Šioje sesijoje mes gaminsime 9WATT avarinę lempą naudodami „Raspberry Pi“ ir „Python“. Ši lempa automatiškai aptiks kintamosios srovės maitinimo šaltinio tamsą ir nebuvimą bei užsidegs, kai nutrūksta maitinimas ir nėra tinkamos šviesos.
Nors yra įvairių avarinių lempų, tačiau jos yra skirtos tik vienam tikslui, pavyzdžiui, vienai anksčiau sukurtai paprastai avarinės šviesos grandinei, įsijungia tik nutrūkus elektros tiekimui. Naudodami „Raspberry Pi“ galime prie jo pridėti įvairių kitų funkcijų, pavyzdžiui, čia pridėjome LDR, kad aptiktume tamsą įvairiais lygiais. Čia mes pridėjome du lygius, kai bus visiškai tamsu, lempa šviečia visu intensyvumu, o kai yra pusiau tamsi, ji šviečia 30% galia. Taigi čia mes suprojektuosime, kad ši lempa būtų įjungta, kai kintamosios srovės linija bus išjungta ir kai šviesos intensyvumas kambaryje bus labai mažas.
Būtini komponentai:
Čia mes naudojame „ Raspberry Pi 2 Model B“ su „Raspbian Jessie OS“. Visi pagrindiniai aparatinės ir programinės įrangos reikalavimai buvo aptarti anksčiau, jų galite rasti „Raspberry Pi“ įvade ir mirksi „Raspberry PI“ šviesos diodas, išskyrus tai, ko mums reikia:
- 1000µF kondensatorius
- 1WATT LED (9 vnt.)
- + 12 V sandari švino rūgšties baterija
- 6000-10000mAH galios bankas
- + 5 V nuolatinės srovės adapteris
- Lm324 OP-AMP lustas
- 4N25 optronas
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (nuo šviesos priklausomas rezistorius)
- LED (1 vnt.)
- Rezistoriai: 1KΩ (3 vnt.), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 vnt.), 10Ω (9 vnt.), 10KΩ, 100KΩ
- 10KΩ puodas (3 vnt.) (Visi rezistoriai yra 0,25 vatų)
Apibūdinimas:
Prieš pradėdami grandinių jungtis ir jų veikimą, sužinosime apie grandinės komponentus ir jų paskirtį:
9 vatų LED lempa:
Lempa sudaryta iš devynių 1WATT LED. Rinkoje yra įvairių rūšių šviesos diodų, tačiau 1WATT LED yra lengvai prieinami visur. Šie šviesos diodai veikia esant 3,6 V įtampai, todėl tris iš jų sujungsime nuosekliai kartu su apsaugos diodais, kad veiktų + 12 V įtampa. Mes sujungsime tris iš šių juostų, formuodami 9WATT LED lempą. Mes atitinkamai valdysime šią lempą su „Raspberry Pi“.
LDR (nuo šviesos priklausomas rezistorius) aptikti tamsą:
Norėdami nustatyti šviesos intensyvumą kambaryje, naudosime LDR (šviesos priklausomą rezistorių). LDR savo atsparumą keičia tiesiškai pagal šviesos intensyvumą. Šis LDR bus prijungtas prie įtampos daliklio. Tuo mes turėsime kintamą įtampą, kad atspindėtume kintantį šviesos intensyvumą. Jei šviesos intensyvumas yra LOW, įtampos išvestis bus DIDELĖ, o šviesos intensyvumo, jei HIGH įtampos išvestis bus LOW.
„Op-amp LM324 IC“ tikrinant LDR išvestį:
„Raspberry Pi“ neturi vidinio ADC („Analog to Digital Converter“) mechanizmo. Taigi šios sąrankos negalima tiesiogiai prijungti prie „Raspberry Pi“. Mes naudosime OP-AMP pagrįstus palygintuvus, kad patikrintume įtampą iš LDR.
Čia mes panaudojome op-amp LM324, kurio viduje yra keturi operaciniai stiprintuvai, ir mes panaudojome du iš šių keturių stiprintuvų. Taigi mūsų PI galės aptikti šviesos intensyvumą dviem lygiais. Priklausomai nuo šių lygių, mes pritaikysime LED lempos ryškumą. Kai bus visiškai tamsu, lempa švies visu intensyvumu, o kai bus pusiau tamsu, ji švytės 30% galia. Pabaigoje patikrinkite „ Python“ kodą ir vaizdo įrašą, kad juos tinkamai suprastumėte. Čia mes naudojome PWM koncepciją „Raspberry Pi“ šviesos diodų intensyvumui valdyti.
