Night Light Motion & Darkness Sensing - No Micro: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Questo tutorial ti impedisce di sbattere il piede quando cammini in una stanza buia. Potresti dire che è per la tua sicurezza se ti alzi di notte e cerchi di raggiungere la porta in sicurezza. Certo potresti usare una lampada da comodino o le luci principali perché hai un interruttore proprio accanto a te, ma quanto è comodo abbagliare i tuoi occhi con una lampadina da 60W appena sveglia?

Si tratta di una striscia LED che monti sotto il letto e che è controllata da due sensori che rilevano il movimento e il livello di oscurità nella tua stanza. Funzionerà a bassa potenza e luminosità per fornire una luce molto piacevole di notte. C'è anche la possibilità di controllare la soglia di luminosità per renderlo adatto ad ogni ambiente. Non è necessario alcun microcontrollore per condurre questo progetto. Ciò riduce il numero di componenti necessari e la complessità. Inoltre, è un compito abbastanza facile se hai già una certa conoscenza dei circuiti hardware dell'elettronica.

Fase 1: Principio di funzionamento e componenti

Il principio di funzionamento di base di questa luce è che ha due Mosfet in serie con un LED. I Mosfet, che devono essere del tipo a livello logico - spiegazione più avanti - vengono accesi da due diversi sottocircuiti di cui uno risponde al buio e l'altro al movimento. Se viene rilevato solo uno di essi, viene acceso solo un transistor e l'altro blocca ancora il flusso di corrente attraverso il LED. Questa combinazione è abbastanza essenziale in quanto sprecheresti la carica della batteria se attivi la luce durante il giorno o senza movimento di notte. I componenti e il circuito sono stati scelti in modo da poter ottimizzare i parametri per la propria posizione e le condizioni in essa presenti.

Inoltre, è stato stampato in 3D un alloggiamento per adattarsi ai componenti, il che non è realmente necessario per motivi di funzionalità ma ha uno scopo pratico.

AGGIORNAMENTO: Una nuova versione dell'alloggiamento è stata progettata dopo che ho pubblicato questo post. L'alloggiamento stampato in 3D ora contiene anche i LED, il che lo rende una soluzione "tutto in uno". Le immagini dell'introduzione di questo post (nuovo modello) differiscono da quelle del passaggio 7 "Alimentazione e custodia" (vecchio modello)

Distinta base:

4x batterie 1,5V1x GL5516 - LDR1x resistenza fissa da 1 MOhm (R1)1x potenziometro da 100 kOhm1x resistenza fissa da 100 kOhm (R2)1x TS393CD - comparatore a doppia tensione1x HC-SR501 - sensore di movimento PIR1x resistenza fissa da 2 kOhm (R6)2x resistenza fissa da 220 Ohm (R3&R4)2x IRLZ34N Mosfet a canale n4x capicorda piatti4x capicorda (parte opposta)

Passaggio 2: rilevamento della luminosità

Per rilevare la luminosità della stanza ho usato un resistore dipendente dalla luce (LDR). Ho creato un partitore di tensione con una resistenza fissa da 1MOhm. Ciò è necessario perché nell'oscurità la resistenza dell'LDR raggiunge magnitudini simili. La caduta di tensione attraverso l'LDR è proporzionale al "buio".

Passaggio 3: impostazione della tensione di riferimento per la soglia di oscurità

La luce notturna risplenderà quando viene superata una certa soglia di oscurità. L'uscita del partitore di tensione LDR deve essere confrontata con un certo riferimento. A tale scopo viene utilizzato un secondo partitore di tensione. Una delle sue resistenze è un potenziometro. Ciò rende modificabile la tensione di soglia (proporzionale all'oscurità). Il potenziometro (R_pot) ha una resistenza massima di 100 kOhm. Anche la resistenza fissa (R2) è di 100 kOhm.

