Nachtlicht-Bewegungs- und Dunkelheitserkennung - kein Mikro - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Dieses anweisbare soll Sie daran hindern, Ihren Zeh zu stoßen, wenn Sie durch einen dunklen Raum gehen. Man könnte sagen, es ist zu Ihrer eigenen Sicherheit, wenn Sie nachts aufstehen und versuchen, die Tür sicher zu erreichen. Natürlich könnten Sie eine Nachttischlampe oder das Hauptlicht verwenden, da Sie einen Schalter direkt neben sich haben, aber wie bequem ist es, Ihre Augen mit einer 60-W-Glühbirne zu blenden, wenn Sie gerade aufgewacht sind?

Es handelt sich um einen LED-Streifen, den Sie unter Ihrem Bett montieren, der von zwei Sensoren gesteuert wird, die Bewegungen und den Grad der Dunkelheit in Ihrem Zimmer erkennen. Es wird mit geringer Leistung und Helligkeit betrieben, um nachts ein sehr angenehmes Licht zu bieten. Es gibt auch die Möglichkeit, die Helligkeitsschwelle zu steuern, um sie für jede Umgebung geeignet zu machen. Für dieses Projekt wird kein Mikrocontroller benötigt. Das reduziert die Anzahl der notwendigen Komponenten und die Komplexität. Darüber hinaus ist es eine recht einfache Aufgabe, wenn Sie bereits über Kenntnisse in elektronischen Hardwareschaltungen verfügen.

Schritt 1: Funktionsprinzip & Komponenten

Das grundlegende Funktionsprinzip dieser Leuchte besteht darin, dass sie zwei Mosfet in Reihe mit einer LED hat. Die Mosfets, die vom Typ der Logikebene sein müssen - Erklärung später - werden von zwei verschiedenen Teilschaltungen eingeschaltet, von denen einer auf Dunkelheit und der andere auf Bewegung reagiert. Wenn nur einer von ihnen erfasst wird, wird nur ein Transistor eingeschaltet und der andere blockiert immer noch den Stromfluss durch die LED. Diese Kombination ist sehr wichtig, da Sie Batteriestrom verschwenden würden, wenn Sie das Licht tagsüber oder nachts ohne Bewegung aktivieren. Die Komponenten und die Schaltung wurden so gewählt, dass Sie die Parameter für Ihren eigenen Standort und die dortigen Bedingungen optimieren können.

Außerdem wurde ein Gehäuse 3-D gedruckt, das in die Komponenten passt, was aus Funktionsgründen nicht unbedingt notwendig ist, aber einen praktischen Zweck hat.

UPDATE: Nachdem ich diesen Beitrag veröffentlicht habe, wurde eine neue Version des Gehäuses entworfen. Das 3D-gedruckte Gehäuse enthält jetzt auch die LEDs, was es zu einer "Whole-in-One"-Lösung macht. Die Bilder aus der Einleitung dieses Beitrags (neues Modell) unterscheiden sich von denen in step7 "Stromversorgung und Gehäuse" (altes Modell)

Stückliste:

4x 1,5V Batterien1x GL5516 - LDR1x 1 MOhm Festwiderstand (R1)1x 100 kOhm Potentiometer1x 100 kOhm Festwiderstand (R2)1x TS393CD - Doppelspannungskomparator1x HC-SR501 - PIR Bewegungsmelder1x 2 kOhm Festwiderstand (R6)2x 220 Ohm Festwiderstand (R3&R4)2x IRLZ34N n-Kanal Mosfet4x Kabelschuhe flach4x Kabelschuhe (Gegenteil)

Schritt 2: Helligkeit messen

Um die Helligkeit des Raumes zu erfassen, habe ich einen lichtabhängigen Widerstand (LDR) verwendet. Ich habe einen Spannungsteiler mit einem 1MOhm Festwiderstand erstellt. Dies ist notwendig, da der Widerstand des LDR bei Dunkelheit ähnliche Größenordnungen erreicht. Der Spannungsabfall am LDR ist proportional zur „Dunkelheit“.

Schritt 3: Einrichten der Referenzspannung für den Dunkelschwellenwert

Das Nachtlicht soll leuchten, wenn eine bestimmte Dunkelheitsschwelle überschritten wird. Der Ausgang des LDR-Spannungsteilers muss mit einer bestimmten Referenz verglichen werden. Dazu wird ein zweiter Spannungsteiler verwendet. Einer seiner Widerstände ist ein Potentiometer. Dadurch ist die Schwellenspannung (proportional zur Dunkelheit) veränderbar. Das Potentiometer (R_pot) hat einen maximalen Widerstand von 100 kOhm. Der Festwiderstand (R2) beträgt ebenfalls 100 kOhm.

