Автоматты кіру жарығы: 10 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:22

Мен үйдің кіреберісіне автоматты жарықтандыруды орнатқым келеді. Көп жағдайда PIR (пассивті инфрақызыл сенсор) қозғалыс сезгіш қосқышы мен шам жасайды, бірақ мен бұл ойды тастаймын, себебі сыртқа бекітілген сенсор ыңғайсыз болып көрінеді.

Бұл жобадағы мақсатым:

1. Жарықтандырудың көрінісі қарапайым және төмен көрінуі керек.
2. Жобада жаңа нәрселерді сынап көру және жаңа идеяларды тексеру менің қызығушылығым:

• 3D басып шығаруды күрделі геометрия үшін қолданыңыз.
• Электроникаға арналған схеманың дизайны, ПХД (Баспа схемасы) макеті мен прототипі.
• Мен бұрын ESP32 WiFi-MCU (микроконтроллер) қолдандым. Біз MCU-мен http-сервер арқылы өзара әрекеттесе алатындықтан, сенсорлық сигналды оқуға және жарықтандыру параметрлерін орнатуға арналған интерфейске ие болу ыңғайлы емес пе?

Осы идеялардың негізінде мен Mockup жасадым және оның жұмыс істейтінін тексердім; Мен жарықтандыру жүйесін жасаймын және жасаймын.

Ескерту:

• Бұл жобада көрсетілген физикалық өлшемдер 1м х 1,5м аумақты жарықтандыруға арналған. Сіз оны дизайнды кеңейту үшін сілтеме ретінде пайдалана аласыз.
• Бұл жобадағы кейбір жұмыстар қауіпті болуы мүмкін, сынау мен орнатудың алдында қажетті сақтық шараларын қолданыңыз.
• Менде компоненттер жасауға арналған барлық құралдар мен құралдар жоқ. Нәтижесінде, мен кәсіби студияларға 3D басып шығару мен ПХД өндірісінің жұмысын тапсырамын. Бұл сценарийде Fusion 360 және EAGLE сияқты АЖЖ көп көмектеседі. Мен келесі бөлімдерде толығырақ айтатын боламын.

1 -қадам: Дизайнға шолу, орналасу және модель

Менің идеям - ағаш бөліктің ішіне жарықтандыру жүйесін жасыру, бірақ саңылау арқылы жарықтандыруға мүмкіндік беру.

Мен алдымен сахнаны модельдеу үшін Fusion360 қолданамын. Сіз оны қалай пайдалану туралы оқулыққа кіре аласыз. CAD дизайн кезеңінде жақсы визуализацияға көмектеседі.

Мысалы, біз инфрақызыл датчиктерді пайдаланып, жақындаған адамдарды бақылап, жарықты қосамыз. Сондықтан сенсорлар дәл орналасуы керек. Біз модельде инфрақызыл сәуле жолын салуға болады. Датчиктерді біз қалаған жолмен бұрыңыз және жылжытыңыз, алдын ала күрделі есептеулерсіз.

Ақырында мен осылай жасадым:

• Саңылау жасаңыз және оның үстіне жарық диодты қондырғыны орнатыңыз.
• Бөлменің жарықтандыруға жеткілікті қараңғы екенін тексеру үшін фоторезистор.
• Мен кіруге жақындаған кез келген адамның бар-жоғын анықтау үшін, егер ол жақын болса, жарықты қосатын 2 алыс қашықтықтағы инфрақызыл сенсорды қолданамын.
• Есіктің ашылғанын тексеру үшін басқа қысқа қашықтықтағы инфрақызыл сенсор.
• Саңылау тар, сондықтан сенсорларды дәл позицияға қою керек. Сондай -ақ, жарықдиодты жарықтың саңылаудан өтуіне бағыттау үшін бізге рефлектор қажет. Біз осы екі мақсатты орындау үшін бір бөлікті (сенсорлар ұстағышын) 3D басып шығара аламыз.
• WiFi арқылы жүйені бақылау және параметрлерді реттеу: сенсордың көрсеткіштері қазір қандай? Жарықты қосуға қаншалықты жақын? Жарық қанша қараңғыда жануы керек? Шам қанша уақыт қосулы тұруы керек? Біз ESP32 сияқты WiFi MCU көмегімен веб -шолғыш арқылы жарықтандыруды басқара аламыз.

2 -қадам: ашылу

Құралдар:

• Квадрат билеуші
• Аралау- электрмен немесе қолмен.
• Бұрғылау - қолмен бұрғылау немесе ағаш пен пластмассадан бұрғылауға қабілетті кез келген электр жүргізуші.
• Файл
• Шпатель, тегістеуіш және бояу щеткасы - бетті бастапқы күйіне және түсіне қалпына келтіру үшін.

