Dans cette session, nous allons créer une lampe d'urgence 9WATT en utilisant Raspberry Pi et Python. Cette lampe détectera automatiquement l'obscurité et l'absence d'alimentation CA, et s'allumera en cas de panne de courant et en l'absence de lumière appropriée.
Bien qu'il existe diverses lampes de secours disponibles, mais elles sont purement dédiées à un seul usage, comme un circuit d'éclairage de secours simple que nous avons créé précédemment, ne se déclenche qu'en cas de panne de courant. Avec Raspberry Pi, nous pouvons y ajouter diverses autres fonctionnalités, comme ici, nous avons ajouté LDR pour détecter l'obscurité à différents niveaux. Ici, nous avons ajouté deux niveaux, lorsque l'obscurité est totale, la lampe brillera de pleine intensité et lorsqu'il y aura semi-obscurité, elle brillera à 30% de sa capacité. Nous allons donc concevoir cette lampe pour qu'elle soit allumée lorsque l'alimentation secteur est désactivée et lorsque l'intensité lumineuse dans la pièce devient très faible.
Composants requis:
Ici, nous utilisons Raspberry Pi 2 Model B avec le système d'exploitation Raspbian Jessie. Toutes les exigences matérielles et logicielles de base sont décrites précédemment, vous pouvez les rechercher dans l'introduction de Raspberry Pi et le clignotement du voyant Raspberry PI pour commencer, à part ce dont nous avons besoin:
- Condensateur 1000µF
- 1WATT LED (9 pièces)
- + Batterie plomb-acide scellée 12V
- Banque de puissance 6000-10000mAH
- + Adaptateur 5V DC
- Puce Lm324 OP-AMP
- Optocoupleur 4N25
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (résistance dépendante de la lumière)
- LED (1 pièce)
- Résistances: 1KΩ (3 pièces), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 pièces), 10Ω (9 pièces), 10KΩ, 100KΩ
- Pot 10KΩ (3 pièces) (toutes les résistances sont de 0,25 watt)
La description:
Avant d'entrer dans les connexions de circuit et son fonctionnement, nous allons en apprendre davantage sur les composants et leur fonction dans le circuit:
Lampe LED de 9 watts:
Le LAMP est composé de neuf LED 1WATT. Il existe différents types de LED présentes sur le marché, mais les LED 1WATT sont facilement disponibles partout. Ces LED fonctionnent à 3,6V, nous allons donc en connecter trois en série avec des diodes de protection pour fonctionner à + 12V. Nous allons connecter trois de ces bandes formant une lampe LED 9WATT. Nous utiliserons cette lampe avec Raspberry Pi en conséquence.
LDR (Light Dependent Resistor) pour détecter l'obscurité:
Nous allons utiliser le LDR (Light Dependent Resistor) pour détecter l'intensité lumineuse dans la pièce. Le LDR change sa résistance linéairement avec l'intensité lumineuse. Ce LDR sera connecté au diviseur de tension. Avec cela, nous aurons une tension variable pour représenter une intensité lumineuse variable. Si l'intensité lumineuse est FAIBLE, la tension de sortie sera HAUTE et si l'intensité lumineuse si la sortie haute tension sera BASSE.
Op-amp LM324 IC pour vérifier la sortie LDR:
Raspberry Pi n'a pas de mécanisme ADC (convertisseur analogique-numérique) interne. Donc, cette configuration ne peut pas être connectée directement à Raspberry Pi. Nous utiliserons des comparateurs basés sur OP-AMP pour vérifier les sorties de tension du LDR.
Ici, nous avons utilisé l' ampli-op LM324 qui a quatre amplificateurs opérationnels à l'intérieur et nous avons utilisé deux amplificateurs opérationnels sur ces quatre. Ainsi, notre IP sera capable de détecter l' intensité lumineuse à deux niveaux. En fonction de ces niveaux, nous ajusterons la luminosité de la lampe LED. Quand l'obscurité est complète, la lampe brillera à pleine intensité et quand il y aura moitié obscurité, elle brillera à 30% de sa capacité. Vérifiez le code Python et la vidéo, à la fin, pour bien le comprendre. Ici, nous avons utilisé le concept PWM dans Raspberry Pi pour contrôler l'intensité des LED.
Raspberry Pi a 26GPIO, dont certains sont utilisés pour des fonctions spéciales. Avec le GPIO spécial mis de côté, nous avons 17 GPIO. Chacune des 17 broches GPIO ne peut pas prendre une tension supérieure à + 3,3 V, de sorte que les sorties de l'amplificateur opérationnel ne peuvent pas être supérieures à 3,3 V. Par conséquent, nous avons choisi l' ampli-op LM324, car cette puce peut fonctionner à + 3.3V fournissant des sorties logiques ne dépassant pas + 3,3V. En savoir plus sur les broches GPIO de Raspberry Pi ici. Consultez également notre série de tutoriels Raspberry Pi ainsi que quelques bons projets IoT.
Adaptateur CA vers CC pour vérifier la ligne CA:
Nous utiliserons la logique de tension de sortie de l' adaptateur CA à CC pour détecter l'état de la ligne CA. Bien qu'il existe plusieurs façons de détecter l'état de la ligne CA, c'est la manière la plus sûre et la plus simple. Nous prendrons la logique + 5V de l'adaptateur et la donnerons au Raspberry Pi via un circuit diviseur de tension pour convertir la logique haute + 5V en logique haute + 3.3v. Voir le schéma de circuit pour une meilleure compréhension.
