Dalam sesi ini kita akan membuat Lampu Kecemasan 9WATT menggunakan Raspberry Pi dan Python. Lampu ini secara automatik akan mengesan kegelapan dan ketiadaan bekalan kuasa AC, dan menyala apabila terdapat kerosakan kuasa dan cahaya yang tepat tidak ada.
Walaupun terdapat pelbagai lampu kecemasan yang tersedia tetapi mereka hanya dikhaskan untuk melayani satu tujuan, seperti satu Litar Cahaya Kecemasan Sederhana yang telah kita buat sebelumnya, hanya mencetuskan kegagalan kuasa. Dengan Raspberry Pi kita dapat menambahkan pelbagai fungsi lain padanya, seperti di sini kita telah menambahkan LDR untuk mengesan Kegelapan pada pelbagai tahap. Di sini kita telah menambahkan dua tingkat, ketika ada gelap sepenuhnya, lampu akan menyala dengan intensitas penuh dan ketika ada separa gelap, lampu akan menyala pada kapasiti 30%. Oleh itu, di sini kita akan merancang lampu ini untuk dihidupkan ketika kuasa talian AC MATI dan ketika intensiti cahaya di dalam bilik sangat rendah.
Komponen yang Diperlukan:
Di sini kita menggunakan Raspberry Pi 2 Model B dengan OS Raspbian Jessie. Semua keperluan asas Perkakasan dan Perisian dibincangkan sebelumnya, anda boleh mencarinya dalam Pengenalan Raspberry Pi dan LED Berkedip Raspberry PI untuk memulakan, selain daripada yang kita perlukan:
- Kapasitor 1000µF
- LED 1WATT (9 keping)
- + 12V bateri ACAD LEAD yang dimeteraikan
- Bank kuasa 6000-10000mAH
- + Penyesuai DC 5V
- Cip Lm324 OP-AMP
- Optocoupler 4N25
- MOSFET IRFZ44N
- LDR (Perintang Bergantung Cahaya)
- LED (1 keping)
- Perintang: 1KΩ (3 keping), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 keping), 10Ω (9 keping), 10KΩ, 100KΩ
- Pot 10KΩ (3 keping) (semua perintang 0.25 watt)
Penerangan:
Sebelum memasuki Litar Sambungan dan berfungsi, kita akan mengetahui komponen dan tujuannya dalam litar:
Lampu LED 9 Watt:
The LAMP terdiri daripada sembilan LED 1 watt. Terdapat pelbagai jenis LED yang terdapat di pasaran tetapi LED 1WATT mudah didapati di mana sahaja. LED ini beroperasi pada 3.6V, jadi kami akan menghubungkan tiga daripadanya secara bersiri dan dioda perlindungan untuk beroperasi pada + 12V. Kami akan menyambungkan tiga jalur ini membentuk lampu LED 9WATT. Kami akan mengendalikan lampu ini dengan Raspberry Pi dengan sewajarnya.
LDR (Resistor Bergantung Cahaya) untuk mengesan Kegelapan:
Kami akan menggunakan LDR (Light Dependent Resistor) untuk mengesan intensiti cahaya di dalam bilik. LDR mengubah rintangannya secara linear dengan intensiti cahaya. LDR ini akan disambungkan ke pembahagi voltan. Dengan itu kita akan mempunyai voltan berubah untuk mewakili intensiti cahaya berubah. Sekiranya intensiti cahaya RENDAH output voltan akan TINGGI dan jika intensiti cahaya jika output voltan TINGGI akan RENDAH.
Op-amp LM324 IC untuk memeriksa output LDR:
Raspberry Pi tidak mempunyai mekanisme ADC dalaman (Analog ke Digital Converter). Jadi persediaan ini tidak dapat dihubungkan terus ke Raspberry Pi. Kami akan menggunakan pembanding berdasarkan OP-AMP untuk memeriksa output voltan dari LDR.
