إضاءة المدخل الأوتوماتيكية: 10 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

اريد تركيب اضاءة اوتوماتيكية في المدخل داخل المنزل. في معظم الحالات ، سوف يعمل مفتاح استشعار الحركة ومصباح PIR ولكني أسقط هذه الفكرة ، حيث يبدو أن المستشعر المتصل بالخارج يبدو أخرقًا.

هدفي في هذا المشروع:

1. يجب أن تبدو نظرة الإضاءة بسيطة وغير بارزة.
2. من اهتمامي أيضًا تجربة أشياء جديدة والتحقق من الأفكار الجديدة في المشروع:

• استخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد للهندسة المعقدة.
• تصميم الدوائر ، تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور (لوحة الدوائر المطبوعة) والنماذج الأولية للإلكترونيات.
• لقد استخدمت WiFi-MCU (متحكم) ESP32 من قبل. نظرًا لأنه يمكننا التفاعل مع MCU عبر خادم http ، فليس من الملائم أن يكون لدينا واجهة قائمة على الويب لقراءة إشارة المستشعرات وتعيين معلمات الإضاءة؟

بناءً على هذه الأفكار ، قمت بعمل نموذج بالحجم الطبيعي وتحقق من أنه يعمل ؛ أقوم بتصميم نظام الإضاءة وصنعه.

ملحوظة:

• الأبعاد المادية المذكورة في هذا المشروع هي لإضاءة مساحة 1 م × 1.5 م. يمكنك استخدامه كمرجع لتوسيع نطاق التصميم الخاص بك.
• قد تكون بعض الأعمال في هذا المشروع خطرة ، فاتخذ الاحتياطات اللازمة قبل الاختبار والتركيب.
• ليس لدي كل المعدات والأدوات اللازمة لصنع المكونات. نتيجة لذلك ، أقوم بالاستعانة بمصادر خارجية لوظائف الطباعة ثلاثية الأبعاد وتصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور لاستوديوهات احترافية. يساعد التصميم بمساعدة الحاسوب مثل Fusion 360 و EAGLE كثيرًا في هذا السيناريو. سأتحدث أكثر في الأقسام اللاحقة.

الخطوة 1: نظرة عامة على التصميم والتخطيط والنموذج

فكرتي هي جعل نظام الإضاءة "يختبئ" داخل المقصورة الخشبية ، مع السماح بالإضاءة عبر الفتحة.

أستخدم Fusion360 لتصميم المشهد بأكمله أولاً. يمكنك زيارة البرنامج التعليمي حول كيفية استخدامه. يساعد التصميم بمساعدة الحاسوب كثيرًا في تحسين التصور في مرحلة التصميم.

على سبيل المثال ، نستخدم مستشعرات الأشعة تحت الحمراء لتتبع اقتراب أي شخص وتشغيل الضوء. لذلك ، يجب أن توضع المستشعرات بدقة. يمكننا فقط رسم مسار الأشعة تحت الحمراء في النموذج. قم بتدوير المستشعرات وتحريكها بأي طريقة نريدها دون الحاجة إلى حساب معقد مسبقًا.

أخيرًا ، لقد صنعته بهذه الطريقة:

• قم بإنشاء فتحة وتثبيت مجموعة LED فوقها.
• مقاوم ضوئي للتحقق مما إذا كانت الغرفة مظلمة بدرجة كافية لتضيء.
• أستخدم جهازي استشعار طويل المدى بالأشعة تحت الحمراء لاكتشاف ما إذا كان أي شخص يقترب من المدخل ، ويقوم بتشغيل الضوء إذا كان قريبًا بدرجة كافية.
• مستشعر آخر بالأشعة تحت الحمراء قصير المدى للتحقق مما إذا كان الباب مفتوحًا.
• الفتحة ضيقة وبالتالي نحتاج إلى وضع المستشعرات في مواضع دقيقة. نحتاج أيضًا إلى عاكس لتوجيه ضوء LED عبر الفتحة. يمكننا طباعة جزء واحد ثلاثي الأبعاد (حامل المستشعرات) لتحقيق هذين الغرضين.
• مراقبة النظام وضبط المعلمات عبر WiFi: ما هي قراءات المستشعر الآن؟ ما مدى قربك من تشغيل الضوء؟ إلى أي مدى يجب أن يضيء الضوء؟ كم من الوقت يجب أن يظل المصباح قيد التشغيل؟ يمكننا التحكم في الإضاءة عبر متصفح الويب باستخدام WiFi MCU مثل ESP32.

