Otomatik Giriş Aydınlatması: 10 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Evin içindeki girişe otomatik aydınlatma kurmak istiyorum. Çoğu durumda, bir PIR (Pasif Kızılötesi Sensör) hareket algılama anahtarı ve bir lamba yeterli olacaktır, ancak dışarıya takılan bir sensör beceriksiz göründüğü için bu fikri bırakıyorum.

Bu projedeki amacım:

1. Aydınlatmanın görünümü basit ve düşük profilli görünmelidir.
2. Projede yeni şeyler denemek ve yeni fikirleri doğrulamak da benim ilgi alanım:

• Karmaşık geometri için 3B Baskıyı kullanın.
• Elektronik için Devre Tasarımı, PCB (Baskılı Devre Kartı) Düzeni ve Prototipleme.
• Daha önce WiFi-MCU (Mikrodenetleyici) ESP32'yi kullandım. MCU ile http sunucusu üzerinden etkileşime geçebildiğimiz için, sensör sinyalini okumak ve aydınlatma parametrelerini ayarlamak için web tabanlı bir arayüzümüz olması uygun değil mi?

Bu fikirlere dayanarak bir Mockup yaptım ve çalıştığını doğruladım; Aydınlatma sistemini tasarlıyorum ve yapıyorum.

Not:

• Bu projede belirtilen fiziksel ölçüler 1m x 1.5m'lik bir alanı aydınlatmak içindir. Tasarımınızı ölçeklendirmek için referans olarak kullanabilirsiniz.
• Bu projedeki bazı işler tehlikeli olabilir, test ve kurulum öncesi gerekli önlemleri alınız.
• Bileşenleri yapmak için tüm ekipman ve araçlara sahip değilim. Sonuç olarak, 3D baskı ve PCB üretim işlerini profesyonel stüdyolara dış kaynak olarak sağlıyorum. Fusion 360 ve EAGLE gibi CAD, bu senaryoda çok yardımcı olur. İlerleyen bölümlerde daha fazla konuşacağım.

Adım 1: Tasarıma Genel Bakış, Düzen ve Model

Benim fikrim, bir aydınlatma sistemini ahşap bölmenin içinde “gizlemek”, ancak bir açıklık yoluyla aydınlatmaya izin vermek.

Önce tüm sahneyi modellemek için Fusion360 kullanıyorum. Nasıl kullanılacağına ilişkin Eğitimi ziyaret edebilirsiniz. CAD, tasarım aşamasında daha iyi görselleştirme için çok yardımcı olur.

Örneğin, yaklaşan insanları takip etmek ve ışığı açmak için kızılötesi sensörler kullanıyoruz. Bu nedenle sensörlerin doğru konumlandırılması gerekir. Modelde sadece Kızılötesi ışın yolunu çizebiliriz. Önceden karmaşık bir hesaplama yapmadan sensörleri istediğimiz şekilde döndürün ve hareket ettirin.

Son olarak şu şekilde yaptım:

• Bir Açıklık oluşturun ve üzerine bir LED montajı kurun.
• Odanın aydınlanmaya yetecek kadar karanlık olup olmadığını kontrol etmek için bir Fotodirenç.
• Girişe yaklaşan birinin olup olmadığını algılamak için 2 Uzun Menzilli Kızılötesi Sensör kullanıyorum, yeterince yakınsa ışığı yakıyorum.
• Kapının açılıp açılmadığını kontrol etmek için başka bir Kısa Menzilli Kızılötesi Sensör.
• Açıklık dar ve bu nedenle sensörleri hassas konumlara yerleştirmemiz gerekiyor. Ayrıca LED ışığın açıklıktan geçmesini yönlendirmek için bir reflektöre ihtiyacımız var. Bu 2 amacı yerine getirmek için tek bir parçayı (Sensör Tutucu) 3D-Baskı yapabiliriz.
• WiFi üzerinden sistem izleme ve parametre ayarı: Sensör okumaları şu anda ne durumda? Işığı açmaya ne kadar yakın? Işık ne kadar karanlık olmalı? Lamba ne kadar süre AÇIK kalmalıdır? ESP32 gibi bir WiFi MCU kullanarak bir web tarayıcısı üzerinden aydınlatmayı kontrol edebiliyoruz.

Adım 2: Açılışın Yapılması

Aletler:

• Kare Cetvel
• Testere - el testeresi veya elektrikle çalışır.
• Matkap - ahşap ve plastikte delme yapabilen el matkabı veya herhangi bir elektrikli tornavida.
• Dosya
• Mala, Zımpara Kağıdı ve Boya Fırçası - yüzeyi orijinal durumuna ve rengine geri döndürmek için.

