помощта на винтове.
3. Пробийте дупки по краищата и изрежете нежеланата зона.
4. Използвайте пила, за да премахнете излишния материал и направете ръбовете прави по протежение на шаблона.
5. Премахнете шаблона. Нанесете мазилка върху монтажните отвори и дървената повърхност.
6. Шлайфайте повърхността и нанесете мазилка. Повторете тези стъпки, докато повърхността стане гладка.
7. Боядисвайте повърхността.

Стъпка 3: Изработка на LED модула

Инструменти:

• Трион - ръчен трион или електрически.
• Свредло - ръчна бормашина или всеки електрически драйвер, способен да пробива в дърво и пластмаса.
• Стрипер за тел
• Поялник

Материали:

• Ø20 мм PVC тръби и държачи.
• 5W G4 LED крушка и гнездо x5
• Електрически кабели
• Спойка тел
• Чуйте свиващата тръба

Процедури:

1. Изрежете PVC тръба с дължина 355 мм като корпус на лампата.
2. Поставете два държача за тръби от двата края като стойки.
3. Пробийте пет дупки Ø17 мм на PVC тръбите за LED гнездата.
4. Поставете LED гнездата и се уверете, че кабелите са достатъчно дълги, за да излязат от тръбата, удължете кабела в случай, че са твърде къси. Тъй като ще използваме 5W G4 LED лампи като източници на светлина, токът ще бъде ~ 23mA за 220VAC източник. Използвам лентови проводници AWG#24 за запояване на оригиналния кабел. Използвайте свиваща се тръба, за да защитите съединената зона.
5. Инсталирайте LED крушките в LED гнездата.
6. Свържете LED лампите паралелно.

Стъпка 4: Изработка на държача на сензора

Използвам Fusion360, за да моделирам първо държача на сензора. За да се опрости инсталирането и производството, държачът на сензора служи и като отражател на светлината и те са една част. Поставката на сензора трябва да има монтажни кухини, съответстващи на формите на сензорите за IR диапазон. Това може да стане лесно, когато използвате Fusion360:

1. Импортирайте и поставете сензорите и държача на сензора в желаните от тях позиции [както е показано в стъпка 2]
2. Използвайте командата за смущения, за да проверите за припокриване на силата на звука между държача и сензорите.
3. Запазете сензорите и премахнете припокрития обем в държача.
4. Запазете модела като нова част. Монтажните кухини вече имат формата на сензорите!
5. Трябва да вземем предвид и производствения толеранс: Толерансът на размерите на сензора е ± 0,3 мм, а производственият толеранс на 3D печат е ± 0,1 мм. Направих външно изместване от 0,2 мм на всички контактни повърхности на кухините, за да осигуря свободно прилягане.

Моделът се изпраща в студио за 3D печат. За да намаля производствените разходи, използвам малка дебелина от 2 мм и създавам празни шарки за спестяване на материал.

Времето за изпълнение на 3D отпечатването е около 48 часа и струва ~ US $ 32. Готовата част вече беше шлифована, когато получа, но е твърде груба. Поради това подобрявам повърхностите с мокра шкурка от 400 песъчинки, последвана от напръскване на интериора с бяла боя.

Стъпка 5: Дизайн на верига

Цели и съображения

• Нямам фурна за запояване на спойка, така че се вземат предвид само части от DIP пакета.
• Дизайн на единична платка: ПХБ съдържаше всички компоненти, включително захранващия блок AC-DC.
• Пестене на енергия: Включвайте сензорите и LED лампата само когато входът е достатъчно тъмен.
• Дистанционна конфигурация: задайте параметрите на MCU чрез WiFi.

Как работи веригата

• Захранване на променливотоковото захранване през клемната кутия (TB1), със защита от предпазители (XF1).
• Миниатюрно AC-DC захранване (PS1) се използва за подаване на 5VDC захранване към платката ESP32 MCU (JP1 & 2) и сензорите.
• WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) чете сигнал за напрежение от фоторезистора (PR), използвайки ADC канал (ADC1_CHANNEL_7). Включете MOSFET (Q1) чрез GPIO pin22, за да включите всичките 3 инфрачервени сензора, ако сигналът е по-нисък от прага.
• Други 3 ADC канала (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6) за изходния сигнал на 3 инфрачервени сензора (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short). Ако сигналът е по -висок от прага, включете MOSFET (Q2) чрез GPIO извод 21, който включва SSR (K1) и светва LED лампите, свързани към TB1.
• MCU проверява дали WiFi Toggle (S1) е включен чрез (ADC1_CHANNEL_4), като изпълнява WiFi Task, за да позволи параметри, зададени в MCU.

Списък на частите

1. NodeMCU-32S x1
2. Захранване със среден кладенец IRM-10-5 x1
3. Твърдотелно реле Omron G3MC-202P-DC5 x1
4. STP16NF06L N-канал MOSFET x2
5. Sharp GP2Y0A710K0F Сензор за измерване на разстояние x2
6. Sharp GP2Y0A02YK0F Сензор за измерване на разстояние x1
7. Женска глава 2,54 мм -19 пина x2 (или всякакви комбинации от заглавки, за да стане 19 пина)
8. HB-9500 9. мм разстояние между клемите 4-пинов2 (HP-4P) x1
9. KF301 Конектор за клемен блок 5.08 мм, 2 пина x1
10. KF301 Конектор на клемния блок с 5.08 мм разстояние 3-пинов x3
11. Превключвател SS-12D00 1P2T x1
12. BLX-A Стойка за предпазител x1
13. Предпазител 500mA
14. PhotoResistor x1
15. 1k Ohm резистори x3
16. 0.1uF кондензатори x3
17. 10uF кондензатор x1
18. M3X6mm Найлонови винтове x6
19. M3X6mm Найлонови винтове с потапяне x4
20. M3X8mm Найлонов дистанционер x4
21. M3 Найлонови гайки x2
22. Пластмасов корпус (размер по -голям от 86 мм х 84 мм)
23. 2W 33k Ohm резистор x1 (по избор)

Имайте предвид, че светодиодът с ниска мощност все още може да свети, дори когато релето за твърдо състояние е ИЗКЛЮЧЕНО, това се дължи на шумозаглушителя в твърдотелното реле. Може да се нуждаете от резистор и кондензатор, свързани паралелно с LED лампата, за да разрешите този проблем.