الخطوة الثانية: عمل الافتتاح

أدوات:

• مسطرة مربعة
• منشار يدوي أو كهربائي.
• حفر - مثقاب يدوي أو أي محرك كهربائي قادر على الحفر في الخشب والبلاستيك.
• ملف
• المسط وورق الصنفرة وفرشاة الطلاء - لإعادة السطح إلى حالته الأصلية ولونه.

المواد:

• شرائط أكريليك - مادة الكشط جيدة بشرط أن تكون سميكة بدرجة كافية (~ 5 مم)
• جص
• دهان داخلي

إجراءات:

1. اصنع قالب أكريليك لتحديد أبعاد الفتح. أقوم بتكديس 4 شرائط أكريليك وألصقها معًا. استخدم مسطرة مربعة للتأكد من أنهما 90 درجة لبعضهما البعض. حجم الفتحة 365 مم × 42 مم.
2. قم بعمل 4 فتحات تثبيت على القالب ، ثم قم بتثبيتها في الحجرة باستخدام البراغي.
3. احفر ثقوبًا على طول الحواف وانشر المنطقة غير المرغوب فيها.
4. استخدم ملفًا لإزالة المواد الزائدة وجعل الحواف مستقيمة على طول القالب.
5. قم بإزالة القالب. ضع الجص على فتحات التركيب والسطح الخشبي.
6. صقل السطح وضع الجص. كرر هذه الخطوات حتى يصبح السطح أملسًا.
7. قم بطلاء السطح.

الخطوة 3: عمل مجموعة LED

أدوات:

• منشار يدوي أو كهربائي.
• حفر - مثقاب يدوي أو أي محرك كهربائي قادر على الحفر في الخشب والبلاستيك.
• متجرد الأسلاك
• لحام حديد

المواد:

• Ø20mm PVC الأنابيب وحوامل.
• 5W G4 LED المصباح الكهربائي والمقبس x5
• الكابلات الكهربائية
• أسلاك اللحام
• سماع أنبوب الانكماش

إجراءات:

1. قطع أنبوب PVC بطول 355 مم كجسم المصباح.
2. قم بتركيب حاملي أنبوب في كلا الطرفين كحوامل.
3. حفر خمسة ثقوب Ø17mm على أنابيب PVC لمآخذ LED.
4. أدخل مآخذ LED وتأكد من أن الكابلات طويلة بما يكفي للخروج من الأنبوب ، وقم بتمديد الكبل في حالة قصرها جدًا. نظرًا لأننا سنستخدم مصابيح 5W G4 LED كمصادر للضوء ، سيكون التيار ~ 23mA لمصدر 220VAC. أستخدم أسلاك الشريط AWG # 24 لحام الكابل الأصلي. استخدم أنبوب الانكماش لحماية المنطقة المفصلية.
5. قم بتثبيت مصابيح LED في مآخذ LED.
6. قم بتوصيل مصابيح LED بالتوازي.