Malzemeler:

• Akrilik şeritler - Yeterince kalın olması koşuluyla (~5mm) kazınan malzeme iyidir
• Alçı
• İç Cephe Boyası

Prosedürler:

1. Açıklığın boyutunu tanımlamak için bir akrilik şablon yapın. 4 akrilik şeridi istifliyorum ve birbirine yapıştırıyorum. Birbirlerine 90 Derece olduklarından emin olmak için kare bir cetvel kullanın. Açıklığın boyutu 365mm X 42mm'dir.
2. Şablon üzerinde 4 adet montaj deliği açın ve ardından vidaları kullanarak bölmeye sabitleyin.
3. Kenarlar boyunca delikler açın ve istenmeyen alanı kesin.
4. Fazla malzemeyi çıkarmak ve şablon boyunca kenarları düz hale getirmek için bir dosya kullanın.
5. Şablonu kaldırın. Montaj deliklerine ve ahşap yüzeye sıva uygulayınız.
6. Yüzeyi zımparalayın ve sıva uygulayın. Yüzey pürüzsüz olana kadar bu adımları tekrarlayın.
7. Yüzeyi boyayın.

Adım 3: LED Montajını Yapma

Aletler:

• Testere - el testeresi veya elektrikle çalışır.
• Matkap - ahşap ve plastikte delme yapabilen el matkabı veya herhangi bir elektrikli tornavida.
• tel striptizci
• Havya

Malzemeler:

• Ø20mm PVC boru ve tutucular.
• 5W G4 LED ampul ve priz x5
• Elektrik kablosu
• lehim teli
• Büzülme borusunu duyun

Prosedürler:

1. Lamba gövdesi olarak 355 mm uzunluğunda bir PVC boru kesin.
2. Stand olarak her iki uçta iki boru tutucu takın.
3. LED soketleri için PVC boru üzerinde beş adet Ø17 mm delik açın.
4. LED soketlerini takın ve kabloların tüpten çıkacak kadar uzun olduğundan emin olun, çok kısaysa kabloyu uzatın. Işık kaynağı olarak 5W G4 LED lambaları kullanacağımız için 220VAC kaynak için akım ~23mA olacaktır. Orijinal kabloyu lehimlemek için AWG#24 şerit teller kullanıyorum. Eklemli alanı korumak için büzülme borusu kullanın.
5. LED ampulleri LED soketlerine takın.
6. LED lambaları paralel bağlayın.

Adım 4: Sensör Tutucunun Yapılması

Önce sensör tutucuyu modellemek için Fusion360 kullanıyorum. Montajı ve üretimi kolaylaştırmak için sensör tutucu aynı zamanda ışık reflektörü görevi görür ve tek parçadır. Sensör tutucu, IR Menzil sensörlerinin şekillerine uygun montaj boşluklarına sahip olmalıdır. Bu, Fusion360'ı kullanırken kolayca yapılabilir:

1. Sensörleri ve sensör tutucuyu içe aktarın ve istenen konumlara [adım2'de gösterildiği gibi konumlandırın]
2. Tutucu ve sensörler arasında çakışan hacmi kontrol etmek için parazit komutunu kullanın.
3. Sensörleri tutun ve tutucudaki üst üste binen hacmi çıkarın.
4. Modeli yeni bir parça olarak kaydedin. Montaj boşlukları artık sensörlerin şekline sahip!
5. Ayrıca üretim toleransını da hesaba katmalıyız: Sensör boyut toleransı ±0,3 mm ve 3D baskının üretim toleransı ±0,1 mm'dir. Boşluğun oturmasını sağlamak için boşlukların tüm temas yüzeylerinde 0,2 mm dışa doğru kayma yaptım.

Model, 3D baskı için bir stüdyoya gönderilir. Üretim maliyetini düşürmek için 2 mm'lik küçük bir kalınlık kullanıyorum ve malzemeden tasarruf etmek için boş kalıplar oluşturuyorum.

3D baskının geri dönüş süresi yaklaşık 48 saattir ve maliyeti ~32 ABD Dolarıdır. Bitmiş kısım aldığımda zaten zımparalanmıştı, ama çok kaba. Bu nedenle yüzeyleri 400 kumlu ıslak zımpara kağıdı ile düzeltiyorum, ardından iç kısma beyaz boya püskürtüyorum.