„Raspberry Pi“ turi 26GPIO, iš kurių kai kurie naudojami specialioms funkcijoms atlikti. Atidėjus specialų GPIO, turime 17 GPIO. Kiekvienas iš 17 GPIO kaiščių negali priimti didesnės nei + 3,3 V įtampos, todėl „Op-amp“ išėjimai negali būti didesni nei 3,3 V. Taigi mes pasirinkome op-amp LM324, nes šis lustas gali veikti esant + 3,3 V įtampai, o loginiai išėjimai ne daugiau kaip + 3,3 V. Sužinokite daugiau apie „Raspberry Pi“ GPIO kaiščius čia. Taip pat patikrinkite mūsų „Raspberry Pi Tutorial“ seriją kartu su keletu gerų DI projektų.
Kintamosios srovės ir nuolatinės srovės adapteris kintamosios srovės linijai patikrinti
Norėdami nustatyti kintamosios srovės linijos būseną, naudosime kintamosios ir nuolatinės srovės adapterio išėjimo įtampos logiką. Nors yra įvairių būdų aptikti kintamosios srovės linijos būseną, tai yra saugiausias ir lengviausias būdas. Mes paimsime iš adapterio + 5 V logiką ir per įtampos skirstytuvo grandinę suteiksime avietei Pi iki slaptos + 5 V aukštos logikos iki + 3,3 V HIGH logikos. Norėdami geriau suprasti, žr. Grandinės schemą.
„Power Bank“ ir 12v švino rūgšties akumuliatorius maitinimui:
Turėkite omenyje, kad „Raspberry Pi“ turi veikti be energijos, todėl mes vairuosime PI naudodami „ Power Bank“ (A baterijų paketas 10000mAH), o 9WATT LED lempa bus maitinama iš + 12V, 7AH sandarios „LEAD ACID“ baterijos. Šviesos diodų lempos negalima maitinti maitinimo banku, nes jos sunaudoja per daug energijos, todėl jos turi būti maitinamos iš atskiro maitinimo šaltinio.
„Raspberry Pi“ galite maitinti + 12 V akumuliatoriumi, jei turite efektyvų + 12 V – 5 V keitiklį. Šiuo keitikliu galite išjungti maitinimo banką ir maitinti visą grandinę vienu akumuliatoriaus šaltiniu.
Grandinės paaiškinimas:
Aviečių Pi avarinės šviesos grandinės schema pateikta žemiau:
Čia LM324 IC viduje panaudojome tris iš keturių palyginamųjų įrenginių. Du iš jų bus naudojami šviesos intensyvumo lygiams nustatyti, o trečiasis bus naudojamas žemos įtampos + 12 V akumuliatoriaus lygiui nustatyti.
1. OP-AMP1 arba U1A: neigiamame šio palyginimo gnybte yra 1,2 V įtampa (reguliuokite RV2, kad gautumėte įtampą), o teigiamasis gnybtas yra prijungtas prie LDR įtampos daliklio tinklo. Kai šešėlis krinta ant LDR, padidėja jo vidinis atsparumas. Padidėjus vidinei LDR varžai, padidėja įtampos kritimas teigiamame OP-AMP1 gnybte. Kai ši įtampa viršija 1,2 V, OP-AMP1 suteikia + 3,3 V išėjimą. Šią AUKŠTĄ loginę OP-AMP išvestį aptiks „Raspberry Pi“.
2. OP-AMP2 arba U1B: šio neigiamo kontakto neigiamame gnybte yra 2,2 V įtampa (pakoreguokite RV3, kad gautumėte įtampą), o teigiamasis gnybtas prijungtas prie LDR įtampos daliklio tinklo. Kai šešėlis, patekęs į LDR, dar labiau didėja, jo vidinis atsparumas tampa dar didesnis. Toliau didėjant vidinei LDR varžai, įtampos kritimas teigiamame OP-AMP2 gnybte didėja. Kai ši įtampa viršija 2,2 V, OP-AMP2 suteikia + 3,3 V išėjimą. Šią AUKŠTĄ loginę OP-AMP išvestį aptiks „Raspberry Pi“.