الخطوة 4: عمل حامل المستشعر

أستخدم Fusion360 لنمذجة حامل المستشعر أولاً. لتبسيط التركيب والتصنيع ، يعمل حامل المستشعر أيضًا كعاكس للضوء وهو جزء واحد. يجب أن يحتوي حامل المستشعر على تجاويف تركيب تتناسب مع أشكال مستشعرات نطاق الأشعة تحت الحمراء. يمكن القيام بذلك بسهولة عند استخدام Fusion360:

1. استيراد ووضع المستشعرات وحامل المستشعر في المواضع المرغوبة [كما هو موضح في الخطوة 2]
2. استخدم أمر التداخل للتحقق من وجود حجم متداخل بين الحامل وأجهزة الاستشعار.
3. احتفظ بالمستشعرات وقم بإزالة الحجم المتداخل في الحامل.
4. احفظ النموذج كجزء جديد. تجاويف التركيب الآن لها شكل المستشعرات!
5. يجب أن نأخذ في الحسبان أيضًا تسامح التصنيع: تفاوت أبعاد المستشعر هو ± 0.3 مم وتفاوت التصنيع للطباعة ثلاثية الأبعاد هو ± 0.1 مم. لقد قمت بعمل إزاحة خارجية بمقدار 0.2 مم على جميع الأسطح الملامسة للتجاويف لضمان ملاءمة الخلوص.

يتم إرسال النموذج إلى استوديو للطباعة ثلاثية الأبعاد. لتقليل تكلفة التصنيع ، أستخدم سمكًا صغيرًا يبلغ 2 مم وأنشئ أنماطًا فارغة لتوفير المواد.

تبلغ مدة الطباعة ثلاثية الأبعاد حوالي 48 ساعة وتكلفتها حوالي 32 دولارًا أمريكيًا. كان الجزء النهائي قد غطى بالرمل بالفعل عند استلامه ، لكنه خشن جدًا. لذلك أقوم بتنقية الأسطح بورق صنفرة مبلل 400 حبيبة رطبة ، متبوعًا برش الداخل بطلاء أبيض.

الخطوة 5: تصميم الدوائر

الأهداف والاعتبارات

• ليس لدي فرن انكسار اللحام ، لذلك يتم أخذ الأجزاء الموجودة في حزمة DIP في الاعتبار فقط.
• تصميم لوحة واحدة: يحتوي PCB على جميع المكونات بما في ذلك وحدة تزويد الطاقة AC-DC.
• توفير الطاقة: قم بتشغيل المستشعرات ومصباح LED فقط عندما يكون المدخل مظلمًا بدرجة كافية.
• التكوين عن بعد: اضبط معلمات MCU عبر WiFi.

كيف تعمل الدائرة

• إدخال طاقة التيار المتردد من خلال الصندوق الطرفي (TB1) ، مع حماية الصمامات (XF1).
• يتم استخدام مصدر طاقة مصغر AC-DC (PS1) لتوفير طاقة 5VDC للوحة ESP32 MCU (JP1 & 2) وأجهزة الاستشعار.
• تقرأ WiFi MCU ESP32 (NodeMCU-32S) إشارة الجهد من المقاوم الضوئي (PR) باستخدام قناة ADC (ADC1_CHANNEL_7). قم بتشغيل MOSFET (Q1) عبر GPIO pin22 لتشغيل جميع مستشعرات الأشعة تحت الحمراء الثلاثة إذا كانت الإشارة أقل من العتبة.
• 3 قنوات ADC أخرى (ADC1_CHANNEL_0، ADC1_CHANNEL_3، ADC1_CHANNEL_6) لمخرجات إشارة مجسات الأشعة تحت الحمراء الثلاثة (IR_Long_1 ، IR_Long_2 ، IR_Short). إذا كانت الإشارة أعلى من العتبة ، فقم بتشغيل MOSFET (Q2) عبر GPIO pin 21 ، الذي يقوم بتشغيل SSR (K1) ويضيء مصابيح LED المتصلة في TB1.
• يتحقق MCU من تشغيل WiFi Toggle (S1) عبر (ADC1_CHANNEL_4) ، وتشغيل WiFi Task للسماح بالمعلمات المحددة في MCU.

