Sa sesyon na ito gagawa kami ng isang 9WATT Emergency Lamp gamit ang Raspberry Pi at Python. Ang lampara na ito ay awtomatikong makakakita ng kadiliman at kawalan ng suplay ng kuryente ng AC, at sindihan kapag may pagkabigo sa kuryente at wala ang tamang ilaw.
Bagaman mayroong iba't ibang mga emergency lamp na magagamit ngunit ang mga ito ay pulos nakatuon upang maghatid ng iisang layunin, tulad ng isang Simple Emergency Light Circuit na nilikha namin dati, nag-uudyok lamang sa pagkabigo ng kuryente. Sa Raspberry Pi maaari kaming magdagdag ng iba't ibang mga pag-andar dito, tulad ng idinagdag namin ang LDR upang makita ang Kadiliman sa iba't ibang mga antas. Dito naidagdag namin ang dalawang antas, kapag may kumpletong kadiliman, ang ilawan ay susulaw na may buong kasidhian at kapag may semi madilim, ito ay mamula sa 30% na kapasidad. Kaya't dito namin ididisenyo ang lampara na ito upang mai-ON kapag ang linya ng linya ng AC ay NAKA-OFF at kapag ang ilaw ng ilaw sa silid ay napakababa.
Kinakailangan ang Mga Bahagi:
Narito ginagamit namin ang Raspberry Pi 2 Model B kasama ang Raspbian Jessie OS. Ang lahat ng pangunahing mga kinakailangan sa Hardware at Software ay dati nang tinalakay, maaari mo itong tingnan sa Panimula ng Raspberry Pi at Raspberry PI LED Blinking para sa pagsisimula, bukod sa kailangan namin:
- 1000µF capacitor
- 1WATT LED (9 na piraso)
- + 12V Sealed LEAD ACID na baterya
- 6000-10000mAH power bank
- + 5V DC adapter
- Lm324 OP-AMP chip
- 4N25 Optocoupler
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (Light Dependent Resistor)
- LED (1 piraso)
- Mga lumalaban: 1KΩ (3 piraso), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 piraso), 10Ω (9 na piraso), 10KΩ, 100KΩ
- 10KΩ palayok (3 piraso) (lahat ng resistors ay 0.25 watt)
Paglalarawan:
Bago pumunta sa Mga Koneksyon sa Circuit at ang pagtatrabaho nito, matututunan natin ang tungkol sa mga bahagi at kanilang layunin sa circuit:
9 Watt LED Lamp:
Ang LAMP ay binubuo ng siyam na 1WATT LEDs. Mayroong iba't ibang mga uri ng LEDs na nasa merkado ngunit ang 1WATT LED ay madaling magagamit saanman. Ang mga LED na ito ay nagpapatakbo sa 3.6V, kaya ikonekta namin ang tatlo sa mga ito sa serye kasama ang mga diode ng proteksyon upang mapatakbo sa + 12V. Ikonekta namin ang tatlo sa mga piraso na ito na bumubuo ng isang 9WATT LED lamp. Patakbuhin namin ang lampara na ito kasama ang Raspberry Pi nang naaayon.
Ang LDR (Light Dependent Resistor) upang makita ang Kadiliman:
Gagamitin namin ang LDR (Light Dependent Resistor) upang makita ang gaanong ilaw sa silid. Ang LDR ay binabago ang paglaban nito nang linear sa lakas ng ilaw. Ang LDR na ito ay konektado sa divider ng boltahe. Sa pamamagitan nito magkakaroon kami ng variable na boltahe upang kumatawan sa variable na intensity ng ilaw. Kung ang tindi ng ilaw ay LOW ang output ng boltahe ay magiging TAAS at kung ang tindi ng ilaw kung ang TAAS na mataas na boltahe ay magiging mababa.
Op-amp LM324 IC para sa pagsuri sa output ng LDR:
Ang Raspberry Pi ay walang panloob na mekanismo ng ADC (Analog to Digital Converter). Kaya't ang setup na ito ay hindi maaaring konektado nang direkta sa Raspberry Pi. Gagamitin namin ang mga kumpare na batay sa OP-AMP upang suriin ang mga output ng boltahe mula sa LDR.
Dito ginamit namin ang op-amp LM324 na mayroong apat na mga amplifier ng pagpapatakbo sa loob nito at nagamit namin ang dalawang op-amp sa apat na iyon. Kaya't ang aming PI ay makakakita ng lakas ng ilaw sa dalawang antas. Depende sa mga antas na ito ayusin namin ang ningning ng LED lampara. Kapag may kumpletong kadiliman, ang ilawan ay sisikat na may buong tindi at kapag may kalahating madilim, mamula ito sa 30% na kapasidad. Suriin ang code ng Python at video, sa dulo, upang maunawaan ito nang maayos. Dito ginamit namin ang konsepto ng PWM sa Raspberry Pi upang makontrol ang tindi ng mga LED.