Passaggio 4: interruttore dipendente dalla luminosità

Nell'amplificatore operazionale vengono alimentate le tensioni dei due divisori di tensione descritti. Il segnale LDR è collegato all'ingresso invertente e il segnale di riferimento all'ingresso non invertente. L'OpAmp non ha un circuito di retroazione, il che significa che amplificherà la differenza dei due ingressi di magnitudini superiori a 10E+05 e quindi funzionerà come comparatore. Se la tensione all'ingresso invertente è maggiore rispetto all'altra, collegherà il suo pin di uscita al binario superiore (Vcc) e quindi accenderà il Mosfet Q1. Il caso opposto produrrà un potenziale di massa sul pin di uscita del comparatore che spegne il Mosfet. In effetti c'è una piccola regione in cui il comparatore emetterà qualcosa tra GND e Vcc. Ciò accade quando entrambe le tensioni hanno quasi lo stesso valore. Questa regione potrebbe avere l'effetto di rendere i LED meno luminosi.

Il TS393 OpAmp scelto è un comparatore a doppia tensione. Possono essere utilizzati anche altri adatti e possibilmente più economici. Il TS393 era solo un residuo di un vecchio progetto.

Passaggio 5: rilevamento del movimento

Il sensore a infrarossi passivo HC-SR501 è una soluzione molto semplice qui. Ha un microcontrollore costruito su di esso che fa il rilevamento in effetti. Ha due pin per l'alimentazione (Vcc e GND) e un pin di uscita. La tensione di uscita è di 3,3V perchè infatti ho dovuto utilizzare il tipo Mosfet a livello logico. Il tipo di livello logico assicura che il Mosfet sia guidato nella sua regione di saturazione con solo 3,3 V. Il sensore PIR è costituito da diversi elementi piroelettrici che rispondono con una variazione di tensione alla radiazione infrarossa trasmessa, ad esempio, dal corpo umano. Ciò significa anche che potrebbe rilevare cose come i radiatori di riscaldamento a freddo che sono inondati di acqua calda. È necessario controllare le circostanze ambientali e scegliere di conseguenza l'orientamento del sensore. L'angolo di osservazione è limitato a 120°. Ha due trimmer che puoi usare per aumentare la sensibilità e il tempo di ritardo. È possibile modificare la sensibilità per aumentare la portata dell'area che si desidera osservare. Il trimmer di ritardo può essere utilizzato per regolare il tempo per il quale il sensore emette un livello logico alto.

Nella versione finale dello schema elettrico si vede che tra l'uscita dei sensori e il gate di Q2 è presente una resistenza in serie per limitare la corrente prelevata dal sensore (R4=220 Ohm).

Passaggio 6: assemblaggio dell'elettronica

Dopo aver compreso la funzionalità di ogni componente, è possibile costruire l'intero circuito. Questo dovrebbe essere fatto prima su una breadboard! Se inizi ad assemblarlo su un circuito stampato, sarà più difficile modificare o ottimizzare il circuito in seguito. In effetti puoi vedere dalla foto del mio circuito che ho fatto qualche rielaborazione e quindi sembra un po' disordinato.

L'uscita del comparatore deve essere dotata di un resistore di pull-up R6 (2 kOhm) - se si utilizza un comparatore diverso, assicurarsi di controllare la scheda tecnica. Un resistore aggiuntivo R3 è posto tra comparatore e Mosfet Q1 per lo stesso motivo descritto per il PIR. La resistenza R5 dipende dal tuo LED. In questo caso è stato utilizzato un breve pezzo di striscia LED. Ha i LED e il resistore R5 già integrati. Quindi nel mio caso R5 non è assemblato.

Passaggio 7: alimentazione e custodia

AGGIORNAMENTO: L'alloggiamento mostrato all'inizio di questo post è una riprogettazione. È stato fatto per avere una soluzione completa. I LED brillano dall'interno attraverso uno strato di plastica "trasparente". Se questo non è applicabile per te, il primo concetto del primo prototipo è mostrato qui in questo passaggio. (Se c'è interesse per il nuovo design, posso allegarlo anche io)

Come accennato in precedenza, quattro batterie AAA da 1,5 V alimenteranno il sistema. In effetti potrebbe essere più piacevole per te utilizzare una batteria da 9V e mettere un regolatore di tensione davanti all'intero circuito. Quindi non è nemmeno necessario stampare in 3D un alloggiamento della batteria che si collega alle batterie tramite capicorda.

La custodia è un primo semplice prototipo e presenta dei fori per i sensori. Nella primissima immagine puoi vedere il grande foro davanti per il sensore di movimento e il foro in alto a sinistra per l'LDR. La striscia LED dovrebbe essere al di fuori dell'alloggiamento alla stessa distanza in quanto potrebbe influenzare l'LDR.