In questa sessione realizzeremo una lampada di emergenza da 9WATT utilizzando Raspberry Pi e Python. Questa lampada rileverà automaticamente l'oscurità e l'assenza di alimentazione CA e si accenderà quando si verifica un'interruzione di corrente e la luce adeguata non è presente.
Sebbene siano disponibili varie lampade di emergenza, ma sono esclusivamente dedicate a un unico scopo, come un semplice circuito per luci di emergenza che abbiamo creato in precedenza, si attiva solo in caso di interruzione di corrente. Con Raspberry Pi possiamo aggiungere varie altre funzionalità, come qui abbiamo aggiunto LDR per rilevare l'oscurità a vari livelli. Qui abbiamo aggiunto due livelli, quando è completamente buio, la lampada si illuminerà con la massima intensità e quando è semi scuro, si illuminerà al 30% della capacità. Quindi qui progetteremo questa lampada in modo che si accenda quando l'alimentazione di linea CA è spenta e quando l'intensità della luce nella stanza è molto bassa.
Componenti richiesti:
Qui stiamo usando Raspberry Pi 2 Model B con Raspbian Jessie OS. Tutti i requisiti hardware e software di base sono stati discussi in precedenza, puoi cercarli nell'introduzione di Raspberry Pi e LED Raspberry PI lampeggiante per iniziare, oltre a quello di cui abbiamo bisogno:
- Condensatore da 1000µF
- LED 1WATT (9 pezzi)
- Batteria al PIOMBO sigillata + 12V
- Banca di potere 6000-10000mAH
- + 5 V DC adattatore
- Chip Lm324 OP-AMP
- Fotoaccoppiatore 4N25
- MOSFET IRFZ44N
- LDR (resistenza dipendente dalla luce)
- LED (1 pezzo)
- Resistori: 1KΩ (3 pezzi), 2,2KΩ, 4,7KΩ, 100Ω (2 pezzi), 10Ω (9 pezzi), 10KΩ, 100KΩ
- Pot 10KΩ (3 pezzi) (tutti i resistori sono da 0,25 watt)
Descrizione:
Prima di entrare in Circuit Connections e nel suo funzionamento, impareremo a conoscere i componenti e il loro scopo nel circuito:
Lampada LED da 9 Watt:
La LAMPADA è composta da nove LED da 1WATT. Esistono diversi tipi di LED presenti sul mercato, ma i LED da 1WATT sono facilmente disponibili ovunque. Questi LED funzionano a 3,6 V, quindi ne collegheremo tre in serie insieme a diodi di protezione per funzionare a + 12V. Collegheremo tre di queste strisce formando una lampada LED da 9WATT. Azioneremo questa lampada con Raspberry Pi di conseguenza.
LDR (Light Dependent Resistor) per rilevare l'oscurità:
Useremo LDR (Light Dependent Resistor) per rilevare l'intensità della luce nella stanza. L'LDR cambia la sua resistenza linearmente con l'intensità della luce. Questo LDR sarà collegato al partitore di tensione. Con ciò avremo una tensione variabile per rappresentare l'intensità della luce variabile. Se l'intensità della luce è BASSA, l'uscita di tensione sarà ALTA e se l'intensità della luce se l'uscita di tensione ALTA sarà BASSA.
IC amplificatore operazionale LM324 per il controllo dell'uscita LDR:
Raspberry Pi non dispone di un meccanismo ADC interno (convertitore da analogico a digitale). Quindi questa configurazione non può essere collegata direttamente a Raspberry Pi. Useremo comparatori basati su OP-AMP per controllare le uscite di tensione da LDR.
Qui abbiamo usato l' amplificatore operazionale LM324 che ha quattro amplificatori operazionali al suo interno e abbiamo usato due amplificatori operazionali su questi quattro. Quindi il nostro PI sarà in grado di rilevare l' intensità della luce a due livelli. A seconda di questi livelli regoleremo la luminosità della lampada LED. Quando è completamente buio, la lampada si illuminerà a piena intensità e quando è quasi buio, si illuminerà al 30% della capacità. Controlla il codice e il video Python, alla fine, per capirlo correttamente. Qui abbiamo utilizzato il concetto PWM in Raspberry Pi per controllare l'intensità dei LED.
Raspberry Pi ha 26GPIO, di cui alcuni vengono utilizzati per funzioni speciali. Con GPIO speciale messo da parte, abbiamo 17 GPIO. Ciascuno dei 17 pin GPIO non può assumere una tensione superiore a + 3,3 V, quindi le uscite dell'amplificatore operazionale non possono essere superiori a 3,3 V. Quindi abbiamo scelto l' amplificatore operazionale LM324, poiché questo chip può funzionare a + 3,3 V fornendo uscite logiche non più di + 3,3 V. Ulteriori informazioni sui pin GPIO di Raspberry Pi qui. Controlla anche la nostra serie di tutorial Raspberry Pi insieme ad alcuni buoni progetti IoT.
Adattatore da CA a CC per controllare la linea CA:
Useremo la logica della tensione di uscita dell'adattatore da CA a CC per rilevare lo stato della linea CA. Sebbene ci siano vari modi per rilevare lo stato della linea CA, questo è il modo più sicuro e semplice da percorrere. Prenderemo la logica + 5V dall'adattatore e la forniremo a Raspberry Pi attraverso un circuito divisore di tensione per convertire la logica alta da + 5V in logica HIGH + 3.3v. Vedere lo schema del circuito per una migliore comprensione.