قائمة الأجزاء

1. NodeMCU-32S x1
2. حسنًا مصدر طاقة IRM-10-5 x1
3. مرحل الحالة الصلبة Omron G3MC-202P-DC5 x1
4. STP16NF06L N- قناة موسفيت x2.0
5. شارب GP2Y0A710K0F قياس المسافة الاستشعار x2
6. شارب GP2Y0A02YK0F قياس المسافة الاستشعار x1
7. رأس أنثى 2.54 مم -19 دبابيس × 2 (أو أي مجموعات من الرؤوس لجعلها 19 دبابيس)
8. HB-9500 9.mm تباعد أطراف التوصيل 4-pin2 (HP-4P) x1
9. KF301 5.08mm تباعد محطة كتلة موصل 2-دبابيس x1
10. KF301 5.08mm تباعد محطة كتلة موصل 3 دبابيس x3.0
11. SS-12D00 1P2T تبديل التبديل x1
12. حامل فيوز BLX-A x1
13. 500mA فيوز
14. المقاوم الضوئي x1
15. 1 كيلو أوم مقاومات x3
16. 0.1 فائق التوهج المكثفات x3
17. 10 فائق التوهج مكثف x1
18. مسامير النايلون M3X6mm x6
19. مسامير غاطسة من النايلون M3X6mm x4.5
20. فاصل نايلون M3X8mm x4
21. صواميل نايلون M3 x2
22. حاوية بلاستيكية (حجم أكبر من 86 مم × 84 مم)
23. 2 واط 33 كيلو أوم المقاوم x1 (اختياري)

لاحظ أن مؤشر LED منخفض الطاقة قد يستمر في التوهج حتى إذا كان مرحل الحالة الصلبة في وضع إيقاف التشغيل ، وذلك بسبب الشطف الموجود داخل مرحل الحالة الصلبة. قد تحتاج إلى توصيل المقاوم والمكثف بالتوازي مع مصباح LED لحل هذه المشكلة.

الخطوة 6: تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور والتجميع

يمكننا استخدام نموذج أولي عالمي ثنائي الفينيل متعدد الكلور لصنع الدائرة. لكني أحاول استخدام EAGLE CAD لتصميم التخطيط والتخطيط. يتم إرسال صور اللوحة (ملف Gerber) إلى PCB Prototyping Studio للتصنيع.

يتم استخدام لوح FR4 من طبقتين مع 1 أوقية من النحاس. يتم تضمين ميزات مثل الثقوب المتصاعدة ، والطلاء من خلال الثقوب ، وتسوية اللحام بالهواء الساخن ، وطبقة قناع اللحام ، ونص الشاشة الحريرية (جيدًا.. الآن يستخدمون الطباعة بالحبر النفاث). تبلغ تكلفة صنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور 10 قطعة (MOQ) حوالي 4.2 دولار أمريكي - وهو سعر معقول بجودة العمل هذه.

هناك دروس تعليمية جيدة حول استخدام EAGLE لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

من Sparkfun:

• باستخدام EAGLE: التخطيطي
• باستخدام EAGLE: تخطيط اللوحة

برنامج تعليمي جيد على Youtube بواسطة Ilya Mikhelson:

• دروس النسر ثنائي الفينيل متعدد الكلور: تخطيطي
• دروس النسر ثنائي الفينيل متعدد الكلور: تخطيط
• دروس النسر ثنائي الفينيل متعدد الكلور: الانتهاء من التصميم
• دروس النسر ثنائي الفينيل متعدد الكلور: مكتبة مخصصة

أدخل المكونات في ثنائي الفينيل متعدد الكلور ولحام في الخلف. عزز مرحل الحالة الصلبة وصندوق المصاهر والمكثفات بالغراء الساخن ، وحفر ثقوبًا في الجزء السفلي من الغلاف البلاستيكي وقم بتثبيت الفواصل المصنوعة من النايلون. عمل فتحات على الجدران الجانبية للسماح بوصلات الكابلات. قم بتركيب مجموعة PCB أعلى الفواصل.

الخطوة 7: قم بتمديد كبلات الاستشعار

كبلات المستشعر الأصلية قصيرة جدًا وتحتاج إلى تمديد. أستخدم كبل إشارة محمي 22AWG لتقليل الضوضاء الناتجة عن التداخل مع جهد الإشارة. قم بتوصيل التدريع بأرض المستشعر ، بينما يتم توصيل Vcc و Vo بأسلاك أخرى. حماية المفصل باستخدام أنبوب الانكماش.

