En esta sesión vamos a hacer una Lámpara de Emergencia de 9WATT usando Raspberry Pi y Python. Esta lámpara detectará automáticamente la oscuridad y la ausencia de la fuente de alimentación de CA, y se encenderá cuando haya un corte de energía y no haya luz adecuada.
Aunque hay varias lámparas de emergencia disponibles, están exclusivamente dedicadas a un solo propósito, como un circuito de luz de emergencia simple que hemos creado anteriormente, se activa solo en caso de falla de energía. Con Raspberry Pi podemos agregarle varias otras funcionalidades, como aquí hemos agregado LDR para detectar la oscuridad en varios niveles. Aquí hemos agregado dos niveles, cuando haya oscuridad total, la lámpara brillará con toda su intensidad y cuando esté semi oscuro, brillará al 30% de su capacidad. Así que aquí vamos a diseñar esta lámpara para que se encienda cuando la línea de alimentación de CA esté apagada y cuando la intensidad de la luz en la habitación sea muy baja.
Componentes requeridos:
Aquí estamos usando Raspberry Pi 2 Model B con Raspbian Jessie OS. Todos los requisitos básicos de hardware y software se discutieron anteriormente, puede buscarlos en la Introducción de Raspberry Pi y el Parpadeo del LED de Raspberry PI para comenzar, aparte de eso, necesitamos:
- Condensador de 1000 µF
- LED 1WATT (9 piezas)
- Batería de PLOMO ÁCIDO sellada de + 12V
- Banco de energía 6000-10000mAH
- Adaptador + 5V DC
- Chip Lm324 OP-AMP
- Optoacoplador 4N25
- MOSFET IRFZ44N
- LDR (resistencia dependiente de la luz)
- LED (1 pieza)
- Resistencias: 1KΩ (3 piezas), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 piezas), 10Ω (9 piezas), 10KΩ, 100KΩ
- Maceta de 10 KΩ (3 piezas) (todas las resistencias son de 0,25 vatios)
Descripción:
Antes de entrar en Circuit Connections y su funcionamiento, aprenderemos sobre los componentes y su propósito en el circuito:
Lámpara LED de 9 vatios:
La LÁMPARA está compuesta por nueve LED de 1WATT. Hay diferentes tipos de LED presentes en el mercado, pero los LED de 1WATT están fácilmente disponibles en todas partes. Estos LED funcionan a 3.6V, por lo que conectaremos tres de ellos en serie junto con diodos de protección para operar a + 12V. Conectaremos tres de estas tiras formando una lámpara LED de 9WATT. Operaremos esta lámpara con Raspberry Pi en consecuencia.
LDR (resistencia dependiente de la luz) para detectar la oscuridad:
Vamos a utilizar LDR (resistencia dependiente de la luz) para detectar la intensidad de la luz en la habitación. El LDR cambia su resistencia linealmente con la intensidad de la luz. Este LDR se conectará al divisor de voltaje. Con eso tendremos voltaje variable para representar la intensidad de luz variable. Si la intensidad de la luz es BAJA, la salida de voltaje será ALTA y si la intensidad de la luz es ALTA, la salida de voltaje será BAJA.
Op-amp LM324 IC para verificar la salida LDR:
Raspberry Pi no tiene un mecanismo interno ADC (convertidor analógico a digital). Por lo tanto, esta configuración no se puede conectar directamente a Raspberry Pi. Usaremos comparadores basados en OP-AMP para verificar las salidas de voltaje de LDR.
Aquí hemos utilizado el amplificador operacional LM324 que tiene cuatro amplificadores operacionales en su interior y hemos utilizado dos amplificadores operacionales de esos cuatro. Entonces nuestro PI podrá detectar la intensidad de la luz en dos niveles. Dependiendo de estos niveles ajustaremos el brillo de la lámpara LED. Cuando haya oscuridad total, la lámpara brillará con toda su intensidad y cuando esté medio oscuro, brillará al 30% de su capacidad. Verifique el código y el video de Python, al final, para comprenderlo correctamente. Aquí hemos utilizado el concepto PWM en Raspberry Pi para controlar la intensidad de los LED.
Raspberry Pi tiene 26GPIO, de los cuales algunos se utilizan para funciones especiales. Con GPIO especial reservado, tenemos 17 GPIO. Cada uno de los 17 pines GPIO no puede soportar un voltaje superior a + 3,3 V, por lo que las salidas del amplificador operacional no pueden ser superiores a 3,3 V. Por lo tanto, hemos elegido el amplificador operacional LM324, ya que este chip puede operar a + 3.3V proporcionando salidas lógicas no más de + 3.3V. Obtenga más información sobre los pines GPIO de Raspberry Pi aquí. Consulte también nuestra serie de tutoriales de Raspberry Pi junto con algunos buenos proyectos de IoT.
Adaptador de CA a CC para comprobar la línea de CA:
Usaremos la lógica de voltaje de salida del adaptador de CA a CC para detectar el estado de la línea de CA. Aunque hay varias formas de detectar el estado de la línea de CA, esta es la forma más segura y sencilla de hacerlo. Tomaremos la lógica de + 5V del adaptador y se la daremos a Raspberry Pi a través de un circuito divisor de voltaje para convertir la lógica alta de + 5V a la lógica ALTA de + 3.3v. Consulte el diagrama del circuito para una mejor comprensión.