Материалдар:

• Акрил жолақтары - матаның қалыңдығы жеткілікті болған жағдайда жақсы (~ 5мм)
• Сылақ
• Интерьер бояуы

Процедуралар:

1. Саңылаудың өлшемін анықтау үшін акрил шаблонын жасаңыз. Мен 4 акрил жолағын жинап, оларды желімдеймін. Олардың бір -біріне 90 градус екеніне көз жеткізу үшін шаршы сызғышты қолданыңыз. Саңылаудың өлшемі 365 мм х 42 мм.
2. Үлгіге 4 бекіту саңылауын жасаңыз, содан кейін бұрандалармен бөлікке бекітіңіз.
3. Шеттерінде тесіктер бұрғылаңыз және қажет емес жерді алып тастаңыз.
4. Файлды қолданып, артық материалды алып тастаңыз және жиектерді шаблон бойымен түзетіңіз.
5. Үлгіні алып тастаңыз. Бекіту тесіктері мен ағаш бетіне гипс жағыңыз.
6. Бетін тегістеп, сылақты жағыңыз. Бұл қадамды беті тегіс болғанша қайталаңыз.
7. Бетін бояу.

3 -қадам: светодиоды құрастыру

Құралдар:

• Ара - қолмен немесе электрмен жұмыс істейтін.
• Бұрғылау - қолмен бұрғылау немесе ағаш пен пластмассадан бұрғылауға қабілетті кез келген электр жүргізуші.
• Сым тартқыш
• Пісіру темірі

Материалдар:

• Ø20 мм ПВХ құбырлары мен ұстағыштары.
• 5W G4 жарықдиодты шам және розетка x5
• Электр кабельдері
• Дәнекерлеу сымы
• Шөгу түтігін естіңіз

Процедуралар:

1. Шамның корпусы ретінде ұзындығы 355 мм ПВХ құбырларын кесіңіз.
2. Екі түтікке екі түтік ұстағышты тірек ретінде орнатыңыз.
3. Жарықдиодты розеткаларға арналған ПВХ құбырында Ø17 мм болатын бес тесік бұрғылаңыз.
4. Жарық диодты розеткаларды салыңыз және кабельдердің құбырдан шығатындай ұзын екеніне көз жеткізіңіз, егер олар тым қысқа болса, кабельді созыңыз. Біз жарық көзі ретінде 5W G4 жарықдиодты шамдарды қолданатын болсақ, ток кернеуі 220ВА үшін ~ 23мА болады. Мен түпнұсқалық кабельді дәнекерлеу үшін AWG#24 таспалы сымдарды қолданамын. Буын аймағын қорғау үшін шөгу құбырын қолданыңыз.
5. Жарықдиодты шамдарды жарықдиодты розеткаларға орнатыңыз.
6. Жарықдиодты шамдарды параллель жалғаңыз.

4 -қадам: сенсор ұстағышын жасау

Мен сенсор ұстағышын модельдеу үшін алдымен Fusion360 қолданамын. Орнату мен өндірісті жеңілдету үшін сенсор ұстағышы жарық шағылыстырғыш ретінде қызмет етеді және олар біртұтас бөлік болып табылады. Сенсор ұстағышында IR диапазонының датчиктерінің пішініне сәйкес келетін бекіту қуыстары болуы керек. Мұны Fusion360 пайдалану кезінде оңай жасауға болады:

1. Датчиктер мен сенсор ұстағышын қажетті орындарға импорттаңыз және орналастырыңыз [2 -қадамда көрсетілгендей]
2. Ұстағыш пен датчиктер арасындағы дыбыс қаттылығын тексеру үшін интерференция пәрменін қолданыңыз.
3. Датчиктерді ұстаңыз және ұстағыштағы қабаттасқан дыбысты алыңыз.
4. Үлгіні жаңа бөлік ретінде сақтаңыз. Бекіту қуыстары енді сенсорлардың пішініне ие!
5. Біз сондай -ақ өндірістік төзімділікті ескеруіміз керек: сенсордың өлшемділікке төзімділігі ± 0,3 мм, ал 3D басып шығарудың өндірістік төзімділігі ± 0,1 мм. Мен саңылаудың сәйкес келуін қамтамасыз ету үшін қуыстардың барлық жанасу беттерінде 0,2 мм сыртқа жылжу жасадым.

Модель 3D басып шығару үшін студияға жіберіледі. Өндіріс құнын төмендету үшін мен қалыңдығы 2 мм болатын материалды үнемдеу үшін бос өрнектерді қолданамын.

3D басып шығарудың айналу уақыты шамамен 48 сағатты құрайды және құны ~ 32 АҚШ доллары. Мен алған кезде дайын бөлік тегістелген болатын, бірақ ол тым өрескел. Мен беттерді 400 дана ылғалды зімпарамен тазартамын, содан кейін интерьерді ақ бояумен шашамын.