تمديد المقاوم الضوئي بنفس الطريقة.

الخطوة 8: التجميع

1. قم بتثبيت مجموعة LED ، ضع السيليكون أو الغراء الساخن على الحامل وقم بتثبيته في المقصورة.
2. قم بتثبيت حامل المستشعر لتغطية مجموعة LED. قم بتركيب 3 أجهزة استشعار تعمل بالأشعة تحت الحمراء على حاملات المستشعرات.
3. قم بعمل ثقب بقطر 6،5 مم في المقصورة بالقرب من الزاوية. أدخل المقاوم الضوئي وقم بإصلاحه والكابل باستخدام الغراء الحراري الساخن.
4. قم بتثبيت العلبة التي تحتوي على دائرة التحكم على الحائط.
5. قم بعمل توصيلات الأسلاك التالية:

• مصدر طاقة التيار المتردد إلى "AC IN" للدائرة.
• يعمل مصباح LED على "مخرج التيار المتردد" للدائرة.
• مستشعرات الأشعة تحت الحمراء: Vcc إلى "5V" ، GND إلى "GND" ، Vo إلى "Vout" في الدائرة
• المقاوم الضوئي إلى "العلاقات العامة" في الدائرة.

الخطوة 9: البرنامج الثابت والإعداد

يمكن تنزيل رمز مصدر البرنامج الثابت في رابط GitHub هذا.

قم بتشغيل زر WiFi Toggle وقم بتشغيل الجهاز. ستدخل MCU في وضع SoftAP افتراضيًا ويمكنك الاتصال بنقطة الوصول "ESP32_Entrance_Lighting" عبر WiFi.

انتقل إلى 192.168.10.1 في المتصفح وقم بالوصول إلى الوظائف التالية:

1. تحديث البرامج الثابتة OTA عبر تحميل المتصفح.
2. إعداد المعلمات:

• المقاوم الضوئي - مستوى الزناد المقاوم للضوء الذي تحته أجهزة الاستشعار ستعمل (12 بت نطاق ADC 0-4095)
• IR_Long1 - المسافة التي أسفلها سيتم تشغيل مستشعر الأشعة تحت الحمراء طويل المدى 1 على المصباح (نطاق ADC 12 بت 0-4095)
• IR_Long2 - المسافة التي أسفلها سيتم تشغيل مستشعر الأشعة تحت الحمراء طويل المدى 2 على المصباح (نطاق ADC 12 بت 0-4095)
• IR_Short - المسافة التي سيتم تشغيل مستشعر الأشعة تحت الحمراء قصير المدى تحتها على المصباح (نطاق ADC 12 بت 0-4095)
• Light On Time - المدة التي يظل فيها المصباح مضاءً (مللي ثانية)

انقر على "تحديث" لتعيين مستويات التشغيل للقيم الموجودة في مربعات النص.

انقر فوق "فحص جهاز الاستشعار" سيتم تحديث قراءات المستشعر الحالية كل ثانية ، بشرط أن يكون مستوى الضوء أقل من مستوى الزناد لمقاوم الضوء.

الخطوة 10: الانتهاء

بعض الأفكار حول المزيد من التحسين:

• وضع السكون العميق MCU / المعالج المساعد منخفض الطاقة للغاية لتقليل استهلاك الطاقة.
• استخدام مقبس ويب / مقبس ويب آمن بدلاً من رسالة HTTP التقليدية لاستجابة أسرع.
• استخدام مكونات منخفضة التكلفة مثل مستشعرات نطاق الليزر.

تبلغ تكلفة المواد لهذا المشروع حوالي 91 دولارًا أمريكيًا - وهي باهظة الثمن بعض الشيء ، لكنني أعتقد أنه من المفيد تجربة أشياء جديدة واستكشاف التكنولوجيا.

اكتمل المشروع وهو يعمل. آمل أن تستمتع بهذا Instructable.