תאורת כניסה אוטומטית: 10 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

אני רוצה להתקין תאורה אוטומטית בכניסה בתוך הבית. ברוב המקרים, מתג חישה תנועה PIR (חיישן אינפרא אדום פסיבי) ומנורה יעשו אבל אני מפיל את הרעיון הזה, שכן חיישן המחובר בחוץ נראה מגושם.

המטרה שלי בפרויקט הזה:

1. נקודת המבט של התאורה צריכה להיראות פשוטה ופרופיל נמוך.
2. זה גם העניין שלי לנסות דברים חדשים ולאמת רעיונות חדשים בפרויקט:

• השתמש בהדפסה תלת -ממדית לגיאומטריה מורכבת.
• עיצוב מעגלים, פריסת PCB (לוח מודפס) פריסה ואב טיפוס לאלקטרוניקה.
• השתמשתי בעבר ב- WiFi-MCU (מיקרו-בקר) ESP32. מכיוון שאנו יכולים לקיים אינטראקציה עם ה- MCU באמצעות שרת http, האם לא נוח אם יש לנו ממשק מבוסס אינטרנט לקריאת אותות חיישנים והגדרת פרמטרי התאורה?

בהתבסס על רעיונות אלה עשיתי Mockup ואמת שזה עובד; אני מעצב ומייצר את מערכת התאורה.

הערה:

• הממדים הפיזיים הנקובים בפרויקט זה מיועדים להאיר שטח של 1 מ 'על 1.5 מ'. אתה יכול להשתמש בו כהפניה לקנה מידה של העיצוב שלך.
• חלק מהעבודות בפרויקט זה עלולות להיות מסוכנות, נקט באמצעי הזהירות הדרושים לפני הבדיקה וההתקנה.
• אין לי את כל הציוד והכלים לייצור רכיבים. כתוצאה מכך, אני מוציא למיקור חוץ עבודות הדפסה תלת מימדית וייצור PCB לאולפנים מקצועיים. CAD כגון Fusion 360 ו- EAGLE עוזר רבות בתרחיש זה. אדבר יותר בפרקים הבאים.

שלב 1: סקירת עיצוב, פריסה ודגם

הרעיון שלי הוא לגרום למערכת תאורה "להסתתר" בתוך תא העץ, אך לאפשר תאורה באמצעות פתח.

אני משתמש ב- Fusion360 כדי לדגמן קודם כל את כל הסצנה. אתה יכול לבקר במדריך כיצד להשתמש בו. CAD עוזר רבות להדמיה טובה יותר בשלב העיצוב.

לדוגמה, אנו משתמשים בחיישני אינפרא אדום כדי לעקוב אחר כל אדם המתקרב ולהדליק את האור. לכן, חיישנים צריכים למקם במדויק. אנחנו יכולים פשוט לצייר את נתיב הקרן האינפרא אדומה במודל. סובבו והזיזו את החיישנים בכל דרך שנרצה ללא חישוב מסובך מראש.

לבסוף, הגעתי בצורה הבאה:

• צור פתח והתקן מכלול LED מעליו.
• פוטורסיסטור כדי לבדוק אם החדר כהה מספיק כדי להאיר.
• אני משתמש בשני חיישני אינפרא אדום לטווח ארוך כדי לזהות אם מישהו מתקרב לכניסה, מדליק את האור אם הוא קרוב מספיק.
• עוד חיישן אינפרא אדום לטווח קצר לבדוק אם הדלת נפתחת.
• הפתח צר ולכן אנו צריכים לשים את החיישנים במיקומים מדויקים. אנחנו גם צריכים מחזיר אור כדי לכוון את אור LED הפתח. אנו יכולים להדפיס תלת מימד חלק אחד (מחזיקי החיישנים) כדי לממש את שתי המטרות הללו.
• ניטור מערכת והתאמת פרמטרים באמצעות WiFi: מהן קריאות החיישן כעת? כמה קרוב להדלקת האור? כמה חשוך האור צריך להידלק? כמה זמן המנורה צריכה להישאר דולקת? אנו יכולים לשלוט על התאורה באמצעות דפדפן אינטרנט באמצעות WiFi MCU כמו ESP32.

שלב 2: ביצוע הפתיחה

כלים:

• סרגל מרובע
• מסור- מסור יד או מופעל באמצעות חשמל.
• מקדחה - מקדחה ביד או כל נהג חשמלי המסוגל לקדוח בעץ ובפלסטיק.
• קוֹבֶץ
• כף, נייר זכוכית ומכחול - להחזרת המשטח למצבו ולצבעו המקורי.