Batterie externe et batterie au plomb 12v pour alimentation:
Gardez à l' esprit que Raspberry Pi doit fonctionner en l'absence de pouvoir, nous allons donc conduire le PI à l' aide d' une banque d' alimentation (Une batterie 10000mAh) et la lampe LED 9Watt sera alimenté par + 12V, batterie plomb scellée 7AH ACID. La lampe LED ne peut pas être alimentée par la banque d'alimentation car elle consomme trop d'énergie, elle doit donc être alimentée par une source d'alimentation séparée.
Vous pouvez alimenter le Raspberry Pi avec une batterie + 12V si vous disposez d'un convertisseur efficace + 12V vers + 5v. Grâce à ce convertisseur, vous pouvez abandonner la banque d'alimentation et alimenter l'ensemble du circuit avec une seule source de batterie.
Explication du circuit:
Le schéma de circuit de l' éclairage d'urgence Raspberry Pi est donné ci-dessous:
Ici, nous avons utilisé trois comparateurs sur quatre à l'intérieur du LM324 IC. Deux d'entre eux seront utilisés pour détecter les niveaux d'intensité lumineuse et le troisième sera utilisé pour détecter le niveau de basse tension de la batterie + 12V.
1. OP-AMP1 ou U1A: la borne négative de ce comparateur est fournie avec 1,2 V (ajustez RV2 pour obtenir la tension) et la borne positive est connectée au réseau de diviseur de tension LDR. Au fur et à mesure que l'ombre tombe sur le LDR, sa résistance interne augmente. Avec l'augmentation de la résistance interne du LDR, la chute de tension à la borne positive de l'OP-AMP1 augmente. Une fois que cette tension dépasse 1,2 V, l'OP-AMP1 fournit une sortie + 3,3 V. Cette sortie logique HIGH de OP-AMP sera détectée par Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 ou U1B: la borne négative de ce comparateur est fournie avec 2,2 V (ajustez RV3 pour obtenir la tension) et la borne positive est connectée au réseau de diviseur de tension LDR. Au fur et à mesure que la teinte tombant sur le LDR augmente, sa résistance interne augmente encore. Avec une nouvelle augmentation de la résistance interne du LDR, la chute de tension à la borne positive de l'OP-AMP2 augmente. Une fois que cette tension dépasse 2,2 V, l'OP-AMP2 fournit une sortie + 3,3 V. Cette sortie logique HIGH de OP-AMP sera détectée par Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 ou U1C: Cet OP-AMP sera utilisé pour détecter le niveau de basse tension de la batterie + 12v. La borne négative de ce comparateur est fournie avec 2.1V (ajustez RV1 pour obtenir la tension) et la borne positive est connectée à un circuit diviseur de tension. Ce diviseur divise la tension de la batterie par 1 / 5,7 fois, donc pour une tension de batterie de 12,5 V, nous aurons 2,19 V à la borne positive de l'OP-AMP3. Lorsque la tension de la batterie passe en dessous de 12,0 V, la tension à la borne positive sera <2,1 V. Donc, avec le 2.1v à la borne négative, la sortie OP-AMP devient faible. Ainsi, lorsque la tension de la batterie tombe en dessous de 12 V (c'est-à-dire en dessous de 2,1 V à la borne positive), l'OP-AMP abaisse la sortie, cette logique sera détectée par Raspberry Pi.
Explication de travail:
Toute la fonction de cette lampe d'urgence Raspberry Pi peut être définie comme:
Le premier Raspberry Pi détecte s'il y a du courant alternatif ou non en détectant la logique au GPIO23, où + 3,3V de l'adaptateur secteur est pris. Une fois l'alimentation coupée, + 5V de l'adaptateur s'éteint et Raspberry Pi passe à l'étape suivante uniquement si cette logique BASSE est détectée, sinon PI ne passera pas à l'étape suivante. Cette logique FAIBLE se produit uniquement lorsque l'alimentation CA est coupée.
Le PI suivant vérifie si le niveau de la batterie AU PLOMB est FAIBLE. Cette logique est fournie par OP-AMP3 au GPIO16. Si la logique est FAIBLE, alors PI ne passe pas à l'étape suivante. Avec une tension de batterie supérieure à + 12V, PI passe à l'étape suivante.
Ensuite, Raspberry Pi vérifie si l'obscurité dans la pièce est ÉLEVÉE, cette logique est fournie par OP-AMP2 au GPIO20. Si oui, PI fournit une sortie PWM (Pulse Width Modulation) avec un rapport cyclique de 99%. Ce signal PWM pilote l'opto-coupleur qui pilote le MOSFET. Le MOSFET alimente la configuration LED 9WATT comme indiqué sur la figure. S'il n'y a pas d'obscurité complète, PI passe à l'étape suivante. En savoir plus sur PWM dans Raspberry Pi ici.
Ensuite, Raspberry Pi vérifie si l'obscurité dans la pièce est FAIBLE, cette logique est fournie par OP-AMP1 à GPIO21. Si oui, PI fournit une sortie PWM (Pulse Width Modulation) avec un rapport cyclique de 30%. Ce signal PWM pilote l'opto-coupleur qui pilote le MOSFET. Le MOSFET alimente la configuration LED 9WATT comme indiqué sur la figure. S'il y a une lumière appropriée dans la pièce, le Raspberry Pi ne fournit pas de sortie PWM, donc la LAMPE sera complètement éteinte.
Donc, pour allumer cette lampe d'urgence, les deux conditions doivent être Vrai, signifie que la ligne CA doit être éteinte et qu'il doit y avoir de l'obscurité dans la pièce. Vous pouvez obtenir une compréhension claire en vérifiant le code Python complet et la vidéo ci-dessous.
Vous pouvez en outre ajouter des fonctionnalités et des niveaux d'obscurité plus intéressants à cette lampe d'urgence. Consultez également nos autres circuits d'électronique de puissance:
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