في هذه الجلسة ، سنصنع مصباح طوارئ 9WATT باستخدام Raspberry Pi و Python. سيكتشف هذا المصباح تلقائيًا الظلام وغياب مصدر طاقة التيار المتردد ، ويضيء عند انقطاع التيار الكهربائي وعدم وجود إضاءة مناسبة.
على الرغم من وجود العديد من مصابيح الطوارئ المتاحة ، إلا أنها مخصصة تمامًا لخدمة غرض واحد ، مثل دائرة ضوء الطوارئ البسيطة التي أنشأناها سابقًا ، لا تعمل إلا عند انقطاع التيار الكهربائي. مع Raspberry Pi ، يمكننا إضافة العديد من الوظائف الأخرى إليه ، مثل هنا أضفنا LDR لاكتشاف الظلام على مستويات مختلفة. لقد أضفنا هنا مستويين ، عندما يكون هناك ظلام تام ، سوف يتوهج المصباح بكثافة كاملة وعندما يكون هناك شبه مظلمة ، سوف يتوهج بنسبة 30٪. لذلك نحن هنا بصدد تصميم هذا المصباح ليتم تشغيله عندما تكون طاقة خط التيار المتردد مطفأة وعندما تنخفض شدة الإضاءة في الغرفة للغاية.
المكونات المطلوبة:
نحن هنا نستخدم Raspberry Pi 2 Model B مع نظام التشغيل Raspbian Jessie OS. تمت مناقشة جميع متطلبات الأجهزة والبرامج الأساسية مسبقًا ، يمكنك البحث عنها في مقدمة Raspberry Pi و Raspberry PI LED Blinking للبدء ، بخلاف ما نحتاج إليه:
- مكثف 1000 درجة فهرنهايت
- 1WATT LED (9 قطع)
- + 12V بطارية الرصاص الحمضية مختومة
- 6000-10000 مللي أمبير قوة البنك
- + 5V DC محول
- شريحة Lm324 OP-AMP
- 4N25 Optocoupler
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (مقاوم يعتمد على الضوء)
- LED (قطعة واحدة)
- المقاومات: 1KΩ (3 قطع) ، 2.2K ، 4.7K ، 100Ω (قطعتان) ، 10Ω (9 قطع) ، 10KΩ ، 100K
- 10KΩ قدر (3 قطع) (كل المقاومات 0.25 وات)
وصف:
قبل الدخول في اتصالات الدائرة وعملها ، سوف نتعرف على المكونات والغرض منها في الدائرة:
9 وات لمبة ليد:
يتكون LAMP من تسعة مصابيح LED بقوة 1 وات. هناك أنواع مختلفة من مصابيح LED موجودة في السوق ولكن 1WATT LED متاحة بسهولة في كل مكان. تعمل مصابيح LED عند 3.6 فولت ، لذلك سنقوم بتوصيل ثلاثة منها على التوالي مع صمامات ثنائية الحماية لتعمل عند + 12V. سنقوم بتوصيل ثلاثة من هذه الشرائط لتشكيل مصباح 9WATT LED. سنقوم بتشغيل هذا المصباح مع Raspberry Pi وفقًا لذلك.
LDR (مقاوم يعتمد على الضوء) لاكتشاف الظلام:
سنستخدم LDR (مقاوم يعتمد على الضوء) لاكتشاف شدة الضوء في الغرفة. يغير LDR مقاومته خطيًا مع شدة الضوء. سيتم توصيل LDR هذا بمقسم الجهد. مع ذلك سيكون لدينا جهد متغير لتمثيل شدة الضوء المتغيرة. إذا كانت شدة الضوء منخفضة ، فسيكون خرج الجهد عاليًا وإذا كانت شدة الضوء إذا كان خرج الجهد العالي سيكون منخفضًا.
Op-amp LM324 IC لفحص خرج LDR:
لا يحتوي Raspberry Pi على آلية ADC داخلية (محول تناظري إلى رقمي). لذلك لا يمكن توصيل هذا الإعداد مباشرة بـ Raspberry Pi. سنستخدم مقارنات تستند إلى OP-AMP للتحقق من مخرجات الجهد من LDR.
لقد استخدمنا هنا op-amp LM324 الذي يحتوي على أربعة مضخمات تشغيلية بداخله واستخدمنا مكبرين تشغيليين من هؤلاء الأربعة. لذلك سيكون PI الخاص بنا قادرًا على اكتشاف شدة الضوء على مستويين. اعتمادًا على هذه المستويات ، سنقوم بضبط سطوع مصباح LED. عندما يكون هناك ظلام تام ، سوف يتوهج المصباح بكثافة كاملة وعندما يكون هناك نصف مظلم ، سوف يتوهج بنسبة 30٪. تحقق من كود Python والفيديو ، في النهاية ، لفهمها بشكل صحيح. استخدمنا هنا مفهوم PWM في Raspberry Pi للتحكم في شدة مصابيح LED.