3. OP-AMP3 arba U1C: Šis OP-AMP bus naudojamas žemos įtampos + 12v akumuliatoriaus paketui nustatyti. Neigiamame šio lygintuvo gnybte yra 2,1 V įtampa (reguliuokite RV1, kad gautumėte įtampą), o teigiamas gnybtas yra prijungtas prie įtampos daliklio grandinės. Šis daliklis dalija akumuliatoriaus įtampą 1 / 5,7 karto, taigi 12,5 V akumuliatoriaus įtampa teigiamame OP-AMP3 gnybte turėsime 2,19 V. Kai akumuliatoriaus įtampa žemesnė nei 12,0 V, įtampa teigiamame gnybte bus <2,1 V. Taigi esant 2,1 V neigiamam terminalui, OP-AMP išėjimas eina žemai. Taigi, kai akumuliatoriaus įtampa nukrinta žemiau 12 V (tai reiškia, kad teigiamame gnybte yra mažesnė nei 2,1 V), OP-AMP ištraukia išvestį, šią logiką aptiks „Raspberry Pi“.
Darbinis paaiškinimas:
Visa šios „ Raspberry Pi“ avarinės lempos funkcija gali būti teigiama:
Pirmasis „Raspberry Pi“ aptinka, ar yra kintamosios srovės maitinimas, nujausdamas logiką GPIO23, kur imama + 3,3 V iš kintamosios srovės adapterio. Išjungus maitinimą, + 5 V iš adapterio išsijungia, o „Raspberry Pi“ eina į kitą veiksmą tik tuo atveju, jei aptinkama ši LOW logika, jei ne PI, jis nepereis į kitą žingsnį. Ši LOW logika įvyksta tik tada, kai kintamosios srovės maitinimas išsijungia.
Kitas PI patikrina, ar LEAD ACID akumuliatoriaus lygis yra ŽEMAS. Šią logiką teikia OP-AMP3 GPIO16. Jei logika yra ŽEMA, tada PI nepereina prie kito žingsnio. Kai akumuliatoriaus įtampa yra didesnė nei + 12 V, PI pereina prie kito žingsnio.
Kitas „Raspberry Pi“ patikrina, ar tamsa kambaryje yra AUKŠTA, šią logiką pateikia OP-AMP2 GPIO20. Jei taip, PI teikia PWM (impulso pločio moduliacija) išėjimą, kurio darbo ciklas yra 99%. Šis PWM signalas valdo opto jungiklį, kuris valdo MOSFET. „MOSFET“ įjungia 9WATT šviesos diodų sąranką, kaip parodyta paveiksle. Jei nėra visiškai tamsu, PI pereina į kitą žingsnį. Sužinokite daugiau apie PWM „Raspberry Pi“ čia.
Tada Raspberry Pi patikrina, ar tamsa kambaryje yra ŽEMA, šią logiką pateikia OP-AMP1 GPIO21. Jei taip, PI teikia PWM (impulso pločio moduliacija) išėjimą, kurio darbo ciklas yra 30%. Šis PWM signalas valdo opto jungiklį, kuris valdo MOSFET. „MOSFET“ įjungia 9WATT šviesos diodų sąranką, kaip parodyta paveiksle. Jei kambaryje yra tinkama šviesa, tada „Raspberry Pi“ neteikia PWM išvesties, todėl LAMP bus visiškai išjungtas.
Taigi norint įjungti šią avarinę lempą, ši sąlyga turi būti tiesa, tai reiškia, kad kintamosios srovės linija turi būti išjungta, o kambaryje turi būti tamsa. Galite aiškiai suprasti, patikrinę visą „ Python“ kodą ir vaizdo įrašą žemiau.
Prie šios avarinės lempos galite pridėti dar daugiau įdomių funkcijų ir tamsos lygių. Taip pat patikrinkite daugiau mūsų „Power Electronics“ grandinių:
- 0-24v 3A kintamas maitinimo šaltinis naudojant LM338
- 12v akumuliatoriaus įkroviklio grandinė naudojant LM317
- 12v DC - 220v kintamosios srovės keitiklio grandinė
- Mobilaus telefono įkroviklio grandinė