Di sini kami telah menggunakan op-amp LM324 yang mempunyai empat penguat operasi di dalamnya dan kami telah menggunakan dua op-amp dari keempatnya. Oleh itu, PI kami dapat mengesan intensiti cahaya pada dua tahap. Bergantung pada tahap ini kita akan menyesuaikan kecerahan lampu LED. Apabila ada gelap sepenuhnya, lampu akan menyala dengan intensiti penuh dan ketika ada setengah gelap, lampu akan menyala pada kapasiti 30%. Periksa kod dan video Python, di akhir, untuk memahaminya dengan betul. Di sini kami telah menggunakan konsep PWM dalam Raspberry Pi untuk mengawal intensiti LED.
Raspberry Pi mempunyai 26GPIO, salah satunya digunakan untuk fungsi khas. Dengan GPIO khas, kita mempunyai 17 GPIO. Setiap 17 pin GPIO tidak dapat mengambil voltan lebih tinggi daripada + 3.3V, jadi output Op-amp tidak boleh lebih tinggi daripada 3.3V. Oleh itu, kami telah memilih op-amp LM324, kerana cip ini dapat beroperasi pada + 3.3V memberikan output logik tidak lebih dari + 3.3V. Ketahui lebih lanjut mengenai GPIO Pin Raspberry Pi di sini. Lihat juga Seri Tutorial Raspberry Pi kami bersama dengan beberapa Projek IoT yang bagus.
Penyesuai AC ke DC untuk memeriksa Talian AC:
Kami akan menggunakan logik voltan soket penyesuai AC ke DC untuk mengesan status talian AC. Walaupun terdapat pelbagai cara untuk mengesan status saluran AC, ini adalah kaedah paling selamat dan paling senang. Kami akan mengambil logik + 5V dari penyesuai dan memberikannya kepada Raspberry Pi melalui litar pembahagi voltan hingga logik tinggi + 5V ke logik TINGGI + 3.3v. Lihat gambarajah litar untuk pemahaman yang lebih baik.
Power Bank dan Bateri asid plumbum 12v untuk Bekalan Kuasa:
Perlu diingat bahawa Raspberry Pi mesti beroperasi tanpa adanya kuasa, jadi kami akan menggerakkan PI menggunakan Power Bank (Pek bateri 10000mAH) dan lampu LED 9WATT akan dikuasakan oleh bateri LEAD ACID + 12V, 7AH. Lampu LED tidak boleh dikuasakan oleh power bank kerana mereka terlalu banyak menggunakan kuasa, jadi mereka mesti dihidupkan dari sumber kuasa yang berasingan.
Anda boleh menghidupkan bateri Raspberry Pi sebanyak + 12V jika anda mempunyai penukar + 12V hingga + 5v yang cekap. Dengan penukar itu, anda boleh melepaskan power bank dan menghidupkan seluruh litar dengan satu sumber bateri.
Penjelasan Litar:
Diagram Litar Lampu Kecemasan Raspberry Pi diberikan di bawah:
Di sini kami telah menggunakan tiga daripada empat pembanding di dalam LM324 IC. Dua daripadanya akan digunakan untuk mengesan tahap intensiti cahaya dan yang ketiga akan digunakan untuk mengesan tahap voltan rendah bateri + 12V.