يحتوي Raspberry Pi على 26GPIO ، يستخدم بعضها لوظائف خاصة. مع وضع GPIO الخاص جانباً ، لدينا 17 GPIO. لا يمكن لكل من 17 دبوس GPIO أن يأخذ جهدًا أعلى من + 3.3 فولت ، لذلك لا يمكن أن تكون مخرجات Op-amp أعلى من 3.3 فولت. ومن ثم اخترنا op-amp LM324 ، حيث يمكن أن تعمل هذه الشريحة عند + 3.3 فولت مما يوفر مخرجات منطقية لا تزيد عن + 3.3 فولت. تعرف على المزيد حول دبابيس GPIO الخاصة بـ Raspberry Pi هنا. تحقق أيضًا من سلسلة دروس Raspberry Pi التعليمية جنبًا إلى جنب مع بعض مشاريع إنترنت الأشياء الجيدة.
محول تيار متردد إلى تيار مستمر للتحقق من خط التيار المتردد:
سوف نستخدم منطق جهد مخرج التيار المتردد لمحول التيار المتردد للكشف عن حالة خط التيار المتردد. على الرغم من وجود طرق مختلفة لاكتشاف حالة خط التيار المتردد ، إلا أن هذه هي الطريقة الأسهل والأكثر أمانًا. سوف نأخذ منطق + 5V من المحول ونعطيه لـ Raspberry Pi من خلال دائرة مقسم الجهد إلى منطق عالي + 5V إلى + 3.3v عالي المنطق. انظر إلى مخطط الرسم البياني لفهم أفضل.
بنك الطاقة وبطارية حمض الرصاص 12 فولت لإمداد الطاقة:
ضع في اعتبارك أن Raspberry Pi يجب أن يعمل في حالة عدم وجود طاقة ، لذلك سنقوم بقيادة PI باستخدام Power Bank (حزمة بطارية 10000 مللي أمبير في الساعة) وسيتم تشغيل مصباح 9WATT LED بواسطة بطارية LEAD ACID محكمة الغلق بجهد + 12V و 7AH. لا يمكن تشغيل مصباح LED بواسطة بنك الطاقة لأنه يستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة ، لذلك يجب أن يتم تشغيله من مصدر طاقة منفصل.
يمكنك تشغيل Raspberry Pi ببطارية + 12V إذا كان لديك محول + 12V إلى + 5v فعال. من خلال هذا المحول ، يمكنك التخلص من بنك الطاقة وتشغيل الدائرة بأكملها بمصدر بطارية واحد.
شرح الدائرة:
يرد أدناه مخطط دائرة ضوء الطوارئ Raspberry Pi:
استخدمنا هنا ثلاثة من أصل أربعة مقارنة داخل LM324 IC. سيتم استخدام اثنين منهم لاكتشاف مستويات شدة الضوء والثالث سيتم استخدامه للكشف عن مستوى الجهد المنخفض لبطارية + 12V.
1. OP-AMP1 أو U1A: الطرف السالب لهذا المقارنة مزود بـ 1.2 فولت (اضبط RV2 للحصول على الجهد) والطرف الموجب متصل بشبكة مقسم الجهد LDR. عندما يسقط الظل على LDR ، ترتفع مقاومته الداخلية. مع ارتفاع المقاومة الداخلية لـ LDR ، يرتفع انخفاض الجهد عند الطرف الموجب لـ OP-AMP1. بمجرد أن يرتفع هذا الجهد عن 1.2 فولت ، يوفر OP-AMP1 + خرج 3.3 فولت. سيتم الكشف عن هذا الإخراج المنطقي العالي لـ OP-AMP بواسطة Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 أو U1B: الطرف السالب لهذا المقارنة مزود بـ 2.2 فولت (اضبط RV3 للحصول على الجهد) والطرف الموجب متصل بشبكة مقسم الجهد LDR. مع زيادة الظل المتساقط على LDR ، تزداد مقاومته الداخلية أعلى. مع زيادة المقاومة الداخلية لـ LDR ، يرتفع انخفاض الجهد عند الطرف الموجب لـ OP-AMP2. بمجرد ارتفاع هذا الجهد عن 2.2 فولت ، يوفر OP-AMP2 + خرج 3.3 فولت. سيتم الكشف عن هذا الإخراج المنطقي العالي لـ OP-AMP بواسطة Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 أو U1C: سيتم استخدام OP-AMP هذا لاكتشاف مستوى الجهد المنخفض لحزمة بطارية +12 فولت. يتم توفير الطرف السالب لهذا المقارنة مع 2.1 فولت (اضبط RV1 للحصول على الجهد) ويتم توصيل الطرف الموجب بدائرة مقسم الجهد. يقسم هذا الحاجز جهد البطارية بمقدار 1 / 5.7 مرة ، وبالتالي بالنسبة لجهد البطارية 12.5 فولت ، سيكون لدينا 2.19 فولت في الطرف الموجب لـ OP-AMP3. عندما ينخفض جهد البطارية عن 12.0 فولت ، سيكون الجهد عند الطرف الموجب <2.1 فولت. لذلك مع 2.1 فولت عند الطرف السالب ، ينخفض إنتاج OP-AMP. لذلك عندما ينخفض جهد البطارية إلى أقل من 12 فولت (يعني أقل من 2.1 فولت عند الطرف الموجب) ، يقوم OP-AMP بسحب الإخراج ، وسيتم اكتشاف هذا المنطق بواسطة Raspberry Pi.
