Iluminare automată de intrare: 10 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Vreau să instalez iluminat automat la intrarea din interiorul casei. În cele mai multe cazuri, un comutator de detectare a mișcării PIR (Passive Infrared Sensor) și o lampă vor funcționa, dar renunț la această idee, deoarece un senzor atașat în exterior pare neîndemânatic.

Scopul meu în acest proiect:

1. Perspectiva iluminării ar trebui să arate simplu și cu profil redus.
2. De asemenea, este interesul meu să încerc lucruri noi și să verific idei noi în proiect:

• Utilizați imprimarea 3D pentru geometrie complexă.
• Proiectarea circuitelor, dispunerea PCB-urilor (circuite imprimate) și prototipuri pentru electronică.
• Am folosit anterior WiFi-MCU (microcontroler) ESP32. Deoarece putem interacționa cu MCU prin intermediul serverului http, nu este convenabil dacă avem o interfață web pentru a citi semnalul senzorilor și a seta parametrii de iluminare?

Pe baza acestor idei am făcut un Mockup și am verificat că funcționează; Proiectez și realizez sistemul de iluminare.

Notă:

• Dimensiunile fizice menționate în acest proiect sunt pentru iluminarea unei suprafețe de 1m x 1,5m. Îl puteți folosi ca referință pentru a vă dimensiona designul.
• Unele lucrări din acest proiect pot fi periculoase, luați măsurile de precauție necesare înainte de testare și instalare.
• Nu am toate echipamentele și instrumentele necesare pentru fabricarea componentelor. Drept urmare, externalizez joburi de imprimare 3D și fabricare PCB către studiouri profesionale. CAD, cum ar fi Fusion 360 și EAGLE, ajută foarte mult în acest scenariu. Voi vorbi mai multe în secțiunile ulterioare.

Pasul 1: Prezentare generală a proiectului, aspect și model

Ideea mea este să fac un sistem de iluminare să se „ascundă” în interiorul compartimentului din lemn, dar să permită iluminarea printr-o deschidere.

Folosesc Fusion360 pentru a modela mai întâi întreaga scenă. Puteți vizita Tutorialul despre cum să îl utilizați. CAD ajută foarte mult pentru o vizualizare mai bună în faza de proiectare.

De exemplu, folosim senzori cu infraroșu pentru a urmări orice persoană care se apropie și pentru a aprinde lumina. Prin urmare, senzorii trebuie să se poziționeze cu precizie. Putem trage doar calea razelor infraroșii în model. Rotiți și deplasați senzorii în orice mod dorim, fără calcule complicate în prealabil.

În cele din urmă, am reușit în acest fel:

• Creați o deschidere și instalați un ansamblu LED deasupra acestuia.
• Un fotorezistor pentru a verifica dacă camera este suficient de întunecată pentru a se lumina.
• Folosesc 2 senzori cu infraroșu cu rază lungă de acțiune pentru a detecta dacă cineva se apropie de intrare, aprind lumina dacă este suficient de aproape.
• Un alt senzor cu infraroșu cu rază scurtă de acțiune pentru a verifica dacă ușa se deschide.
• Deschiderea este îngustă și, prin urmare, trebuie să punem senzorii în poziții precise. De asemenea, avem nevoie de un reflector pentru a direcționa lumina LED prin deschidere. Putem imprima 3D o singură parte (Suportul senzorilor) pentru a îndeplini aceste 2 scopuri.
• Monitorizarea sistemului și ajustarea parametrilor prin WiFi: Care sunt citirile senzorului acum? Cât de aproape de aprinderea luminii? Cât de întunecat ar trebui să se aprindă lumina? Cât timp ar trebui să rămână lampa aprinsă? Putem controla iluminatul printr-un browser web folosind un MCU WiFi precum ESP32.

Pasul 2: Realizarea deschiderii

Instrumente:

• Stăpânire pătrată
• Ferăstrău cu ferăstrău manual sau electric.
• Burghiu - burghiu manual sau orice șofer electric capabil să foreze lemn și plastic.
• Fişier
• Mistria, șmirghelul și pensula - pentru a restabili suprafața la starea și culoarea sa originală.