1. OP-AMP1 atau U1A: Terminal negatif pembanding ini dilengkapi dengan 1.2V (sesuaikan RV2 untuk mendapatkan voltan) dan terminal Positif disambungkan ke rangkaian pembahagi voltan LDR. Apabila bayangan jatuh pada LDR, rintangan dalamannya meningkat. Dengan kenaikan rintangan dalaman LDR, penurunan voltan pada terminal positif OP-AMP1 meningkat. Setelah voltan ini naik lebih tinggi daripada 1.2V, OP-AMP1 memberikan output 3.3V. Output logik TINGGI OP-AMP ini akan dikesan oleh Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 atau U1B: Terminal negatif pembanding ini dilengkapi dengan 2.2V (sesuaikan RV3 untuk mendapatkan voltan) dan terminal Positif disambungkan ke rangkaian pembahagi voltan LDR. Apabila bayangan yang jatuh pada LDR semakin meningkat, ketahanan dalamannya semakin tinggi. Dengan peningkatan rintangan dalaman LDR, penurunan voltan pada terminal positif OP-AMP2 meningkat. Setelah voltan ini naik lebih tinggi daripada 2.2V, OP-AMP2 memberikan output + 3.3V. Output logik TINGGI OP-AMP ini akan dikesan oleh Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 atau U1C: OP-AMP ini akan digunakan untuk mengesan tahap voltan rendah pek bateri + 12v. Terminal negatif pembanding ini dilengkapi dengan 2.1V (sesuaikan RV1 untuk mendapatkan voltan) dan terminal positif disambungkan ke litar pembahagi voltan. Pembahagi ini membahagikan voltan bateri sebanyak 1 / 5.7 kali, jadi untuk voltan bateri 12.5V kita akan mempunyai 2.19V pada terminal positif OP-AMP3. Apabila voltan bateri berada di bawah 12.0V, voltan pada terminal positif akan menjadi <2.1V. Jadi dengan 2.1v pada terminal negatif, output OP-AMP menjadi rendah. Oleh itu, apabila voltan bateri turun di bawah 12V (bermaksud di bawah 2.1v pada terminal positif), OP-AMP menurunkan output, logik ini akan dikesan oleh Raspberry Pi.
Penjelasan Kerja:
Keseluruhan fungsi Lampu Kecemasan Raspberry Pi ini dapat dinyatakan sebagai:
Raspberry Pi pertama mengesan sama ada terdapat daya AC atau tidak dengan logik penginderaan di GPIO23, di mana + 3.3V dari penyesuai AC diambil. Setelah kuasa mati, + 5V dari penyesuai mati dan Raspberry Pi pergi ke langkah seterusnya hanya jika logik RENDAH ini dikesan, jika tidak PI tidak akan beralih ke langkah seterusnya. Logik RENDAH ini berlaku hanya apabila kuasa AC MATI.
PI seterusnya memeriksa sama ada tahap bateri LEAD ACID RENDAH. Logik ini disediakan oleh OP-AMP3 di GPIO16. Sekiranya logiknya RENDAH, maka PI tidak beralih ke langkah seterusnya. Dengan voltan bateri lebih tinggi daripada + 12V, PI beralih ke langkah seterusnya.
Raspberry Pi seterusnya memeriksa jika kegelapan di dalam bilik TINGGI, logik ini disediakan oleh OP-AMP2 di GPIO20. Sekiranya ya, PI memberikan output PWM (Pulse Width Modulation) dengan kitaran tugas 99%. Ini isyarat PWM mendorong opto-coupler yang mendorong MOSFET. MOSFET memberi kuasa kepada pemasangan LED 9WATT seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Sekiranya tidak ada gelap sepenuhnya maka PI beralih ke langkah seterusnya. Ketahui lebih lanjut mengenai PWM di Raspberry Pi di sini.
Kemudian Raspberry Pi memeriksa sama ada kegelapan di dalam bilik RENDAH, logik ini disediakan oleh OP-AMP1 di GPIO21. Sekiranya ya, PI memberikan output PWM (Pulse Width Modulation) dengan kitaran tugas 30%. Isyarat PWM ini menggerakkan opto-coupler yang menggerakkan MOSFET. MOSFET memberi kuasa kepada pemasangan LED 9WATT seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Sekiranya terdapat cahaya di dalam bilik, maka Raspberry Pi tidak memberikan output PWM sehingga LAMP akan mati sepenuhnya.
Oleh itu, untuk menyalakan Lampu Kecemasan ini, kedua-dua syarat mestilah Benar, bermaksud talian AC mesti mati dan mesti ada kegelapan di dalam bilik. Anda boleh mendapatkan pemahaman yang jelas dengan memeriksa Kod dan Video Python yang lengkap di bawah.
Anda boleh menambahkan fungsi dan tahap kegelapan yang lebih menarik pada lampu Kecemasan ini. Periksa juga litar Power Electronics kami yang lebih banyak:
- Bekalan Kuasa Pembolehubah 0-24v 3A menggunakan LM338
- Litar Pengecas Bateri 12v menggunakan LM317
- Litar Penyongsang 12v DC hingga 220v AC
- Litar Pengecas Telefon Bimbit