Стъпка 6: Разположение и монтаж на печатни платки

Можем да използваме прототип на универсална печатна платка, за да направим веригата. Но се опитвам да използвам EAGLE CAD за проектиране на схемата и оформлението. Изображенията на дъската (файл Gerber) се изпращат в PCB Prototyping Studio за производство.

Използва се двуслойна дъска FR4 с мед от 1 унция. Включени са функции като монтажни отвори, покрити през дупки, изравняване на горещ въздух, спояваща маска, текст от копринен екран (добре.. сега те използват мастилено-струен печат). Разходите за изработка на 10бр (MOQ) печатни платки са ~ US $ 4,2 - разумна цена при такова качество на работа.

Има добри уроци за използване на EAGLE за дизайн на печатни платки.

От Sparkfun:

• Използване на EAGLE: Схеми
• Използване на EAGLE: Оформление на дъската

Добър урок в YouTube от Иля Михелсън:

• Eagle PCB Урок: Схематичен
• Eagle PCB Урок: Оформление
• Eagle PCB Урок: Финализиране на дизайна
• Eagle PCB Урок: Персонализирана библиотека

Поставете компонентите към печатната платка и запояване отзад. Подсилете твърдото реле, кутията с предпазители и кондензаторите с горещо лепило. Пробийте дупки в долната част на пластмасовия корпус и поставете найлонови дистанционни елементи. Направете отвори в страничните стени, за да позволите кабелни връзки. Монтирайте монтажната платка върху разделителите.

Стъпка 7: Удължете сензорните кабели

Оригиналните кабели на сензора са твърде къси и се нуждаят от удължаване. Използвам екраниран сигнален кабел 22AWG, за да намаля шума от смущения в напрежението на сигнала. Свърза екранирането към земята на сензора, докато Vcc и Vo към други проводници. Защитете съединението с тръба за свиване.

Удължете фоторезистора по същия начин.

Стъпка 8: Монтаж

1. Инсталирайте LED модула, нанесете силикон или горещо лепило върху стойката и я фиксирайте върху отделението.
2. Инсталирайте държача на сензора, за да покриете LED модула. Монтирайте 3-те инфрачервени сензора към държачите на сензорите.
3. Пробийте отвор Ø6,5 мм в отделението близо до ъгъла. Поставете фоторезистора, фиксирайте го и кабела с помощта на горещо топлинно лепило.
4. Монтирайте корпуса, съдържащ управляващата верига, към стената.
5. Направете следните кабелни връзки:

• Източник на променливотоково захранване към "AC IN" на веригата.
• Захранването на LED лампата към "AC OUT" на веригата.
• Инфрачервени сензори: Vcc до "5V", GND до "GND", Vo до "Vout" във веригата
• Фоторезистор към "PR" във веригата.

Стъпка 9: Фърмуерът и настройката

Изходният код на фърмуера може да бъде изтеглен в тази връзка на GitHub.

Включете бутона за превключване на WiFi и включете устройството. MCU ще влезе в режим SoftAP по подразбиране и можете да се свържете с точката за достъп "ESP32_Entrance_Lighting" чрез WiFi.

Отидете на 192.168.10.1 в браузъра и отворете следните функции:

1. Актуализация на фърмуера на OTA чрез качване в браузъра.
2. Настройка на параметрите:

• PhotoResistor - Ниво на задействане на фоторезистора, под което сензорите ще се включат (12 -битов ADC диапазон 0-4095)
• IR_Long1 - Разстояние, под което инфрачервеният сензор за дълги разстояния 1 ще включи лампата (12 -битов ADC диапазон 0-4095)
• IR_Long2 - Разстояние, под което инфрачервеният сензор 2 на дълги разстояния ще включи лампата (12 -битов ADC диапазон 0-4095)
• IR_Short - Разстояние, под което инфрачервеният сензор за къси разстояния ще включи лампата (12 -битов ADC диапазон 0-4095)
• Време за включване на светлината - продължителността, през която лампата остава включена (милисекунди)

Щракнете върху „Актуализиране“, за да зададете нивата на задействане на стойностите в текстовите полета.

Щракнете върху „Изследване на сензора“, настоящите показания на сензора ще се актуализират всяка секунда, при условие че нивото на светлината е по -ниско от нивото на задействане на фоторезистора.

Стъпка 10: Край

Някои мисли за по -нататъшно подобрение:

• Режим на дълбок сън MCU/копроцесор Ultra Low Power за намаляване на консумацията на енергия.
• Използване на websocket/secure websocket вместо традиционно HTTP съобщение за по -бърз отговор.
• Използване на по -евтини компоненти като лазерни сензори за обхват.

Разходите за материали за този проект са около 91 щ.д. - малко скъпи, но мисля, че си заслужава да изпробвате нови неща и да изследвате технологиите.

Проектът е завършен и работи. Надявам се да ви хареса тази инструкция.