חומרים:

• רצועות אקריליק - חומר מגורד בסדר גמור בתנאי שהוא סמיך מספיק (~ 5 מ"מ)
• טִיחַ
• צבע פנים

נהלים:

1. הכינו תבנית אקרילית להגדרת מימד הפתח. אני עורם 4 רצועות אקריליק ומדביק אותן. השתמש בסרגל מרובע כדי לוודא שהם 90 מעלות זה לזה. גודל הפתח 365 מ"מ X 42 מ"מ.
2. צור 4 חורי הרכבה על התבנית ולאחר מכן קבע אותה לתא בעזרת ברגים.
3. מקדחים חורים לאורך הקצוות ומנסרים את האזור הלא רצוי.
4. השתמש בקובץ להסרת חומר עודף והפיכת הקצוות ישר לאורך התבנית.
5. הסר את התבנית. מרחו טיח על חורי ההרכבה ומשטח העץ.
6. מלטשים את המשטח ומרחים טיח. חזור על שלבים אלה עד שהמשטח חלק.
7. צובעים את המשטח.

שלב 3: ביצוע הרכבה LED

כלים:

• מסור - מסור יד או מופעל באמצעות חשמל.
• מקדחה - מקדחה ביד או כל נהג חשמלי המסוגל לקדוח בעץ ובפלסטיק.
• חשפן חוטים
• מלחם

חומרים:

• צינורות ומחזיקי Ø20 מ"מ.
• נורת LED 5W G4 ושקע x5
• כבלי חשמל
• חוט הלחמה
• שמע צינור הצטמקות

נהלים:

1. חותכים אורך צינור PVC 355 מ"מ כמו גוף המנורה.
2. התקן שני מחזיקי צינורות משני קצותיהם כסטנדים.
3. מקדחה חמישה חורים Ø17 מ"מ על צינור ה- PVC לשקעי ה- LED.
4. הכנס את שקעי ה- LED וודא שהכבלים ארוכים מספיק כדי לצאת מהצינור, הארך את הכבל למקרה שהם קצרים מדי. מכיוון שנשתמש במנורות LED 5W G4 כמקורות אור, הזרם יהיה ~ 23mA עבור מקור 220VAC. אני משתמש בחוטי סרט AWG#24 להלחמת הכבל המקורי. השתמש בצינור הצטמקות כדי להגן על האזור המשותף.
5. התקן את נורות הלד בשקעי הלד.
6. חבר את מנורות הלד במקביל.

שלב 4: יצירת מחזיק החיישן

אני משתמש ב- Fusion360 כדי לדגמן תחילה את מחזיק החיישנים. כדי לפשט את ההתקנה והייצור, מחזיק החיישנים משמש גם כמחזר האור והם חלק אחד. בעל החיישן צריך שיהיו לו חללי הרכבה התואמים את הצורות של חיישני טווח ה- IR. ניתן לעשות זאת בקלות בעת שימוש ב- Fusion360:

1. ייבא ומיקום החיישנים ומחזיק החיישנים למיקומם הרצוי [כפי שמוצג בשלב 2]
2. השתמש בפקודת ההפרעה כדי לבדוק אם עוצמת הקול חופפת בין המחזיק לחיישנים.
3. שמור על החיישנים והסר את עוצמת הקול החופפת במחזיק.
4. שמור את הדגם כחלק חדש. לחללי ההרכבה יש כעת את צורת החיישנים!
5. עלינו גם להסביר את סובלנות הייצור: סובלנות ממדי החיישן היא ± 0.3 מ"מ וסובלנות הייצור של הדפסה תלת מימדית היא ± 0.1 מ"מ. עשיתי קיזוז חיצוני של 0.2 מ"מ על כל משטחי המגע של החללים בכדי להבטיח התאמה לחלל.

הדגם נשלח לאולפן להדפסה תלת מימדית. כדי להוריד את עלות הייצור, אני משתמש בעובי קטן של 2 מ מ ויוצר דפוסים ריקים כדי לחסוך חומר.

זמן ההפעלה של ההדפסה בתלת מימד הוא כ- 48 שעות ומחירו ~ 32 $. החלק המוגמר כבר שוחק כשאני מקבל, אבל הוא גס מדי. לכן אני מעדן את המשטחים בעזרת נייר זכוכית רטוב של 400 גריסים, ואחריו ריסס את הפנים בצבע לבן.