Adım 5: Devre Tasarımı

Hedefler ve düşünceler

• Lehim reflow fırınım yok, bu yüzden sadece DIP Paketindeki parçalar dikkate alındı.
• Tek kart tasarımı: PCB, AC-DC güç kaynağı ünitesi dahil tüm bileşenleri içeriyordu.
• Enerji tasarrufu: Sensörleri ve LED lambayı yalnızca giriş yeterince karanlık olduğunda açın.
• Uzaktan yapılandırma: MCU parametrelerini WiFi üzerinden ayarlayın.

devre nasıl çalışır

• Sigorta korumalı (XF1) Terminal Kutusu (TB1) üzerinden AC güç girişi.
• ESP32 MCU (JP1&2) kartına ve sensörlere 5VDC güç sağlamak için minyatür bir AC-DC Güç kaynağı (PS1) kullanılır.
• WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S), bir ADC kanalı (ADC1_CHANNEL_7) kullanarak Fotodirençten (PR) gelen voltaj sinyalini okur. Sinyal eşik değerinden düşükse 3 kızılötesi sensörün tümünü çalıştırmak için GPIO pin22 aracılığıyla MOSFET'i (Q1) açın.
• 3 kızılötesi sensör sinyal çıkışı (IR_Long_1, IR_Long_2, IR_Short) için başka 3 ADC Kanalı (ADC1_CHANNEL_0, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_CHANNEL_6). Sinyal eşikten yüksekse, MOSFET'i (Q2), SSR'yi (K1) açan ve TB1'e bağlı LED Lambaları yakan GPIO pin 21 üzerinden açın.
• MCU, MCU'da ayarlanan parametrelere izin vermek için WiFi Görevini çalıştırarak WiFi Geçişinin (S1) (ADC1_CHANNEL_4) aracılığıyla AÇIK olup olmadığını kontrol eder.

Parça listesi

1. DüğümMCU-32S x1
2. Ortalama Kuyu IRM-10-5 Güç Kaynağı x1
3. Omron G3MC-202P-DC5 Katı Hal Rölesi x1
4. STP16NF06L N-Kanal MOSFET x2
5. Sharp GP2Y0A710K0F Mesafe Ölçüm Sensörü x2
6. Sharp GP2Y0A02YK0F Mesafe Ölçüm Sensörü x1
7. Dişi Başlık 2.54mm -19 pin x2 (veya 19 pin yapmak için herhangi bir başlık kombinasyonu)
8. HB-9500 9.mm aralıklı Terminal Bloğu 4-pin2 (HP-4P) x1
9. KF301 5.08mm aralıklı Terminal Bloğu Konektörü 2 pimli x1
10. KF301 5.08mm aralıklı Terminal Bloğu Konektörü 3 pimli x3
11. SS-12D00 1P2T Geçiş Anahtarı x1
12. BLX-A Sigorta tutucu x1
13. 500mA Sigorta
14. Fotoğraf Direnci x1
15. 1k Ohm Dirençler x3
16. 0.1uF Kondansatörler x3
17. 10uF Kapasitör x1
18. M3X6mm Naylon vidalar x6
19. M3X6mm Naylon havşa başlı vidalar x4
20. M3X8mm Naylon ara parçası x4
21. M3 Naylon fındık x2
22. Plastik muhafaza (86 mm x 84 mm'den büyük boyut)
23. 2W 33k Ohm Direnç x1 (Opsiyonel)

Düşük güç LED'inin Katı Hal Rölesi KAPALI olsa bile hala yanabileceğini unutmayın, bunun nedeni katı hal rölesinin içindeki engelleyicidir. Bu sorunu çözmek için LED Lambaya paralel olarak bir direnç ve kondansatör bağlamanız gerekebilir.

Adım 6: PCB Düzeni ve Montajı

Devreyi yapmak için prototip evrensel PCB kullanabiliriz. Ancak şematik ve yerleşimi tasarlamak için EAGLE CAD kullanmaya çalışıyorum. Pano görüntüleri (Gerber dosyası) üretim için PCB Prototyping Studio'ya gönderilir.

1oz bakır ile 2 katmanlı bir FR4 kartı kullanılır. Montaj delikleri, Deliklerden Kaplama, Sıcak Hava Lehimleme Tesviye, Lehim maskesi katmanı, Serigrafi metni (şimdi mürekkep püskürtmeli baskı kullanıyorlar) gibi özellikler dahildir. 10 adet (MOQ) PCB yapmanın maliyeti ~ 4,2 ABD Dolarıdır - bu kalitede bir iş için makul bir fiyat.

PCB tasarımı için EAGLE kullanımına ilişkin iyi eğitimler var.