5 -қадам: Схеманың дизайны

Мақсаттар мен ойлар

• Менде дәнекерлеу пеші жоқ, сондықтан DIP пакетіндегі бөлшектер ғана қарастырылады.
• Жалғыз тақтаның дизайны: ПХД барлық компоненттерден тұрады, соның ішінде айнымалы токтың қуат блогы.
• Энергияны үнемдеу: сенсорлар мен жарықдиодты шамды кіреберіс жеткілікті қараңғы болғанда ғана қосыңыз.
• Қашықтан конфигурация: MCU параметрлерін WiFi арқылы орнатыңыз.

Тізбек қалай жұмыс істейді

• Сақтандырғыш қорғанысымен (XF1) Терминал қорабы (TB1) арқылы айнымалы токты енгізу.
• Шағын айнымалы ток тұрақты ток көзі (PS1) ESP32 MCU (JP1 & 2) тақтасы мен датчиктерге 5VDC қуатын беру үшін қолданылады.
• WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) ADC арнасы (ADC1_CHANNEL_7) арқылы фоторезистордан (PR) кернеу сигналын оқиды. Егер сигнал шекті мәннен төмен болса, барлық 3 инфрақызыл датчиктерді қосу үшін GPIO pin22 арқылы MOSFET (Q1) қосыңыз.
• 3 инфрақызыл сенсор сигналының шығысы үшін басқа 3 ADC арнасы (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6) (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short). Егер сигнал шекті мәннен жоғары болса, SSR (K1) қосатын GPIO PIN 21 арқылы MOSFET (Q2) қосыңыз және TB1 -ге қосылған жарықдиодты шамдарды жағыңыз.
• MCU параметрі MCU -да орнатылған параметрлерге рұқсат ету үшін WiFi тапсырмасын іске қосумен (ADC1_CHANNEL_4) WiFi қосылуының (S1) қосулы екенін тексереді.

Бөліктер тізімі

1. NodeMCU-32S x1
2. IRM-10-5 қуат көзінің орташа қуаты x1
3. Omron G3MC-202P-DC5 қатты күй релесі x1
4. STP16NF06L N-арналы MOSFET x2
5. Sharp GP2Y0A710K0F қашықтық өлшеу датчигі x2
6. Sharp GP2Y0A02YK0F қашықтық өлшеу датчигі x1
7. Әйел тақырыбы 2.54мм -19 түйреуіштер x2 (немесе 19 істікшелі болу үшін тақырыптардың кез келген комбинациясы)
8. HB-9500 9.мм аралығы Терминал блогы 4-pin2 (HP-4P) x1
9. KF301 5.08мм аралық терминалды блокты қосқыш 2 істікшелі x1
10. KF301 5,08мм аралық терминалды блокты қосқыш 3 істікшелі x3
11. SS-12D00 1P2T ауыстырып қосқыш x1
12. BLX-A сақтандырғыш ұстағыш x1
13. 500 мА сақтандырғыш
14. PhotoResistor x1
15. 1к Ом резисторлары x3
16. 0.1uF конденсаторлары x3
17. 10uF конденсатор x1
18. M3X6mm нейлон бұрандалары x6
19. M3X6mm нейлоннан жасалған бұрандалар x4
20. M3X8mm нейлон аралық x4
21. М3 нейлон жаңғағы x2
22. Пластикалық корпус (өлшемі 86 мм x 84 мм үлкен)
23. 2W 33k Ohm резисторы x1 (міндетті емес)

Назар аударыңыз, қуатты жарық диоды әлі де қатты күй релесі ӨШІРУЛІ күйінде қалуы мүмкін, себебі бұл қатты реле ішіндегі сөндіргішке байланысты. Бұл мәселені шешу үшін сізге резистор мен конденсаторды жарықдиодты шамға параллель қосу қажет болуы мүмкін.

6 -қадам: ПХД орналасуы мен құрастырылуы

Біз схеманы жасау үшін әмбебап ПХД прототипін қолдана аламыз. Бірақ мен EAGLE CAD көмегімен схема мен макетті жобалауға тырысамын. Тақтаның суреттері (Gerber файлы) PCB Prototyping Studio -ға дайындық үшін жіберіледі.

1oz мысы бар 2 қабатты FR4 тақтасы қолданылады. Тесіктерді орнату, тесіктер арқылы қаптау, ыстық ауаны дәнекерлеу, дәнекерлеу маскасының қабаты, жібек экрандағы мәтін (қазір олар сиялы басуды қолданады) сияқты мүмкіндіктер қосылған. 10 дана (MOQ) ПХД жасау құны ~ 4,2 АҚШ доллары - мұндай жұмыс сапасына қолайлы баға.

ПХД дизайны үшін EAGLE қолдану бойынша жақсы оқулықтар бар.