שלב 5: עיצוב מעגלים

מטרות ושיקולים

• אין לי תנור הזרמת הלחמה, כך שחלקים בלבד בחבילת DIP נחשבים.
• עיצוב לוח יחיד: הלוח המכיל את כל הרכיבים כולל יחידת אספקת החשמל AC-DC.
• חיסכון באנרגיה: הפעל חיישנים ומנורת LED רק כשהכניסה כהה מספיק.
• תצורה מרחוק: הגדר את הפרמטרים של MCU באמצעות WiFi.

כיצד פועל המעגל

• כניסת מתח AC דרך תיבת הטרמינל (TB1), עם הגנת נתיכים (XF1).
• ספק כוח מיניאטורי AC-DC (PS1) משמש לאספקת 5VDC ללוח ESP32 MCU (JP1 & 2) ולחיישנים.
• ה- WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) קורא אות מתח מהפוטורסיסטור (PR) באמצעות ערוץ ADC (ADC1_CHANNEL_7). הפעל את MOSFET (Q1) באמצעות GPIO pin22 כדי להפעיל את כל 3 החיישנים האינפרא אדומים אם האות נמוך מהסף.
• עוד 3 ערוצי ADC (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6) עבור 3 פלט אותות החיישנים האינפרא אדום (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short). אם האות גבוה מהסף, הפעל את MOSFET (Q2) באמצעות סיכת GPIO 21, המפעילה את ה- SSR (K1) ומאירה את מנורות ה- LED המחוברות ל- TB1.
• MCU בודק אם החלפת WiFi (S1) מופעלת באמצעות (ADC1_CHANNEL_4), ומפעילה את משימת ה- WiFi כדי לאפשר פרמטרים שהוגדרו ב- MCU.

רשימת חלקים

1. NodeMCU-32S x1
2. Mean Well IRM-10-5 ספק כוח x1
3. ממסר מצב מוצק G3MC-202P-DC5 x1
4. STP16NF06L N-Channel MOSFET x2
5. חיישן מדידת מרחק Sharp GP2Y0A710K0F x2
6. חיישן מדידת מרחק Sharp GP2Y0A02YK0F x1
7. כותרת נקבה 2.54 מ"מ -19 סיכות x2 (או כל שילוב של כותרות בכדי להפוך אותה ל -19 סיכות)
8. HB-9500 מרווח 9. מ"מ בלוק מסוף 4 פינים 2 (HP-4P) x1
9. מחבר בלוק מסוף KF301 5.08 מ"מ 2 פינים x1
10. מחבר בלוק מסוף KF301 5.08 מ"מ 3 פינים x3
11. מתג החלפה x1 SS-12D00 1P2T
12. מחזיק נתיכים BLX-A x1
13. נתיך 500mA
14. PhotoResistor x1
15. נגדי 1k אוהם x3
16. קבלים 0.1uF x3
17. קבלים 10uF x1
18. ברגי ניילון M3X6mm x6
19. ברגים ניילון M3X6mm x4
20. מרווח ניילון M3X8 מ"מ x4
21. אגוזי ניילון M3 x2
22. מארז פלסטיק (גודל גדול מ -86 מ"מ x 84 מ"מ)
23. 2W 33k Ohm Resistor x1 (אופציונלי)

שים לב כי נורית חשמל נמוכה עדיין עשויה להאיר אפילו ממסר מצב מוצק כבוי, זאת בשל הנפיחות בתוך ממסר מצב מוצק. יתכן שתזדקק לנגד ולקבל המחברים במקביל למנורת LED כדי לפתור בעיה זו.

שלב 6: פריסת הרכבה והרכבה

אנו יכולים להשתמש באב טיפוס PCB אוניברסלי ליצירת המעגל. אבל אני מנסה להשתמש ב- EAGLE CAD לעיצוב הסכימה והפריסה. תמונות הלוח (קובץ גרבר) נשלחות לאולפן PCB Prototyping לצורך ייצור.

נעשה שימוש בלוח FR4 דו שכבתי עם נחושת 1 עוז. תכונות כגון חורי הרכבה, חורים מצופים, פילוס הלחמת אוויר חם, שכבת מסכת הלחמה, טקסט מסך משי (טוב.. עכשיו הם משתמשים בהדפסת סילון דיו) כלולים. העלות להכנת 10 יחידות (MOQ) PCB היא ~ US $ 4.2 - מחיר סביר באיכות עבודה כזו.

יש הדרכות טובות לשימוש ב- EAGLE לעיצוב PCB.