Schritt 4: Helligkeitsabhängiger Schalter

In den Operationsverstärker werden die Spannungen der beiden beschriebenen Spannungsteiler eingespeist. Das LDR-Signal wird an den invertierenden Eingang und das Referenzsignal an den nicht-invertierenden Eingang angeschlossen. Der OpAmp hat keine Rückkopplungsschleife, was bedeutet, dass er die Differenz der beiden Eingänge um mehr als 10E+05 verstärkt und somit als Komparator arbeitet. Wenn die Spannung am invertierenden Eingang im Vergleich zum anderen höher ist, verbindet er seinen Ausgangspin mit der oberen Schiene (Vcc) und schaltet somit den Mosfet Q1 ein. Der umgekehrte Fall erzeugt Massepotential am Ausgangspin des Komparators, das den Mosfet ausschaltet. Tatsächlich gibt es einen kleinen Bereich, in dem der Komparator etwas zwischen GND und Vcc ausgibt. Das passiert, wenn beide Spannungen fast den gleichen Wert haben. Dieser Bereich kann dazu führen, dass die LEDs weniger hell leuchten.

Der gewählte TS393 OpAmp ist ein Dual-Voltge-Komparator. Es können auch andere geeignete und möglicherweise billigere verwendet werden. Der TS393 war nur ein Überbleibsel aus einem alten Projekt.

Schritt 5: Bewegungserkennung

Der Passiv-Infrarot-Sensor HC-SR501 ist hier eine sehr einfache Lösung. Auf ihm ist ein Mikrocontroller aufgebaut, der die Erkennung tatsächlich durchführt. Es hat zwei Pins für die Versorgung (Vcc und GND) und einen Ausgangspin. Die Ausgangsspannung beträgt 3,3 V, weshalb ich tatsächlich den Mosfet-Typ mit Logikpegel verwenden musste. Der Logikpegeltyp sorgt dafür, dass der Mosfet mit nur 3,3V im Sättigungsbereich angesteuert wird. Der PIR-Sensor besteht aus mehreren pyroelektrischen Elementen, die mit einer Spannungsänderung auf Infrarotstrahlung reagieren, die beispielsweise vom menschlichen Körper ausgesendet wird. Das bedeutet auch, dass es Dinge wie kalte Heizstrahler erkennen kann, die mit heißem Wasser überflutet sind. Sie sollten die Umgebungsbedingungen prüfen und die Ausrichtung des Sensors entsprechend wählen. Der Beobachtungswinkel ist auf 120° begrenzt. Es verfügt über zwei Trimmer, mit denen Sie die Empfindlichkeit und die Verzögerungszeit erhöhen können. Sie können die Empfindlichkeit ändern, um den Bereich des zu beobachtenden Bereichs zu vergrößern. Mit dem Verzögerungstrimmer kann die Zeit eingestellt werden, für die der Sensor einen logischen High-Pegel ausgibt.

In der endgültigen Version des Schaltplans sehen Sie, dass zwischen dem Sensorausgang und dem Gate von Q2 ein Widerstand in Reihe geschaltet ist, um den vom Sensor gezogenen Strom zu begrenzen (R4 = 220 Ohm).

Schritt 6: Elektronikmontage

Nachdem Sie die Funktionalität der einzelnen Komponenten verstanden haben, kann die gesamte Schaltung aufgebaut werden. Dies sollte zuerst auf einem Steckbrett erfolgen! Wenn Sie mit der Montage auf einer Platine beginnen, ist es schwieriger, die Schaltung nachträglich zu ändern oder zu optimieren. Tatsächlich kann man auf dem Bild meiner Platine sehen, dass ich etwas nachgearbeitet habe und es daher ein wenig unordentlich aussieht.

Der Komparatorausgang muss mit einem Pull-Up-Widerstand R6 (2 kOhm) ausgestattet sein - wenn Sie einen anderen Komparator verwenden, überprüfen Sie unbedingt das Datenblatt. Zwischen dem Komparator und dem Mosfet Q1 wird aus dem gleichen Grund wie für den PIR ein zusätzlicher Widerstand R3 geschaltet. Der Widerstand R5 ist abhängig von Ihrer LED. In diesem Fall wurde ein kurzes Stück LED-Streifen verwendet. Es hat die LEDs sowie den Widerstand R5 bereits eingebaut. Somit ist R5 in meinem Fall nicht montiert.

Schritt 7: Netzteil und Gehäuse

UPDATE: Das ganz am Anfang dieses Beitrags gezeigte Gehäuse ist ein Redesign. Es wurde gemacht, um eine Komplettlösung zu haben. Die LEDs leuchten von innen durch eine „transparente“Kunststoffschicht. Falls dies für Sie nicht zutrifft, wird hier in diesem Schritt das erste Konzept des ersten Prototyps gezeigt. (Wenn Interesse an dem neuen Design besteht, kann ich es auch anhängen)

Wie bereits erwähnt, versorgen vier AAA 1,5 V-Batterien das System mit Strom. Tatsächlich könnte es für Sie angenehmer sein, eine 9-V-Batterie zu verwenden und einen Spannungsregler vor den gesamten Stromkreis zu stellen. Dann müssen Sie auch kein Batteriegehäuse 3D drucken, das über Kabelschuhe mit den Batterien verbunden wird.

Das Gehäuse ist ein erster einfacher Prototyp und hat einige Löcher für die Sensoren. Auf dem allerersten Bild sieht man vorne das große Loch für den Bewegungssensor und das linke obere Loch für den LDR. Der LED-Streifen sollte mit gleichem Abstand außerhalb des Gehäuses sein, da er den LDR beeinflussen könnte.