Ang Raspberry Pi ay may 26GPIO, kung saan ang ilan ay ginagamit para sa mga espesyal na pagpapaandar. Na isinasantabi ang espesyal na GPIO, mayroon kaming 17 GPIO. Ang bawat isa sa 17 mga pin ng GPIO ay hindi maaaring tumagal ng boltahe na mas mataas sa + 3.3V, kaya ang mga output ng Op-amp ay hindi maaaring mas mataas sa 3.3V. Samakatuwid pinili namin ang op-amp LM324, dahil ang chip na ito ay maaaring gumana sa + 3.3V na nagbibigay ng mga output ng lohika na hindi hihigit sa + 3.3V. Dagdagan ang nalalaman tungkol sa GPIO Pins ng Raspberry Pi dito. Suriin din ang aming Raspberry Pi Tutorial Series kasama ang ilang magagandang Proyekto ng IoT.
AC sa DC Adapter upang suriin ang AC Line:
Gagamitin namin ang AC sa DC adapter outlet voltage logic upang makita ang katayuan ng linya ng AC. Bagaman maraming mga paraan upang makita ang katayuan ng linya ng AC, ito ang pinakaligtas at pinakamadaling paraan upang pumunta. Dadalhin namin ang + 5V na lohika mula sa adapter at ibibigay ito sa Raspberry Pi sa pamamagitan ng isang circuit ng boltahe na divider upang itago ang + 5V mataas na lohika sa + 3.3v HIGH na lohika. Tingnan ang circuit diagram para sa mas mahusay na pag-unawa.
Power Bank at 12v Lead acid Battery para sa Power Supply:
Tandaan na ang Raspberry Pi ay dapat na tumatakbo nang walang lakas, kaya't ihahatid namin ang PI gamit ang isang Power Bank (Isang baterya na pack na 10000mAH) at ang 9WATT LED lampara ay papatakbo ng + 12V, 7AH selyadong LEAD ACID na baterya. Ang LED lampara ay hindi maaaring patakbuhin ng power bank dahil nakakakuha sila ng labis na lakas, kaya dapat silang pinapatakbo mula sa isang magkakahiwalay na mapagkukunan ng kuryente.
Maaari mong mapagana ang Raspberry Pi ng + 12V na baterya kung mayroon kang isang mahusay na + 12V hanggang + 5v converter. Sa pamamagitan ng converter na iyon maaari mong kanal ang power bank at paandarin ang buong circuit na may isang solong mapagkukunan ng baterya.
Paliwanag sa Circuit:
Ang Circuit Diagram ng Raspberry Pi Emergency Light ay ibinibigay sa ibaba:
Dito nagamit namin ang tatlo sa apat na kumpare sa loob ng LM324 IC. Dalawa sa mga ito ang gagamitin upang matukoy ang mga antas ng tindi ng ilaw at ang pangatlo ay gagamitin upang makita ang antas ng mababang boltahe ng + 12V na baterya.
1. OP-AMP1 o U1A: Ang negatibong terminal ng kumpare na ito ay binigyan ng 1.2V (ayusin ang RV2 upang makuha ang boltahe) at ang Positibong terminal ay konektado sa LDR boltahe ng divider na network. Habang bumabagsak ang lilim sa LDR, tumataas ang panloob na pagtutol. Sa pagtaas ng panloob na paglaban ng LDR, ang pagbaba ng boltahe sa positibong terminal ng OP-AMP1 ay tumataas. Kapag ang boltahe na ito ay mas mataas kaysa sa 1.2V, ang OP-AMP1 ay nagbibigay ng + 3.3V na output. Ang TUNAY na output ng lohika ng OP-AMP ay makikita ng Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 o U1B: Ang negatibong terminal ng kumpare na ito ay binigyan ng 2.2V (ayusin ang RV3 upang makuha ang boltahe) at ang Positibong terminal ay konektado sa LDR voltage divider network. Habang dumaragdag ang lilim na bumabagsak sa LDR, mas mataas pa ang panloob na paglaban. Sa karagdagang pagtaas sa panloob na paglaban ng LDR, ang boltahe na drop sa positibong terminal ng OP-AMP2 ay tumataas. Kapag ang boltahe na ito ay mas mataas kaysa sa 2.2V, ang OP-AMP2 ay nagbibigay ng + 3.3V na output. Ang TUNAY na output ng lohika ng OP-AMP ay makikita ng Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 o U1C: Ang OP-AMP na ito ay gagamitin upang makita ang mababang antas ng boltahe ng + 12v na baterya pack. Ang negatibong terminal ng kumpare na ito ay ibinibigay ng 2.1V (ayusin ang RV1 upang makuha ang boltahe) at ang positibong terminal ay konektado sa isang circuit ng divider ng boltahe. Hinahati ng divider na ito ang boltahe ng baterya ng 1 / 5.7 beses, kaya para sa 12.5V na boltahe ng baterya magkakaroon kami ng 2.19V sa positibong terminal ng OP-AMP3. Kapag ang boltahe ng baterya ay mas mababa sa 12.0V, ang boltahe sa positibong terminal ay magiging <2.1V. Kaya sa 2.1v sa negatibong terminal, mababa ang output ng OP-AMP. Kaya't kapag ang boltahe ng baterya ay bumaba sa ibaba 12V (nangangahulugang sa ibaba 2.1v sa positibong terminal), ang OP-AMP ay bumababa sa output, ang lohika na ito ay makikita ng Raspberry Pi.
