ในช่วงนี้เราจะไปทำให้โคมไฟฉุกเฉิน 9WATT ใช้ Raspberry Pi และ Python หลอดไฟนี้จะตรวจจับความมืดและไม่มีแหล่งจ่ายไฟ AC โดยอัตโนมัติและจะสว่างขึ้นเมื่อไฟฟ้าดับและไม่มีแสงที่เหมาะสม
แม้ว่าจะมีหลอดไฟฉุกเฉินหลายแบบให้ใช้งาน แต่ก็มีไว้เพื่อตอบสนองจุดประสงค์เดียวเท่านั้นเช่นวงจรไฟฉุกเฉินแบบง่ายที่เราสร้างไว้ก่อนหน้านี้จะทริกเกอร์เฉพาะเมื่อไฟฟ้าดับเท่านั้น ด้วย Raspberry Pi เราสามารถเพิ่มฟังก์ชันอื่น ๆ ได้เช่นที่นี่เราได้เพิ่ม LDR เพื่อตรวจจับความมืดในระดับต่างๆ ที่นี่เราได้เพิ่มสองระดับเมื่อมืดสนิทหลอดไฟจะเรืองแสงด้วยความเข้มเต็มที่และเมื่อมีความมืดกึ่งสว่างจะเรืองแสงที่ความจุ 30% ดังนั้นที่นี่เราจะไปในการออกแบบโคมไฟนี้จะถูกเปิดใช้งานเมื่อสายไฟ AC ปิดและเมื่อความเข้มของแสงในห้องพักไปที่ต่ำมาก
ส่วนประกอบที่ต้องการ:
ที่นี่เราจะใช้ ราสเบอร์รี่ Pi 2 รุ่น B กับ Raspbian Jessie OS ข้อกำหนดฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์พื้นฐานทั้งหมดได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้คุณสามารถค้นหาได้ในบทนำ Raspberry Pi และ Raspberry PI LED กะพริบเพื่อเริ่มต้นใช้งานนอกเหนือจากที่เราต้องการ:
- ตัวเก็บประจุ 1,000µF
- 1WATT LED (9 ชิ้น)
- + แบตเตอรี่ตะกั่วกรดปิดผนึก 12V
- ธนาคารพลังงาน 6000-10000mAH
- + อะแดปเตอร์ DC 5V
- Lm324 ชิป OP-AMP
- ออปโตคัปเปลอร์ 4N25
- IRFZ44N มอสเฟต
- LDR (ตัวต้านทานแบบพึ่งพาแสง)
- LED (1 ชิ้น)
- ตัวต้านทาน: 1KΩ (3 ชิ้น), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 ชิ้น), 10Ω (9 ชิ้น), 10KΩ, 100KΩ
- หม้อ10KΩ (3 ชิ้น) (ตัวต้านทานทั้งหมด 0.25 วัตต์)
คำอธิบาย:
ก่อนที่จะเข้าสู่การเชื่อมต่อวงจรและการทำงานเราจะเรียนรู้เกี่ยวกับส่วนประกอบและวัตถุประสงค์ในวงจร:
หลอดไฟ LED 9 วัตต์:
โคมไฟถูกสร้างขึ้นจากเก้าไฟ LED 1 วัตต์ มี LED หลายประเภทที่มีอยู่ในตลาด แต่ LED 1WATT สามารถหาซื้อได้จากทุกที่ LED เหล่านี้ทำงานที่ 3.6V ดังนั้นเราจะเชื่อมต่อสามชุดในอนุกรมพร้อมกับไดโอดป้องกันเพื่อทำงานที่ + 12V เราจะเชื่อมต่อแถบเหล่านี้สามแถบเพื่อสร้างหลอดไฟ LED 9WATT เราจะใช้หลอดนี้กับ Raspberry Pi ตามนั้น
LDR (Light Dependent Resistor) เพื่อตรวจจับความมืด:
เราจะใช้ LDR (Light Dependent Resistor) เพื่อตรวจจับความเข้มของแสงในห้อง LDR เปลี่ยนความต้านทานเชิงเส้นตามความเข้มของแสง LDR นี้จะเชื่อมต่อกับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ด้วยการที่เราจะมีแรงดันไฟฟ้าแปรผันเพื่อแสดงถึงความเข้มแสงที่แปรผัน ถ้าความเข้มของแสงต่ำแรงดันไฟฟ้าจะสูงและถ้าความเข้มของแสงถ้าเอาท์พุทแรงดันไฟฟ้าสูงจะเป็น LOW
Op-amp LM324 IC สำหรับตรวจสอบเอาต์พุต LDR:
Raspberry Pi ไม่มีกลไก ADC (Analog to Digital Converter) ภายใน ดังนั้นการตั้งค่านี้จึงไม่สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับ Raspberry Pi เราจะใช้เครื่องเปรียบเทียบที่ใช้ OP-AMP เพื่อตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าขาออกจาก LDR
ที่นี่เราใช้ op-amp LM324ซึ่งมีแอมป์ปฏิบัติการสี่ตัวอยู่ข้างในและเราได้ใช้ออปแอมป์สองตัวจากสี่ตัวนั้น ดังนั้น PI ของเราจะสามารถตรวจจับแสงความเข้มในสองระดับขึ้นอยู่กับระดับเหล่านี้เราจะปรับความสว่างของหลอดไฟ LED เมื่อมืดสนิทหลอดไฟจะเรืองแสงเต็มความเข้มและเมื่อมืดครึ่งหนึ่งหลอดจะเรืองแสงที่ความจุ 30% ตรวจสอบโค้ด Python และวิดีโอในตอนท้ายเพื่อทำความเข้าใจอย่างถูกต้อง ที่นี่เราใช้แนวคิด PWM ใน Raspberry Pi เพื่อควบคุมความเข้มของ LED
Raspberry Pi มี 26GPIO ซึ่งบางส่วนใช้สำหรับฟังก์ชั่นพิเศษ ด้วย GPIO พิเศษเรามี 17 GPIO หมุด GPIO 17 ตัวแต่ละตัวไม่สามารถรับแรงดันไฟฟ้าได้สูงกว่า + 3.3V ดังนั้นเอาต์พุตของ Op-amp ต้องไม่สูงกว่า 3.3V ดังนั้นเราจึงเลือก op-amp LM324เนื่องจากชิปนี้สามารถทำงานที่ + 3.3V โดยให้เอาต์พุตลอจิกไม่เกิน + 3.3V เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ GPIO Pins ของ Raspberry Pi ที่นี่ ตรวจสอบซีรี่ส์การสอน Raspberry Pi ของเราพร้อมกับโครงการ IoT ที่ดี
อะแดปเตอร์ AC เป็น DC เพื่อตรวจสอบสาย AC:
เราจะใช้ตรรกะแรงดันไฟฟ้าขาออกของอะแดปเตอร์ AC เป็น DCเพื่อตรวจจับสถานะสายไฟ AC แม้ว่าจะมีหลายวิธีในการตรวจจับสถานะสาย AC แต่นี่เป็นวิธีที่ปลอดภัยและง่ายที่สุด เราจะใช้ตรรกะ + 5V จากอะแดปเตอร์และมอบให้กับ Raspberry Pi ผ่านวงจรแบ่งแรงดันเพื่อแอบแฝงตรรกะสูง + 5V ถึง + 3.3v ลอจิกสูง ดูแผนภาพวงจรเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น
Power Bank และแบตเตอรี่ตะกั่วกรด 12v สำหรับแหล่งจ่ายไฟ:
โปรดทราบว่าราสเบอร์รี่ Pi จะต้องมีการดำเนินงานในกรณีที่ไม่มีอำนาจดังนั้นเราจะขับรถ PI โดยใช้Power ธนาคาร (แพ็คแบตเตอรี่ 10000mAH) และโคมไฟ LED 9WATT จะถูกขับเคลื่อนโดย+ 12V, 7AH ปิดผนึกแบตเตอรี่ตะกั่วกรด หลอดไฟ LED ไม่สามารถใช้พลังงานจากพาวเวอร์แบงค์ได้เนื่องจากใช้พลังงานมากเกินไปดังนั้นจึงต้องใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟแยกต่างหาก
คุณสามารถจ่ายไฟให้ Raspberry Pi ด้วยแบตเตอรี่ + 12V หากคุณมีตัวแปลง + 12V ถึง + 5v ที่มีประสิทธิภาพ โดยตัวแปลงนั้นคุณสามารถทิ้งพาวเวอร์แบงค์และจ่ายไฟให้วงจรทั้งหมดด้วยแหล่งแบตเตอรี่เดียว
คำอธิบายวงจร:
แผนภาพวงจรของไฟฉุกเฉิน Raspberry Pi แสดงไว้ด้านล่าง:
ที่นี่เราได้ใช้ตัวเปรียบเทียบสามในสี่ตัวใน LM324 IC จะใช้สองตัวในการตรวจจับระดับความเข้มของแสงและอันที่สามจะใช้เพื่อตรวจจับระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำของแบตเตอรี่ + 12V
1. OP-AMP1 หรือ U1A:ขั้วลบของเครื่องเปรียบเทียบนี้มาพร้อมกับ 1.2V (ปรับ RV2 เพื่อรับแรงดันไฟฟ้า) และขั้วบวกเชื่อมต่อกับเครือข่ายแบ่งแรงดันไฟฟ้า LDR เมื่อร่มเงาตกลงบน LDR ความต้านทานภายในจะเพิ่มขึ้น เมื่อความต้านทานภายในของ LDR เพิ่มขึ้นแรงดันตกที่ขั้วบวกของ OP-AMP1 จะเพิ่มขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 1.2V OP-AMP1 จะให้เอาต์พุต + 3.3V เอาต์พุตลอจิกสูงของ OP-AMP นี้จะตรวจพบโดย Raspberry Pi
2. OP-AMP2 หรือ U1B:ขั้วลบของเครื่องเปรียบเทียบนี้มาพร้อมกับ 2.2V (ปรับ RV3 เพื่อรับแรงดันไฟฟ้า) และขั้วบวกเชื่อมต่อกับเครือข่ายแบ่งแรงดันไฟฟ้า LDR เมื่อเฉดสีที่ตกลงบน LDR เพิ่มขึ้นความต้านทานภายในก็จะสูงขึ้น เมื่อความต้านทานภายในของ LDR เพิ่มขึ้นอีกแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วบวกของ OP-AMP2 จะเพิ่มขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 2.2V OP-AMP2 จะให้เอาต์พุต + 3.3V เอาต์พุตลอจิกสูงของ OP-AMP นี้จะตรวจพบโดย Raspberry Pi
3. OP-AMP3 หรือ U1C: OP-AMP นี้จะใช้เพื่อตรวจจับระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำของชุดแบตเตอรี่ + 12v ขั้วลบของเครื่องเปรียบเทียบนี้มาพร้อมกับ 2.1V (ปรับ RV1 เพื่อรับแรงดันไฟฟ้า) และขั้วบวกเชื่อมต่อกับวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า ตัวแบ่งนี้แบ่งแรงดันแบตเตอรี่ 1 / 5.7 เท่าดังนั้นสำหรับแรงดันแบตเตอรี่ 12.5V เราจะมี 2.19V ที่ขั้วบวกของ OP-AMP3 เมื่อแรงดันแบตเตอรี่ต่ำกว่า 12.0V แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วบวกจะเป็น <2.1V ดังนั้นด้วย 2.1v ที่ขั้วลบเอาต์พุต OP-AMP จึงต่ำ ดังนั้นเมื่อแรงดันแบตเตอรี่ลดลงต่ำกว่า 12V (หมายถึงต่ำกว่า 2.1v ที่ขั้วบวก) OP-AMP จะดึงเอาท์พุทลง Raspberry Pi จะตรวจพบตรรกะนี้