Power Bank e batteria al piombo 12v per l'alimentazione:
Tieni presente che Raspberry Pi deve funzionare in assenza di alimentazione, quindi guideremo il PI utilizzando un Power Bank (un pacco batteria da 10000 mAH) e la lampada a LED da 9 WATT sarà alimentata da una batteria AL PIOMBO sigillata da + 12V, 7AH. La lampada a LED non può essere alimentata da power bank poiché assorbono troppa energia, quindi devono essere alimentati da una fonte di alimentazione separata.
Puoi alimentare il Raspberry Pi con una batteria da + 12V se hai un efficiente convertitore da + 12V a + 5v. Con quel convertitore puoi abbandonare il power bank e alimentare l'intero circuito con una singola fonte di batteria.
Spiegazione del circuito:
Di seguito è riportato lo schema del circuito della luce di emergenza Raspberry Pi:
Qui abbiamo usato tre comparatori su quattro all'interno dell'LM324 IC. Due di questi verranno utilizzati per rilevare i livelli di intensità della luce e il terzo verrà utilizzato per rilevare il livello di bassa tensione della batteria + 12V.
1. OP-AMP1 o U1A: il terminale negativo di questo comparatore è dotato di 1,2 V (regolare RV2 per ottenere la tensione) e il terminale positivo è collegato alla rete del partitore di tensione LDR. Quando l'ombra cala sull'LDR, la sua resistenza interna aumenta. Con l'aumento della resistenza interna di LDR, la caduta di tensione sul terminale positivo di OP-AMP1 aumenta. Una volta che questa tensione supera 1,2 V, l'OP-AMP1 fornisce un'uscita di + 3,3 V. Questa uscita logica ALTA di OP-AMP verrà rilevata da Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 o U1B: il terminale negativo di questo comparatore è dotato di 2,2 V (regolare RV3 per ottenere la tensione) e il terminale positivo è collegato alla rete del partitore di tensione LDR. Man mano che l'ombra che cade sull'LDR aumenta ulteriormente, la sua resistenza interna aumenta ancora. Con un ulteriore aumento della resistenza interna di LDR, la caduta di tensione sul terminale positivo di OP-AMP2 aumenta. Quando questa tensione supera i 2,2 V, l'OP-AMP2 fornisce un'uscita di + 3,3 V. Questa uscita logica ALTA di OP-AMP verrà rilevata da Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 o U1C: questo OP-AMP verrà utilizzato per rilevare il livello di bassa tensione del pacco batteria da + 12v. Il terminale negativo di questo comparatore è dotato di 2,1 V (regolare RV1 per ottenere la tensione) e il terminale positivo è collegato a un circuito divisore di tensione. Questo divisore divide la tensione della batteria di 1 / 5,7 volte, quindi per una tensione della batteria di 12,5 V avremo 2,19 V al terminale positivo di OP-AMP3. Quando la tensione della batteria scende al di sotto di 12,0 V, la tensione sul terminale positivo sarà <2,1 V. Quindi con il 2.1v al terminale negativo, l'uscita OP-AMP si abbassa. Quindi, quando la tensione della batteria scende al di sotto di 12V (significa sotto 2,1 V al terminale positivo), l'OP-AMP abbassa l'uscita, questa logica verrà rilevata da Raspberry Pi.
Spiegazione di lavoro:
L'intera funzione di questa lampada di emergenza Raspberry Pi può essere definita come:
Il primo Raspberry Pi rileva se è presente o meno l' alimentazione CA rilevando la logica su GPIO23, dove vengono prelevati + 3,3 V dall'adattatore CA. Una volta che l'alimentazione si spegne, + 5V dall'adattatore si spegne e Raspberry Pi passa al passaggio successivo solo se viene rilevata questa logica BASSA, in caso contrario PI non si sposterà al passaggio successivo. Questa logica BASSA si verifica solo quando l'alimentazione CA viene disattivata.
Successivamente PI controlla se il livello della batteria ACIDO PIOMBO è BASSO. Questa logica è fornita da OP-AMP3 su GPIO16. Se la logica è BASSA, PI non passa al passaggio successivo. Con una tensione della batteria superiore a + 12V, PI passa alla fase successiva.
Successivamente Raspberry Pi controlla se l'oscurità nella stanza è ALTA, questa logica è fornita da OP-AMP2 su GPIO20. In caso affermativo, PI fornisce l'uscita PWM (Pulse Width Modulation) con un ciclo di lavoro del 99%. Questo segnale PWM pilota l'accoppiatore ottico che pilota il MOSFET. MOSFET alimenta la configurazione LED da 9WATT come mostrato in figura. Se l'oscurità non è completa, PI passa alla fase successiva. Scopri di più su PWM in Raspberry Pi qui.
Quindi Raspberry Pi controlla se l'oscurità nella stanza è BASSA, questa logica è fornita da OP-AMP1 su GPIO21. In caso affermativo, PI fornisce l'uscita PWM (Pulse Width Modulation) con un ciclo di lavoro del 30%. Questo segnale PWM pilota l'accoppiatore ottico che pilota il MOSFET. MOSFET alimenta la configurazione LED da 9WATT come mostrato in figura. Se c'è una luce adeguata nella stanza, il Raspberry Pi non fornisce l'uscita PWM, quindi la LAMPADA sarà completamente SPENTA.
Quindi, per accendere questa lampada di emergenza, entrambe le condizioni devono essere Vere, significa che la linea CA deve essere spenta e deve esserci buio nella stanza. Puoi ottenere una chiara comprensione controllando il codice e il video Python completi di seguito.
È possibile aggiungere ulteriormente funzionalità e livelli di oscurità più interessanti a questa lampada di emergenza. Controlla anche i nostri più circuiti di elettronica di potenza:
- Alimentatore variabile 0-24v 3A con LM338
- Circuito caricabatteria da 12 V con LM317
- Circuito inverter da 12 V CC a 220 V CA.
- Circuito del caricatore del telefono cellulare