Šajā sesijā mēs gatavosim 9WATT avārijas lampu, izmantojot Raspberry Pi un Python. Šī lampa automātiski noteiks maiņstrāvas padeves tumsu un neesamību, un iedegsies, ja ir strāvas padeves pārtraukums un ja nav pareizas gaismas.
Lai gan ir pieejami dažādi avārijas lukturi, taču tie ir paredzēti tikai vienam mērķim, piemēram, viena vienkārša avārijas gaismas ķēde, ko mēs esam izveidojuši iepriekš, iedarbojas tikai uz strāvas padeves pārtraukumu. Ar Raspberry Pi mēs varam tam pievienot dažādas citas funkcijas, piemēram, šeit mēs esam pievienojuši LDR, lai noteiktu tumšumu dažādos līmeņos. Šeit mēs esam pievienojuši divus līmeņus, kad ir pilnīgi tumšs, lampa spīdēs ar pilnu intensitāti un, kad ir daļēji tumšs, tā spīdēs ar 30% ietilpību. Tāpēc šeit mēs plānojam šo lampu ieslēgt, kad maiņstrāvas līnijas jauda ir izslēgta un kad gaismas intensitāte telpā ir ļoti zema.
Nepieciešamās sastāvdaļas:
Šeit mēs izmantojam Raspberry Pi 2 B modeli ar Raspbian Jessie OS. Visas aparatūras un programmatūras pamatprasības ir iepriekš apspriestas, lai sāktu darbu, varat to apskatīt Raspberry Pi ievadā un mirgo Raspberry PI LED, izņemot mums nepieciešamo:
- 1000µF kondensators
- 1WATT LED (9 gab.)
- + 12V noslēgta svina skābes akumulators
- 6000-10000mAH jaudas banka
- + 5V līdzstrāvas adapteris
- Lm324 OP-AMP mikroshēma
- 4N25 optiskais savienotājs
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (no gaismas atkarīgs rezistors)
- LED (1 gab.)
- Rezistori: 1KΩ (3 gab.), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 gab.), 10Ω (9 gab.), 10KΩ, 100KΩ
- 10KΩ katls (3 gab.) (Visi rezistori ir 0,25 vati)
Apraksts:
Pirms ķēdes savienojumu un tā darbības, mēs uzzināsim par komponentiem un to mērķi ķēdē:
9 vatu LED lampa:
LAMP veido deviņi 1WATT LED. Tirgū ir dažādu veidu gaismas diodes, bet 1WATT LED ir viegli pieejamas visur. Šie LED darbojas ar 3.6V, tāpēc trīs no tiem savienosim virknē kopā ar aizsardzības diodēm, lai darbotos ar + 12V. Mēs savienosim trīs no šīm sloksnēm, veidojot 9WATT LED lampu. Mēs attiecīgi darbināsim šo lampu ar Raspberry Pi.
LDR (gaismas atkarīgais rezistors), lai noteiktu tumsu:
Lai noteiktu gaismas intensitāti telpā, mēs izmantosim LDR (gaismas atkarīgo rezistoru). LDR pretestību lineāri maina ar gaismas intensitāti. Šis LDR tiks pievienots sprieguma dalītājam. Līdz ar to mums būs mainīgs spriegums, lai attēlotu mainīgu gaismas intensitāti. Ja gaismas intensitāte ir Zema, sprieguma izeja būs AUGSTA un ja gaismas intensitāte, ja HIGH sprieguma izeja būs Zema.
Op-amp LM324 IC, lai pārbaudītu LDR izvadi:
Raspberry Pi nav iekšēja ADC (Analog to Digital Converter) mehānisma. Tātad šo iestatījumu nevar tieši savienot ar Raspberry Pi. Lai pārbaudītu sprieguma izejas no LDR, mēs izmantosim OP-AMP bāzes salīdzinātājus.
Šeit mēs izmantojām op-amp LM324, kura iekšpusē ir četri darbības pastiprinātāji, un no šiem četriem esam izmantojuši divus op-ampēri. Tātad mūsu PI spēs noteikt gaismas intensitāti divos līmeņos. Atkarībā no šiem līmeņiem mēs noregulēsim LED lampas spilgtumu. Kad ir pilnīgi tumšs, lampa spīdēs ar pilnu intensitāti, un, ja būs tumšs, tas spīdēs ar 30% ietilpību. Pārbaudiet Python kodu un videoklipu beigās, lai to pareizi saprastu. Šeit mēs izmantojām PWM koncepciju Raspberry Pi, lai kontrolētu LED intensitāti.