Materiale:

• Benzi acrilice - Materialul răzuit este fin, cu condiția să fie suficient de gros (~ 5 mm)
• Tencuială
• Vopsea de interior

Proceduri:

1. Realizați un șablon acrilic pentru a defini dimensiunea deschiderii. Stivuiesc 4 benzi acrilice și le lipesc împreună. Folosiți o riglă pătrată pentru a vă asigura că sunt la 90 de grade unul față de celălalt. Dimensiunea deschiderii este de 365mm X 42mm.
2. Efectuați 4 găuri de montare pe șablon, apoi fixați-l în compartiment cu ajutorul șuruburilor.
3. Faceți găuri de-a lungul marginilor și ați văzut zona nedorită.
4. Utilizați un fișier pentru a elimina excesul de material și pentru a face marginile drepte de-a lungul șablonului.
5. Eliminați șablonul. Aplicați tencuială pe găurile de montare și pe suprafața din lemn.
6. Șlefuiți suprafața și aplicați tencuială. Repetați acești pași până când suprafața este netedă.
7. Vopsiți suprafața.

Pasul 3: Realizarea ansamblului LED

Instrumente:

• Ferăstrău - ferăstrău manual sau electric.
• Burghiu - burghiu manual sau orice șofer electric capabil să foreze lemn și plastic.
• Stripper de sârmă
• Ciocan de lipit

Materiale:

• Tuburi și suporturi din PVC Ø20mm.
• Bec și priză LED G4 de 5W x5
• Cabluri electrice
• Sârmă de lipit
• Auzi tubul de contracție

Proceduri:

1. Tăiați o lungime a tubului din PVC de 355 mm ca corp al lămpii.
2. Instalați două suporturi de tuburi la ambele capete ca suporturi.
3. Forează cinci găuri de Ø17mm pe tubulatura din PVC pentru prize LED.
4. Introduceți prizele LED și asigurați-vă că cablurile sunt suficient de lungi pentru a ieși din tub, extindeți cablul în cazul în care acestea sunt prea scurte. Deoarece vom folosi lămpi LED G4 de 5W ca surse de lumină, curentul va fi de ~ 23mA pentru o sursă de 220VAC. Folosesc cabluri panglică AWG # 24 pentru a lipi cablul original. Folosiți un tub de contracție pentru a proteja zona îmbinată.
5. Instalați becurile cu LED-uri la prizele cu LED-uri.
6. Conectați lămpile LED în paralel.

Pasul 4: Realizarea suportului senzorului

Folosesc Fusion360 pentru a modela mai întâi suportul senzorului. Pentru a simplifica instalarea și fabricarea, suportul senzorului servește și ca reflector de lumină și reprezintă o singură parte. Suportul senzorului trebuie să aibă cavități de montare care să corespundă formelor senzorilor de gamă IR. Acest lucru se poate face cu ușurință atunci când utilizați Fusion360:

1. Importați și poziționați senzorii și suportul senzorului în pozițiile lor dorite [așa cum se arată în pasul 2]
2. Folosiți comanda de interferență pentru a verifica volumul suprapus între suport și senzori.
3. Păstrați senzorii și scoateți volumul suprapus în suport.
4. Salvați modelul ca parte nouă. Cavitățile de montare au acum forma senzorilor!
5. De asemenea, ar trebui să luăm în considerare toleranța de fabricație: toleranța dimensiunii senzorului este de ± 0,3 mm, iar toleranța de fabricație a imprimării 3D este de ± 0,1 mm. Am făcut un decalaj exterior de 0,2 mm pe toate suprafețele de contact ale cavităților pentru a asigura o potrivire liberă.

Modelul este trimis la un studio pentru imprimare 3D. Pentru a reduce costul de fabricație, folosesc o grosime mică de 2 mm și creez modele goale pentru a economisi material.

Timpul de redare al imprimării 3D este de aproximativ 48 de ore și costă ~ 32 USD. Piesa finită se șlefuise deja când primesc, dar este prea grosieră. Prin urmare, rafinez suprafețele cu hârtie de șlefuit umedă de 400 gr, urmată de pulverizarea interiorului cu vopsea albă.

