Ночной свет, обнаружение движения и темноты - без микро: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:47

Это наставление о том, как не дать вам ушибиться пальцем ноги при ходьбе по темной комнате. Можно сказать, что это для вашей же безопасности, если вы встаете ночью и пытаетесь безопасно добраться до двери. Конечно, вы можете использовать прикроватную лампу или основной свет, потому что рядом с вами есть выключатель, но насколько это удобно, чтобы ослеплять глаза лампочкой мощностью 60 Вт, когда вы только что проснулись?

Речь идет о светодиодной ленте, которую вы устанавливаете под кроватью, которая контролируется двумя датчиками, которые определяют движение и уровень темноты в вашей комнате. Он будет работать с низким энергопотреблением и яркостью, чтобы обеспечить очень приятный свет в ночное время. Также есть возможность управлять порогом яркости, чтобы сделать его подходящим для любой среды. Для выполнения этого проекта микроконтроллер не требуется. Это снижает количество необходимых компонентов и снижает сложность. Кроме того, это довольно простая задача, если у вас уже есть некоторые знания в области схемотехники электронного оборудования.

Шаг 1. Принцип работы и компоненты

Основной принцип работы этого фонаря заключается в том, что он имеет два последовательно соединенных Mosfet со светодиодом. МОП-транзисторы, которые должны быть логического типа - объяснение позже - включаются двумя разными подсхемами, одна из которых реагирует на темноту, а другая - на движение. Если обнаружен только один из них, включается только один транзистор, а другой по-прежнему блокирует ток, протекающий через светодиод. Эта комбинация очень важна, так как вы потратите заряд батареи, если включите свет днем или без движения ночью. Компоненты и схема были выбраны таким образом, чтобы вы могли оптимизировать параметры для вашего собственного местоположения и условий в нем.

Кроме того, для размещения компонентов был напечатан трехмерный корпус, что на самом деле не является необходимым по функциональным причинам, но имеет практическое назначение.

ОБНОВЛЕНИЕ: после того, как я опубликовал этот пост, была разработана новая версия корпуса. Корпус, напечатанный на 3D-принтере, теперь содержит также светодиоды, что делает его универсальным решением. Изображения во введении к этому посту (новая модель) отличаются от изображений в шаге 7 «Электропитание и корпус» (старая модель)

Спецификация материалов:

4 батарейки 1,5 В 1 x GL5516 - LDR 1 фиксированный резистор 1 МОм (R1) 1 потенциометр 100 кОм 1 фиксированный резистор 100 кОм (R2) 1 x TS393CD - двойной компаратор напряжения 1 x HC-SR501 - датчик движения PIR 1 фиксированный резистор 2 кОм (R6) 2 фиксированный резистор 220 Ом (R3 и R4) 2x IRLZ34N n-канальных Mosfet 4x кабельных наконечника плоских 4x кабельных наконечника (противоположная часть)

Шаг 2: определение яркости

Чтобы почувствовать яркость комнаты, я использовал светозависимый резистор (LDR). Я создал делитель напряжения с постоянным резистором на 1 МОм. Это необходимо, потому что в темноте сопротивление LDR достигает одинаковых величин. Падение напряжения на LDR пропорционально «темноте».

Шаг 3: Установка опорного напряжения для порога темноты

Ночной свет будет сиять, когда будет превышен определенный порог тьмы. Выход делителя напряжения LDR необходимо сравнить с определенным эталоном. Для этого используется второй делитель напряжения. Одно из его сопротивлений - потенциометр. Это позволяет изменять пороговое напряжение (пропорциональное темноте). Потенциометр (R_pot) имеет максимальное сопротивление 100 кОм. Постоянный резистор (R2) тоже 100 кОм.