Raspberry Pi ir 26GPIO, no kuriem daži tiek izmantoti īpašām funkcijām. Atstājot īpašu GPIO, mums ir 17 GPIO. Katra no 17 GPIO tapām nevar uzņemt spriegumu, kas lielāks par + 3,3 V, tāpēc Op-amp izejas nevar būt augstākas par 3,3 V. Tādējādi mēs esam izvēlējušies op-amp LM324, jo šī mikroshēma var darboties ar + 3.3V pie sprieguma, nodrošinot loģisko izeju ne vairāk kā + 3.3V. Uzziniet vairāk par Raspberry Pi GPIO tapām šeit. Pārbaudiet arī mūsu Raspberry Pi apmācību sēriju kopā ar dažiem labiem IoT projektiem.
Maiņstrāvas līdz līdzstrāvas adapteris, lai pārbaudītu maiņstrāvas līniju:
Lai noteiktu maiņstrāvas līnijas statusu, mēs izmantosim maiņstrāvas līdz līdzstrāvas adaptera izejas sprieguma loģiku. Lai gan maiņstrāvas līnijas statusa noteikšanai ir dažādi veidi, tas ir drošākais un vienkāršākais ceļš. Mēs paņemsim + 5V loģiku no adaptera un nodosim to Raspberry Pi caur sprieguma dalītāja ķēdi, lai slēptu + 5V augstu loģiku līdz + 3.3v HIGH loģiku. Lai labāk izprastu, skatiet shēmu.
Power Bank un 12v svina skābes akumulators barošanas avotam:
Paturiet prātā, ka Raspberry Pi jādarbojas bez strāvas, tāpēc mēs darbināsim PI, izmantojot Power Bank (A akumulatoru komplekts 10000mAH), un 9WATT LED lampu darbinās + 12V, 7AH noslēgta LEAD ACID akumulators. LED lampu nevar darbināt ar strāvas banku, jo tās patērē pārāk daudz enerģijas, tāpēc tām jābūt barotām no atsevišķa strāvas avota.
Jūs varat darbināt Raspberry Pi ar + 12V akumulatoru, ja jums ir efektīvs + 12V līdz + 5v pārveidotājs. Ar šo pārveidotāju jūs varat novadīt strāvas banku un barot visu ķēdi ar vienu akumulatora avotu.
Ķēdes skaidrojums:
Aveņu Pi avārijas gaismas shēma ir dota zemāk:
Šeit LM324 IC iekšpusē esam izmantojuši trīs no četriem salīdzinātājiem. Divas no tām tiks izmantotas gaismas intensitātes līmeņa noteikšanai, bet trešā - + 12V akumulatora zema sprieguma līmeņa noteikšanai.