Sparkfun -дан:

• EAGLE пайдалану: схемалық
• EAGLE: тақтаның орналасуы

Илья Михельсонның жақсы Youtube оқулығы:

• Eagle PCB оқулығы: схемалық
• Eagle PCB оқулығы: орналасуы
• Eagle PCB оқулығы: Дизайнды аяқтау
• Eagle PCB оқулығы: жеке кітапхана

Компоненттерді ПХД мен дәнекерлеуді артқы жағына салыңыз. Қатты күй релесін, сақтандырғыш қорапты және конденсаторларды ыстық желіммен күшейтіңіз. Пластикалық корпустың түбінде тесіктерді бұрап, нейлон аралықтарын орнатыңыз. Бүйірлік қабырғаларға сымдарды қосуға мүмкіндік беретін саңылаулар жасаңыз. ПХД жинағын аралықтардың үстіне орнатыңыз.

7 -қадам: сенсорлық кабельдерді кеңейтіңіз

Түпнұсқа сенсорлық кабельдер өте қысқа және ұзартуды қажет етеді. Мен сигнал кернеуіне кедергі келтіретін шуды азайту үшін қорғалған 22AWG сигнал кабелін қолданамын. Қорғанысты Ground сенсорына, ал Vcc пен Vo басқа сымдарға жалғады. Буын шөгу құбырымен қорғаңыз.

Фоторезисторды дәл осылай кеңейтіңіз.

8 -қадам: құрастыру

1. Жарық диодты қондырғыны орнатыңыз, тірекке силикон немесе ыстық желім жағыңыз және оны бөлімге бекітіңіз.
2. Жарық диодты құрастыруды жабу үшін сенсор ұстағышын орнатыңыз. 3 инфрақызыл сенсорды сенсор ұстағыштарына орнатыңыз.
3. Бұрышқа жақын бөлікте Ø6,5 мм тесік бұрғылаңыз. Фоторезисторды салыңыз, ыстық желім көмегімен оны және кабельді бекітіңіз.
4. Басқару тізбегі бар қоршауды қабырғаға орнатыңыз.
5. Келесі сым байланыстарын жасаңыз:

• Айнымалы ток көзі тізбектің «айнымалы ток кіруіне».
• Светодиод шамы тізбектің «AC OUT» қуатына қосылады.
• Инфрақызыл датчиктер: Vcc - «5V», GND - «GND», Vo - «Vout» тізбегіндегі
• Тізбектегі «PR» фоторезисторы.

9 -қадам: микробағдарлама және орнату

Микробағдарламаның бастапқы кодын осы GitHub сілтемесінде жүктеуге болады.

WiFi қосқыш түймесін қосыңыз және құрылғыны қосыңыз. MCU әдепкі бойынша SoftAP режиміне өтеді және сіз «ESP32_Entrance_Lighting» кіру нүктесіне WiFi арқылы қосыла аласыз.

Браузерде 192.168.10.1 өтіңіз және келесі функцияларға кіріңіз:

1. Браузерді жүктеу арқылы OTA микробағдарламасын жаңарту.
2. Параметрлерді орнату:

• PhotoResistor - сенсорлар қосылатын фоторезисторлық триггер деңгейі (ADB диапазонының 0 биіктігі 12 биттік)
• IR_Long1 - Ұзақ диапазондағы инфрақызыл сенсор 1 шамды қосатын қашықтық (12 биттік ADC диапазоны 0-4095)
• IR_Long2 - Ұзақ диапазондағы инфрақызыл сенсор 2 шамды қосатын қашықтық (12 биттік ADC диапазоны 0-4095)
• IR_Short - Қысқа қашықтықтағы инфрақызыл сенсор шамды қосатын қашықтық (12 биттік ADC диапазоны 0-4095)
• Light On Time - Шамның қосылу ұзақтығы (миллисекундтар)

«Жаңарту» түймесін бассаңыз, триггер деңгейлері мәтін жолақтарындағы мәндерге орнатылады.

Жарық деңгейі фоторезистордың триггерлік деңгейінен төмен болған жағдайда, «Сенсорды сұрау» түймесін басыңыз.

10 -қадам: Аяқтаңыз

Әрі қарай жетілдіру туралы кейбір ойлар:

• MCU терең ұйқы режимі/энергияны тұтынуды азайту үшін Ultra Low Power сопроцессоры.
• Жылдам жауап беру үшін дәстүрлі HTTP хабарламасының орнына веб -сокет/қауіпсіз веб -ұяшықты пайдалану.
• Лазерлік сенсорлар сияқты арзан компоненттерді қолдану.

Бұл жобаның материалдық құны шамамен 91 АҚШ долларын құрайды - сәл қымбат, бірақ менің ойымша, жаңа материалдарды сынап көру және технологияны зерттеу қажет.

Жоба аяқталды және ол жұмыс істейді. Сізге бұл нұсқаулық ұнайды деп үміттенемін.