Sparkfun'dan:

• EAGLE Kullanımı: Şematik
• EAGLE Kullanımı: Pano Düzeni

Ilya Mikhelson'dan iyi bir Youtube eğitimi:

• Eagle PCB Eğitimi: Şematik
• Eagle PCB Eğitimi: Düzen
• Eagle PCB Eğitimi: Tasarımın Sonlandırılması
• Eagle PCB Eğitimi: Özel Kitaplık

Bileşenleri PCB'ye yerleştirin ve arkadan lehimleyin. Katı Hal Rölesini, sigorta kutusunu ve kapasitörleri sıcak tutkalla güçlendirin. Plastik muhafazanın altına delikler açın ve naylon ara parçalarını takın. Kablo bağlantılarına izin vermek için yan duvarlarda açıklıklar yapın. PCB Düzeneğini ara parçaların üzerine monte edin.

7. Adım: Sensör Kablolarını Uzatın

Orijinal sensör kabloları çok kısa ve uzatma gerekiyor. Sinyal voltajına müdahale etmekten kaynaklanan gürültüyü azaltmak için korumalı 22AWG sinyal kablosu kullanıyorum. Korumayı sensör Topraklamasına, Vcc ve Vo ise diğer kablolara bağladı. Eklemi büzülme borusu ile koruyun.

Fotodirenci aynı şekilde uzatın.

Adım 8: Montaj

1. LED tertibatını takın, standa silikon veya sıcak tutkal sürün ve bölmeye sabitleyin.
2. LED aksamını kapatmak için sensör tutucuyu takın. 3 kızılötesi sensörü sensör tutucularına monte edin.
3. Köşeye yakın bölmede Ø6.5 mm'lik bir delik açın. Fotorezistörü takın, sabitleyin ve kabloyu sıcak tutkal kullanarak sabitleyin.
4. Kontrol devresini içeren muhafazayı duvara monte edin.
5. Aşağıdaki kablo bağlantılarını yapın:

• AC Güç Kaynağını devrenin "AC GİRİŞİ"ne bağlayın.
• LED lamba, devrenin "AC ÇIKIŞI"na güç sağlar.
• Kızılötesi sensörler: Devrede Vcc ila "5V", GND ila "GND", Vo ila "Vout"
• Devrede "PR" için fotodirenç.

Adım 9: Ürün Yazılımı ve Kurulum

Bellenim kaynak kodu bu GitHub Bağlantısından indirilebilir.

WiFi Geçiş düğmesini açın ve cihazı açın. MCU varsayılan olarak SoftAP moduna girer ve WiFi üzerinden "ESP32_Entrance_Lighting" Erişim Noktasına bağlanabilirsiniz.

Tarayıcıda 192.168.10.1'e gidin ve aşağıdaki işlevlere erişin:

1. OTA Firmware Güncellemesi, tarayıcı yüklemesi yoluyla.
2. Parametre Ayarı:

• PhotoResistor - Altında sensörlerin açılacağı Photoresistor Tetikleme Seviyesi (12bit ADC aralığı 0-4095)
• IR_Long1 - Uzun Menzilli Kızılötesi Sensör 1'in lambayı açacağı mesafe (12 bit ADC aralığı 0-4095)
• IR_Long2 - Uzun Menzilli Kızılötesi Sensör 2'nin lambayı açacağı mesafe (12 bit ADC aralığı 0-4095)
• IR_Short - Altında Kısa Menzilli Kızılötesi Sensörün lambayı açacağı mesafe (12bit ADC aralığı 0-4095)
• Light On Time - Lambanın açık kaldığı süre (milisaniye)

"Güncelle"ye tıklayın, tetikleyici seviyeleri metin kutularındaki değerlere ayarlayacaktır.

"Sensör yoklama" seçeneğine tıklayın, ışık seviyesinin fotorezistörün tetikleme seviyesinden daha düşük olması şartıyla mevcut sensör okumaları her saniye güncellenecektir.

Adım 10: Bitirin

Daha fazla iyileştirme hakkında bazı düşünceler:

• Enerji tüketimini azaltmak için MCU derin uyku modu/Ultra Düşük Güç yardımcı işlemcisi.
• Daha hızlı yanıt için geleneksel HTTP mesajı yerine websocket/güvenli websocket kullanma.
• Lazer menzil sensörleri gibi daha düşük maliyetli bileşenlerin kullanılması.

Bu projenin malzeme maliyeti yaklaşık 91 ABD Doları - biraz pahalı ama bence yeni şeyler denemeye ve teknolojiyi keşfetmeye değer.

Proje tamamlandı ve çalışıyor. Umarım bu Eğitilebilirliği beğenirsiniz.