1. OP-AMP1 vai U1A: šī salīdzinātāja negatīvais terminālis ir aprīkots ar 1,2 V (pielāgojiet RV2, lai iegūtu spriegumu), un pozitīvais spaile ir pievienota LDR sprieguma dalītāja tīklam. Kad ēna nokrīt uz LDR, tā iekšējā pretestība palielinās. Palielinoties LDR iekšējai pretestībai, palielinās sprieguma kritums OP-AMP1 pozitīvajā spailē. Kad šis spriegums ir lielāks par 1,2 V, OP-AMP1 nodrošina + 3,3 V izeju. Šo OP-AMP AUGSTO loģisko izvadi noteiks Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 vai U1B: šī salīdzinātāja negatīvais spailes ir aprīkots ar 2,2 V (pielāgojiet RV3, lai iegūtu spriegumu), un pozitīvais spaile ir pievienota LDR sprieguma dalītāja tīklam. Tā kā ēna, kas nokrīt uz LDR, vēl vairāk palielinās, tā iekšējā pretestība kļūst vēl lielāka. Turpinot LDR iekšējās pretestības pieaugumu, palielinās sprieguma kritums OP-AMP2 pozitīvajā spailē. Kad šis spriegums ir lielāks par 2,2 V, OP-AMP2 nodrošina + 3,3 V izeju. Šo OP-AMP AUGSTO loģisko izvadi noteiks Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 vai U1C: šo OP-AMP izmantos, lai noteiktu zema sprieguma līmeni + 12 V akumulatoriem. Šī salīdzinātāja negatīvais spailes ir aprīkots ar 2,1 V (pielāgojiet RV1, lai iegūtu spriegumu), un pozitīvais spaile ir savienota ar sprieguma dalītāja ķēdi. Šis dalītājs akumulatora spriegumu dala 1 / 5,7 reizes, tādējādi 12,5 V akumulatora spriegumam mums būs 2,19 V pie OP-AMP3 pozitīvā spailes. Kad akumulatora spriegums nokrītas zem 12,0 V, spriegums pozitīvajā spailē būs <2,1 V. Tātad, ja 2.1v negatīvā spailē OP-AMP izeja ir zema. Tātad, kad akumulatora spriegums nokrītas zem 12 V (pozitīvajā spailē tas nozīmē zem 2,1 V), OP-AMP izvelk izvadi, šo loģiku atklās Raspberry Pi.
Darba skaidrojums:
Visu šīs Raspberry Pi avārijas spuldzes funkciju var norādīt šādi:
Vispirms Raspberry Pi nosaka, vai strāvas avots ir vai nav, uztverot loģiku pie GPIO23, kur tiek ņemts + 3,3 V no maiņstrāvas adaptera. Pēc strāvas padeves izslēgšanās + 5 V no adaptera izslēdzas, un Raspberry Pi pāriet uz nākamo soli tikai tad, ja tiek konstatēta šī LOW loģika, ja ne PI nepāriet uz nākamo soli. Šī ZEMĀ loģika notiek tikai tad, kad maiņstrāva tiek izslēgta.
Nākamais PI pārbauda, vai LEAD ACID akumulatora līmenis ir ZEMS. Šo loģiku nodrošina OP-AMP3 vietnē GPIO16. Ja loģika ir LOW, PI nepāriet uz nākamo soli. Ja akumulatora spriegums pārsniedz + 12 V, PI pāriet uz nākamo soli.
Nākamais Raspberry Pi pārbauda, vai tumsa telpā ir AUGSTA, šo loģiku nodrošina OP-AMP2 GPIO20. Ja jā, PI nodrošina PWM (impulsa platuma modulācija) izeju ar 99% darba ciklu. Šis PWM signāls vada opto savienotāju, kas vada MOSFET. MOSFET nodrošina 9WATT LED iestatīšanu, kā parādīts attēlā. Ja nav pilnīgi tumšs, PI pāriet uz nākamo soli. Uzziniet vairāk par PWM Raspberry Pi šeit.
Tad Raspberry Pi pārbauda, vai tumsa telpā ir Zema, šo loģiku nodrošina OP-AMP1 GPIO21. Ja jā, PI nodrošina PWM (impulsa platuma modulācija) izvadi ar 30% darba ciklu. Šis PWM signāls vada opto savienotāju, kas vada MOSFET. MOSFET nodrošina 9WATT LED iestatīšanu, kā parādīts attēlā. Ja telpā ir pienācīga gaisma, tad Raspberry Pi nenodrošina PWM izvadi, tāpēc LAMP būs pilnībā izslēgts.
Tātad, lai ieslēgtu šo avārijas spuldzi, abiem nosacījumiem jābūt Patiesiem, tas nozīmē, ka maiņstrāvas līnijai jābūt izslēgtai un telpā jābūt tumšai. Jūs varat iegūt skaidru izpratni, pārbaudot pilnu Python kodu un video zemāk.
Šim avārijas lukturim varat pievienot vēl interesantākas funkcijas un tumšuma līmeni. Pārbaudiet arī mūsu citas Power Electronics shēmas:
- 0-24v 3A mainīgs barošanas avots, izmantojot LM338
- 12v akumulatora lādētāja ķēde, izmantojot LM317
- 12 V līdz 220 V maiņstrāvas pārveidotāja ķēde
- Mobilā tālruņa lādētāja shēma