คำอธิบายการทำงาน:
ฟังก์ชั่นทั้งหมดของโคมไฟฉุกเฉิน Raspberry Piนี้สามารถระบุได้ว่า:
Raspberry Pi เครื่องแรกตรวจพบว่ามีไฟ AC อยู่หรือไม่โดยการตรวจจับตรรกะที่ GPIO23 โดยที่ + 3.3V จากอะแดปเตอร์ AC เมื่อปิดเครื่องแล้ว + 5V จากอะแดปเตอร์จะดับลงและ Raspberry Pi ไปที่ขั้นตอนถัดไปก็ต่อเมื่อตรวจพบลอจิก LOW นี้หากไม่ใช่ PI จะไม่ย้ายไปยังขั้นตอนถัดไป ตรรกะ LOW นี้เกิดขึ้นเฉพาะเมื่อไฟ AC ดับลง
PI ถัดไปจะตรวจสอบว่าระดับแบตเตอรี่ LEAD ACID อยู่ในระดับต่ำหรือไม่ ตรรกะนี้จัดทำโดย OP-AMP3 ที่ GPIO16 ถ้าตรรกะต่ำ PI จะไม่ย้ายไปยังขั้นตอนถัดไป เมื่อแรงดันแบตเตอรี่สูงกว่า + 12V PI จะย้ายไปยังขั้นตอนต่อไป
Raspberry Pi ถัดไปจะตรวจสอบว่าความมืดในห้องสูงหรือไม่โดย OP-AMP2 ที่ GPIO20 ให้ตรรกะนี้ ถ้าใช่ PI จะให้เอาต์พุต PWM (Pulse Width Modulation) ที่มีรอบการทำงาน 99% นี้สัญญาณ PWM ไดรฟ์ออปโต Coupler ที่ไดรฟ์มอสเฟตMOSFET ขับเคลื่อนการตั้งค่า LED 9WATT ดังแสดงในรูป หากยังมืดไม่สมบูรณ์ PI จะย้ายไปยังขั้นตอนถัดไป เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ PWM ใน Raspberry Pi ที่นี่
จากนั้น Raspberry Pi ตรวจสอบว่าความมืดในห้องอยู่ในระดับต่ำหรือไม่โดย OP-AMP1 ที่ GPIO21 ให้ตรรกะนี้ ถ้าใช่ PI จะให้เอาต์พุต PWM (Pulse Width Modulation) โดยมีรอบการทำงาน 30% สัญญาณ PWM นี้ขับเคลื่อนออปโปคัปเปิลซึ่งขับเคลื่อนมอสเฟต MOSFET ขับเคลื่อนการตั้งค่า LED 9WATT ดังแสดงในรูป หากมีแสงที่เหมาะสมในห้อง Raspberry Pi จะไม่ให้เอาต์พุต PWM ดังนั้น LAMP จะดับสนิท
ดังนั้นในการเปิดไฟฉุกเฉินนี้ทั้งที่เงื่อนไขต้องเป็น True หมายความว่าสาย AC ต้องดับและต้องมีความมืดในห้อง คุณจะได้รับความเข้าใจที่ชัดเจนโดยการตรวจสอบที่สมบูรณ์หลามรหัสและวิดีโอด้านล่าง
คุณสามารถเพิ่มฟังก์ชันที่น่าสนใจและระดับความมืดให้กับหลอดไฟฉุกเฉินนี้ได้ ตรวจสอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลังเพิ่มเติมของเราด้วย:
- 0-24v 3A Variable Power Supply โดยใช้ LM338
- วงจรชาร์จแบตเตอรี่ 12v โดยใช้ LM317
- วงจรอินเวอร์เตอร์ 12v DC ถึง 220v AC
- วงจรชาร์จโทรศัพท์มือถือ