شرح العمل:
يمكن تحديد الوظيفة الكاملة لمصباح الطوارئ Raspberry Pi على النحو التالي:
يكتشف Raspberry Pi الأول ما إذا كانت طاقة التيار المتردد موجودة أم لا عن طريق استشعار المنطق في GPIO23 ، حيث يتم أخذ + 3.3 فولت من محول التيار المتردد. بمجرد انقطاع التيار الكهربائي ، ينقطع + 5 فولت من المحول وينتقل Raspberry Pi إلى الخطوة التالية فقط إذا تم اكتشاف هذا المنطق المنخفض ، وإلا فلن ينتقل PI إلى الخطوة التالية. يحدث هذا المنطق المنخفض فقط عندما تنقطع طاقة التيار المتردد.
يتحقق PI التالي إذا كان مستوى بطارية LEAD ACID منخفضًا. يتم توفير هذا المنطق بواسطة OP-AMP3 في GPIO16. إذا كان المنطق منخفضًا ، فلن ينتقل PI إلى الخطوة التالية. مع جهد بطارية أعلى من + 12V ، ينتقل PI إلى الخطوة التالية.
يتحقق Raspberry Pi التالي مما إذا كان الظلام في الغرفة مرتفعًا أم لا ، ويتم توفير هذا المنطق بواسطة OP-AMP2 في GPIO20. إذا كانت الإجابة بنعم ، يوفر PI إخراج PWM (تعديل عرض النبض) بدورة عمل تبلغ 99٪. تعمل إشارة PWM هذه على تشغيل المقرن البصري الذي يقود MOSFET. تعمل MOSFET على إعداد 9WATT LED كما هو موضح في الشكل. إذا لم يكن هناك مظلم كامل ، ينتقل PI إلى الخطوة التالية. تعرف على المزيد حول PWM في Raspberry Pi هنا.
ثم يتحقق Raspberry Pi مما إذا كان الظلام في الغرفة منخفضًا ، ويتم توفير هذا المنطق بواسطة OP-AMP1 في GPIO21. إذا كانت الإجابة بنعم ، يوفر PI إخراج PWM (تعديل عرض النبض) بدورة عمل تبلغ 30٪. تعمل إشارة PWM هذه على تشغيل مقرن البصريات الذي يقود MOSFET. تعمل MOSFET على إعداد 9WATT LED كما هو موضح في الشكل. إذا كان هناك ضوء مناسب في الغرفة ، فإن Raspberry Pi لا يوفر إخراج PWM لذلك سيكون المصباح مغلقًا تمامًا.
لذا لتشغيل مصباح الطوارئ هذا ، يجب أن تكون كلتا الحالتين صحيحين ، وهذا يعني أن خط التيار المتردد يجب أن يكون مغلقًا ويجب أن يكون هناك ظلام في الغرفة. يمكنك الحصول على الفهم الواضح من خلال التحقق من كود Python الكامل والفيديو أدناه.
يمكنك إضافة المزيد من الوظائف المثيرة للاهتمام ومستويات الظلام إلى مصباح الطوارئ هذا. تحقق أيضًا من المزيد من دوائر إلكترونيات الطاقة لدينا:
- 0-24 فولت 3 أمبير مصدر طاقة متغير باستخدام LM338
- دارة شاحن بطارية 12 فولت باستخدام LM317
- 12v DC إلى 220v AC العاكس الدائرة
- دائرة شاحن الهاتف الخليوي