Paggawa ng Paliwanag:
Ang buong pag-andar ng Raspberry Pi Emergency Lamp na ito ay maaaring ipahayag bilang:
Nakita ng First Raspberry Pi kung mayroong AC power na naroroon o hindi sa pamamagitan ng sensing lohika sa GPIO23, kung saan kinunan ang + 3.3V mula sa AC adapter. Kapag ang kuryente ay Napatay, + 5V mula sa adapter ay NAKA-OFF at ang Raspberry Pi ay pupunta lamang sa susunod na hakbang kung ang MABABANG na lohika na ito ay napansin, kung hindi ang PI ay hindi lilipat sa susunod na hakbang. Ang LOW logic na ito ay nangyayari lamang kapag ang AC power ay Napatay.
Susunod na suriin ng PI kung ang antas ng baterya ng LEAD ACID ay mababa. Ang lohika na ito ay ibinibigay ng OP-AMP3 sa GPIO16. Kung ang lohika ay mababa, kung gayon ang PI ay hindi lumipat sa susunod na hakbang. Sa boltahe ng baterya na mas mataas sa + 12V, lilipat ang PI sa susunod na hakbang.
Susunod na tsek ng Raspberry Pi kung ang kadiliman sa silid ay TAAS, ang lohika na ito ay ibinibigay ng OP-AMP2 sa GPIO20. Kung oo, nagbibigay ang PI ng output ng PWM (Pulse Width Modulation) na may cycle ng tungkulin na 99%. Ang senyas na PWM na ito ay nagdadala ng opto-coupler na nagtutulak sa MOSFET. Pinapagana ng MOSFET ang 9WATT LED setup tulad ng ipinakita sa figure. Kung walang kumpletong madilim pagkatapos ay lilipat ang PI sa susunod na hakbang. Dagdagan ang nalalaman tungkol sa PWM sa Raspberry Pi dito.
Pagkatapos ang Raspberry Pi ay sumusuri kung ang kadiliman sa silid ay mababa, ang lohika na ito ay ibinigay ng OP-AMP1 sa GPIO21. Kung oo, nagbibigay ang PI ng output ng PWM (Pulse Width Modulation) na may cycle ng tungkulin na 30%. Ang senyas na PWM na ito ay nagdadala ng opto-coupler na nagtutulak sa MOSFET. Pinapagana ng MOSFET ang 9WATT LED setup tulad ng ipinakita sa figure. Kung mayroong tamang ilaw sa silid, kung gayon ang Raspberry Pi ay hindi nagbibigay ng PWM output kaya ang LAMP ay ganap na MA-OFF.
Kaya upang i-on ang Emergency Lamp na ito, ang parehong kondisyon ay dapat na Totoo, nangangahulugang ang linya ng AC ay dapat na patayin at dapat may kadiliman sa silid. Maaari mong makuha ang malinaw na pag-unawa sa pamamagitan ng pag-check sa kumpletong Python Code at Video sa ibaba.
Maaari kang karagdagang magdagdag ng mas kawili-wiling mga pag-andar at mga antas ng kadiliman sa lampara ng Emergency na ito. Suriin din ang aming higit pang mga circuit ng Power Electronics:
- 0-24v 3A Variable Power Supply gamit ang LM338
- 12v Battery Charger Circuit gamit ang LM317
- 12v DC hanggang 220v AC Inverter Circuit
- Cell Phone Charger Circuit