מאת Sparkfun:

• שימוש ב- EAGLE: סכמטי
• שימוש ב- EAGLE: פריסת לוח

הדרכה טובה של יוטיוב מאת איליה מיכלסון:

• הדרכה PCB נשר: סכמטי
• הדרכה PCB נשר: פריסה
• הדרכה PCB נשר: סיום עיצוב
• הדרכה PCB Eagle: ספרייה מותאמת אישית

הכנס את הרכיבים ל- PCB והלחמה מאחור. חיזקו את ממסר מצב מוצק, תיבת הנתיכים והקבלים בעזרת דבק חם. קדחו חורים בתחתית מארז הפלסטיק והתקינו את מרווחי הניילון. צור פתחים בקירות הצדדיים כדי לאפשר חיבורי כבלים. הרכיבו את מכלול ה- PCB על גבי המרווחים.

שלב 7: הארך את כבלי החיישן

כבלי החיישנים המקוריים קצרים מדי ודורשים הארכה. אני משתמש בכבל אות 22AWG מוגן כדי להפחית רעש מהפרעה למתח האות. חיבר את המיגון לחיישן הקרקע, בעוד Vcc ו- Vo לחוטים אחרים. הגן על המפרק בעזרת צינור הצטמקות.

הרחב את הפוטורזיסטור באותו אופן.

שלב 8: הרכבה

1. התקן את מכלול ה- LED, החל על המעמד סיליקון או דבק חם ותקן אותו על התא.
2. התקן את מחזיק החיישנים כדי לכסות את מכלול ה- LED. הרכיבו את 3 החיישנים האינפרא אדומים למחזיקי החיישנים.
3. קדח חור באורך 6.5 מ"מ בתא ליד הפינה. הכנס את הפוטורזיסטור, תקן אותו ואת הכבל באמצעות דבק חום חם.
4. הרכיבו את הקיר המכיל את מעגל הבקרה לקיר.
5. בצע את חיבורי החוט הבאים:

• מקור מתח AC ל- "AC IN" של המעגל.
• עוצמת מנורת ה- LED ל- "AC OUT" של המעגל.
• חיישני אינפרא אדום: Vcc עד "5V", GND עד "GND", Vo ל- "Vout" במעגל
• פוטורסיסטור ל- "יחסי ציבור" במעגל.

שלב 9: הקושחה וההגדרה

ניתן להוריד את קוד הקושחה בקישור GitHub זה.

הפעל את לחצן החלפת ה- WiFi והפעל את המכשיר. ה- MCU יכנס למצב SoftAP כברירת מחדל ותוכל להתחבר לנקודת הגישה "ESP32_Entrance_Lighting" באמצעות WiFi.

עבור אל 192.168.10.1 בדפדפן וגש לפונקציות הבאות:

1. עדכון קושחה של OTA באמצעות העלאת דפדפן.
2. הגדרת פרמטרים:

• PhotoResistor - רמת הטריגר של פוטורססיסטור שמתחתיה יפעילו חיישנים (טווח ADC של 12 ביט 0-4095)
• IR_Long1 - מרחק שמתחתיו חיישן אינפרא אדום לטווח ארוך יפעיל את המנורה (טווח ADC של 12 ביט 0-4095)
• IR_Long2 - מרחק שמתחתיו חיישן אינפרא אדום לטווח ארוך יפעיל את המנורה (טווח ADC של 12 ביט 0-4095)
• IR_Short - מרחק שמתחתיו חיישן אינפרא אדום לטווח קצר יפעיל את המנורה (טווח ADC של 12 ביט 0-4095)
• Light On Time - משך הזמן בו המנורה נשארת דולקת (אלפיות השנייה)

לחיצה על "עדכן" תקבע את רמות ההדק לערכים בתיבות הטקסט.

לחץ על "סקר חיישן" קריאות החיישנים הנוכחיות יתעדכנו כל שנייה, בתנאי שרמת האור נמוכה מרמת ההדק של הפוטורזיסטור.

שלב 10: סיים

כמה מחשבות על שיפור נוסף:

• מצב שינה עמוק MCU/מעבד לעוצמה נמוכה במיוחד להפחתת צריכת האנרגיה.
• שימוש ב- websocket/websocket מאובטח במקום בהודעת HTTP מסורתית לתגובה מהירה יותר.
• שימוש ברכיבים בעלות נמוכה יותר כמו חיישני טווח לייזר.

עלות החומר לפרויקט זה היא בסביבות 91 $ - קצת יקר אבל אני חושב שזה ראוי לנסות דברים חדשים ולחקור טכנולוגיה.

הפרויקט הסתיים והוא עובד. מקווה שתיהנו מהמדריך הזה.