Power Bank y batería de plomo de 12v para fuente de alimentación:
Tenga en cuenta que Raspberry Pi debe estar funcionando en ausencia de energía, por lo que manejaremos el PI usando un Power Bank (un paquete de baterías de 10000mAH) y la lámpara LED de 9WATT será alimentada por una batería de PLOMO ÁCIDO sellada de + 12V, 7AH. La lámpara LED no puede ser alimentada por un banco de energía, ya que consume demasiada energía, por lo que deben alimentarse desde una fuente de energía separada.
Puede alimentar la Raspberry Pi con una batería de + 12V si tiene un convertidor eficiente de + 12V a + 5v. Con ese convertidor, puede deshacerse del banco de energía y alimentar todo el circuito con una sola fuente de batería.
Explicación del circuito:
El diagrama de circuito de la luz de emergencia Raspberry Pi se muestra a continuación:
Aquí hemos utilizado tres de los cuatro comparadores dentro del LM324 IC. Dos de ellos se utilizarán para detectar niveles de intensidad de luz y el tercero se utilizará para detectar el nivel de bajo voltaje de la batería de + 12V.
1. OP-AMP1 o U1A: el terminal negativo de este comparador se proporciona con 1,2 V (ajuste RV2 para obtener el voltaje) y el terminal positivo está conectado a la red del divisor de voltaje LDR. A medida que la sombra cae sobre el LDR, aumenta su resistencia interna. Con el aumento de la resistencia interna de LDR, aumenta la caída de voltaje en el terminal positivo de OP-AMP1. Una vez que este voltaje supera los 1,2 V, el OP-AMP1 proporciona una salida de + 3,3 V. Esta salida lógica ALTA de OP-AMP será detectada por Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 o U1B: El terminal negativo de este comparador se proporciona con 2,2 V (ajuste RV3 para obtener el voltaje) y el terminal positivo está conectado a la red del divisor de voltaje LDR. A medida que aumenta aún más la sombra que cae sobre el LDR, su resistencia interna aumenta aún más. Con un aumento adicional de la resistencia interna de LDR, aumenta la caída de voltaje en el terminal positivo de OP-AMP2. Una vez que este voltaje supera los 2,2 V, el OP-AMP2 proporciona una salida de + 3,3 V. Esta salida lógica ALTA de OP-AMP será detectada por Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 o U1C: Este OP-AMP se utilizará para detectar el nivel de voltaje bajo de la batería de +12v. El terminal negativo de este comparador se proporciona con 2,1 V (ajuste RV1 para obtener el voltaje) y el terminal positivo está conectado a un circuito divisor de voltaje. Este divisor divide el voltaje de la batería en 1 / 5,7 veces, por lo que para un voltaje de batería de 12,5 V tendremos 2,19 V en el terminal positivo de OP-AMP3. Cuando el voltaje de la batería desciende por debajo de 12,0 V, el voltaje en el terminal positivo será <2,1 V. Entonces, con 2.1v en el terminal negativo, la salida OP-AMP baja. Entonces, cuando el voltaje de la batería cae por debajo de 12V (significa debajo de 2.1v en el terminal positivo), el OP-AMP baja la salida, esta lógica será detectada por Raspberry Pi.
Explicación de trabajo:
Toda la función de esta lámpara de emergencia Raspberry Pi se puede definir como:
Primero, Raspberry Pi detecta si hay alimentación de CA presente o no mediante la lógica de detección en GPIO23, donde se toman + 3.3V del adaptador de CA. Una vez que la energía se apaga, + 5V del adaptador se apaga y Raspberry Pi pasa al siguiente paso solo si se detecta esta lógica BAJA, si no, PI no pasará al siguiente paso. Esta lógica BAJA ocurre solo cuando la energía CA se apaga.
Next PI comprueba si el nivel de la batería de PLOMO ÁCIDO es BAJO. Esta lógica es proporcionada por OP-AMP3 en GPIO16. Si la lógica es BAJA, PI no avanza al siguiente paso. Con un voltaje de batería superior a + 12V, PI pasa al siguiente paso.
A continuación, Raspberry Pi comprueba si la oscuridad en la habitación es ALTA, esta lógica la proporciona OP-AMP2 en GPIO20. En caso afirmativo, PI proporciona una salida PWM (Modulación de ancho de pulso) con un ciclo de trabajo del 99%. Esta señal PWM impulsa el optoacoplador que impulsa el MOSFET. MOSFET alimenta la configuración del LED de 9 vatios como se muestra en la figura. Si no está completamente oscuro, PI pasa al siguiente paso. Obtenga más información sobre PWM en Raspberry Pi aquí.
Luego, Raspberry Pi verifica si la oscuridad en la habitación es BAJA, esta lógica la proporciona OP-AMP1 en GPIO21. En caso afirmativo, PI proporciona una salida PWM (Modulación de ancho de pulso) con un ciclo de trabajo del 30%. Esta señal PWM impulsa el optoacoplador que impulsa el MOSFET. MOSFET alimenta la configuración del LED de 9 vatios como se muestra en la figura. Si hay luz adecuada en la habitación, Raspberry Pi no proporciona salida PWM, por lo que la LÁMPARA estará completamente APAGADA.
Entonces, para encender esta lámpara de emergencia, ambas condiciones deben ser Verdaderas, significa que la línea de CA debe estar apagada y debe haber oscuridad en la habitación. Puede obtener una comprensión clara al verificar el código y el video de Python completos a continuación.
Además, puede agregar funcionalidades más interesantes y niveles de oscuridad a esta lámpara de emergencia. Consulte también nuestros más circuitos de electrónica de potencia:
- Fuente de alimentación variable 0-24v 3A usando LM338
- Circuito del cargador de batería de 12v con LM317
- Circuito inversor de 12 V CC a 220 V CA
- Circuito cargador de teléfono celular