Pasul 5: Proiectarea circuitului

Obiective și considerații

• Nu am un cuptor de reîncărcare cu lipire, deci sunt luate în considerare doar piesele din pachetul DIP.
• Proiectare cu o singură placă: PCB conținea toate componentele, inclusiv unitatea de alimentare AC-DC.
• Economisire de energie: Porniți senzorii și lampa LED numai atunci când intrarea este suficient de întunecată.
• Configurare la distanță: setați parametrii MCU prin WiFi.

Cum funcționează circuitul

• Intrare de curent alternativ prin cutia de borne (TB1), cu protecție la siguranță (XF1).
• O sursă de alimentare miniatură AC-DC (PS1) este utilizată pentru a furniza energie de 5VDC către placa ESP32 MCU (JP1 & 2) și senzori.
• WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) citește semnalul de tensiune de la fotorezistor (PR) utilizând un canal ADC (ADC1_CHANNEL_7). Porniți MOSFET (Q1) prin pinul GPIO22 pentru a porni toți cei 3 senzori cu infraroșu dacă semnalul este mai mic decât pragul.
• Alte 3 canale ADC (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6) pentru ieșirea semnalului cu 3 senzori infraroșii (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short). Dacă semnalul este mai mare decât pragul, porniți MOSFET (Q2) prin pinul GPIO 21, care pornește SSR (K1) și aprinde lămpile LED conectate la TB1.
• MCU verifică dacă comutatorul WiFi (S1) este pornit prin intermediul (ADC1_CHANNEL_4), executând sarcina WiFi pentru a permite parametrii setați în MCU.

Lista de materiale

1. NodeMCU-32S x1
2. Sursa medie de alimentare IRM-10-5 x1
3. Releu de stare solidă Omron G3MC-202P-DC5 x1
4. STP16NF06L MOSFET cu canal N x2
5. Sharp GP2Y0A710K0F Senzor de măsurare a distanței x2
6. Sharp GP2Y0A02YK0F Senzor de măsurare a distanței x1
7. Antet feminin 2,54 mm -19 pini x2 (sau orice combinație de anteturi pentru a face 19 pini)
8. HB-9500 Bloc de borne 4-pin2 (HP-4P) x1 la distanță de 9 mm
9. KF301 5,88 mm distanță Conector bloc terminal 2 pini x1
10. KF301 5,88 mm distanță Conector bloc terminal 3 pini x3
11. SS-12D00 1P2T Comutator de comutare x1
12. BLX-A Suport siguranțe x1
13. Siguranță 500mA
14. PhotoResistor x1
15. Rezistențe 1k Ohm x3
16. Condensatori 0.1uF x3
17. 10uF Condensator x1
18. Șuruburi din nailon M3X6mm x6
19. M3X6mm Șuruburi din nylon în formă de x4
20. Distanțier din nylon M3X8mm x4
21. M3 Piulițe din nailon x2
22. Carcasă din plastic (dimensiune mai mare de 86 mm x 84 mm)
23. Rezistor 2W 33k Ohm x1 (opțional)

Rețineți că LED-ul de putere redusă poate aprinde, chiar și releul de stare solidă este OPRIT, acest lucru se datorează snubber-ului din interiorul releului de stare solidă. Este posibil să aveți nevoie de un rezistor și un condensator conectați în paralel cu lampa LED pentru a rezolva această problemă.

Pasul 6: Aspect și asamblare PCB

Putem folosi un prototip PCB universal pentru a realiza circuitul. Dar încerc să folosesc EAGLE CAD pentru a proiecta schema și aspectul. Imaginile plăcii (fișier Gerber) sunt trimise la PCB Prototyping Studio pentru fabricare.

Se folosește o placă FR4 cu 2 straturi, cu 1 oz cupru. Sunt incluse funcții precum găurile de montare, găurile traversate, nivelarea lipirii cu aer cald, stratul de mască de lipit, textul serigrafiei (bine.. acum folosesc imprimarea cu jet de cerneală). Costul pentru fabricarea PCB-ului de 10 bucăți (MOQ) este de ~ 4,2 USD - un preț rezonabil la o astfel de calitate a muncii.

Există tutoriale bune despre utilizarea EAGLE pentru proiectarea PCB-urilor.