Шаг 4: переключатель, зависящий от яркости

Напряжения двух описанных делителей напряжения подаются на операционный усилитель. Сигнал LDR подключается к инвертирующему входу, а опорный сигнал - к неинвертирующему входу. Операционный усилитель не имеет петли обратной связи, что означает, что он будет усиливать разницу между двумя входами на величину более 10E + 05 и, таким образом, работать как компаратор. Если напряжение на инвертирующем входе выше по сравнению с другим, он подключит свой выходной контакт к верхней шине (Vcc) и, следовательно, включит Mosfet Q1. Противоположный случай создаст потенциал земли на выходном контакте компаратора, который отключает МОП-транзистор. Фактически, есть небольшая область, где компаратор будет выводить что-то между GND и Vcc. Это происходит, когда оба напряжения почти одинаковы. Эта область может привести к тому, что светодиоды будут менее яркими.

Выбранный операционный усилитель TS393 представляет собой компаратор с двойным напряжением. Также можно использовать другие подходящие и, возможно, более дешевые. TS393 - это пережиток старого проекта.

Шаг 5: Обнаружение движения

Пассивный инфракрасный датчик HC-SR501 - очень простое решение. Он имеет встроенный микроконтроллер, который фактически выполняет обнаружение. Он имеет два контакта для питания (Vcc и GND) и один выходной контакт. Выходное напряжение составляет 3,3 В, поэтому мне пришлось использовать Mosfet логического уровня. Тип логического уровня гарантирует, что Mosfet работает в области насыщения только с напряжением 3,3 В. Датчик PIR состоит из нескольких пироэлектрических элементов, которые реагируют изменением напряжения на инфракрасное излучение, передаваемое, например, человеческими телами. Это также означает, что он может обнаруживать такие вещи, как радиаторы холодного отопления, залитые горячей водой. Вы должны проверить условия окружающей среды и соответственно выбрать ориентацию датчика. Угол обзора ограничен 120 °. У него есть два триммера, которые можно использовать для увеличения чувствительности и времени задержки. Вы можете изменить чувствительность, чтобы увеличить диапазон наблюдаемой области. Подстроечный резистор задержки может использоваться для регулировки времени, в течение которого датчик выдает высокий логический уровень.

В окончательной версии электрической схемы вы можете видеть, что между выходом датчика и затвором Q2 последовательно установлен резистор для ограничения тока, потребляемого датчиком (R4 = 220 Ом).

Шаг 6: Сборка электроники

После понимания функций каждого компонента можно построить всю схему. Сначала это нужно сделать на макете! Если вы начнете со сборки на печатной плате, потом будет сложнее изменить или оптимизировать схему. Фактически, вы можете видеть на фотографии моей печатной платы, что я немного переделал, и поэтому она выглядит немного неаккуратно.

Выход компаратора должен быть оснащен подтягивающим резистором R6 (2 кОм) - если вы используете другой компаратор, обязательно сверьтесь с таблицей данных. Дополнительный резистор R3 помещается между компаратором и Mosfet Q1 по той же причине, что и для PIR. Сопротивление R5 зависит от вашего светодиода. В этом случае использовалась короткая светодиодная лента. В него уже встроены светодиоды, а также резистор R5. Таким образом, в моем случае R5 не собирается.

Шаг 7: Источник питания и корпус

ОБНОВЛЕНИЕ: Корпус, показанный в самом начале этого поста, представляет собой переработанный дизайн. Это было сделано для того, чтобы получить единое решение. Светодиоды светятся изнутри через «прозрачный» пластиковый слой. Если это неприменимо для вас, здесь на этом этапе показана первая концепция первого прототипа. (Если есть интерес к новому дизайну, тоже могу прикрепить)

Как упоминалось ранее, система будет питаться от четырех батареек AAA 1,5 В. На самом деле, вам может быть удобнее использовать одну батарею на 9 В и поставить регулятор напряжения перед всей цепью. Тогда вам также не придется распечатывать 3-D корпус батареи, который соединяется с батареями кабельными наконечниками.

Корпус является первым простым прототипом и имеет несколько отверстий для датчиков. На самом первом изображении вы можете увидеть большое отверстие спереди для датчика движения и левое верхнее отверстие для LDR. Светодиодная лента должна располагаться вне корпуса на таком же расстоянии, чтобы она не влияла на LDR.