De la Sparkfun:

• Folosind EAGLE: Schematic
• Folosind EAGLE: aspectul de bord

Un bun tutorial Youtube de Ilya Mikhelson:

• Tutorial Eagle PCB: Schematic
• Tutorial Eagle PCB: Aspect
• Tutorial Eagle PCB: Finalizarea proiectării
• Tutorial Eagle PCB: Biblioteca personalizată

Introduceți componentele pe PCB și lipiți în spate. Consolidați releul de stare solidă, cutia de siguranțe și condensatoarele cu adeziv fierbinte. Găuriți găuri în partea inferioară a carcasei din plastic și instalați distanțierii din nailon. Realizați deschideri la pereții laterali pentru a permite conexiunile prin cablu. Montați ansamblul PCB pe partea superioară a distanțierelor.

Pasul 7: Extindeți cablurile senzorului

Cablurile originale ale senzorului sunt prea scurte și necesită extindere. Folosesc cablu de semnal 22AWG ecranat pentru a reduce zgomotul de la interferența cu tensiunea semnalului. Conectați ecranarea la senzorul de masă, în timp ce Vcc și Vo la alte fire. Protejați îmbinarea cu tub de contracție.

Extindeți fotorezistorul în același mod.

Pasul 8: Asamblare

1. Instalați ansamblul cu LED-uri, aplicați silicon sau lipici fierbinte pe suport și fixați-l pe compartiment.
2. Instalați suportul senzorului pentru a acoperi ansamblul LED. Montați cei 3 senzori cu infraroșu pe suporturile senzorilor.
3. Găuriți o gaură de Ø6,5 mm în compartimentul din apropiere de colț. Introduceți rezistorul, fixați-l și cablul folosind adeziv cald.
4. Montați carcasa care conține circuitul de comandă pe perete.
5. Efectuați următoarele conexiuni de sârmă:

• Sursa de alimentare CA la „AC IN” a circuitului.
• Lampa LED se alimentează la „AC OUT” a circuitului.
• Senzori infrarosu: Vcc la "5V", GND la "GND", Vo la "Vout" in circuit
• Fotorezistor la „PR” în circuit.

Pasul 9: Firmware-ul și configurarea

Codul sursă al firmware-ului poate fi descărcat în acest link GitHub.

Porniți butonul de comutare WiFi și porniți dispozitivul. MCU va intra în modul SoftAP în mod implicit și vă puteți conecta la punctul de acces „ESP32_Entrance_Lighting” prin WiFi.

Accesați 192.168.10.1 din browser și accesați următoarele funcții:

1. Actualizare firmware OTA prin încărcare browser.
2. Setarea parametrilor:

• PhotoResistor - Nivel de declanșare a fotorezistorului sub care senzorii se vor alimenta (interval ADC de 12 biți 0-4095)
• IR_Long1 - Distanța sub care senzorul 1 cu rază lungă de acțiune va porni lampa (interval ADC 12 biți 0-4095)
• IR_Long2 - Distanța sub care senzorul 2 cu rază lungă de acțiune va aprinde lampa (interval ADC 12 biți 0-4095)
• IR_Short - Distanța sub care senzorul cu infraroșu cu rază scurtă de acțiune va aprinde lampa (interval ADC de 12 biți 0-4095)
• Timp de aprindere - durata pe care rămâne aprinsă lampa (milisecunde)

Faceți clic pe „Actualizare” va seta nivelurile de declanșare la valorile din casetele de text.

Faceți clic pe „Interogare senzor”, citirile actuale ale senzorului vor fi actualizate în fiecare secundă, cu condiția ca nivelul de lumină să fie mai mic decât nivelul declanșator al fotorezistorului.

Pasul 10: Termină

Câteva gânduri despre îmbunătățiri suplimentare:

• Mod de somn profund MCU / coprocesor Ultra Low Power pentru a reduce consumul de energie.
• Utilizarea websocket / websocket securizat în locul mesajului HTTP tradițional pentru un răspuns mai rapid.
• Utilizarea componentelor cu costuri mai mici, cum ar fi senzorii de rază laser.

Costul materialului pentru acest proiect este de aproximativ 91 USD - puțin scump, dar cred că este demn să încerci lucruri noi și să explorezi tehnologia.

Proiect finalizat și funcționează. Sper că vă place acest instructabil.