Detecção de movimento e escuridão na luz noturna - Sem micro: 7 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Este instrutível evita que você dê uma topada no dedão do pé ao caminhar por uma sala escura. Você poderia dizer que é para sua própria segurança se acordar à noite e tentar chegar à porta com segurança. Claro que você poderia usar uma luminária de cabeceira ou a luz principal porque tem um interruptor bem próximo a você, mas não é confortável deslumbrar seus olhos com uma lâmpada de 60W quando você acaba de acordar?

Trata-se de uma faixa de LED que você monta embaixo da cama controlada por dois sensores que detectam o movimento e o nível de escuridão do seu quarto. Ele funcionará com baixa potência e brilho para fornecer uma luz muito agradável à noite. Também existe a capacidade de controlar o limite de brilho para torná-lo adequado para qualquer ambiente. Nenhum microcontrolador é necessário para conduzir este projeto. Isso reduz o número de componentes necessários e a complexidade. Além disso, é uma tarefa bastante fácil se você já possui algum conhecimento em circuitos de hardware eletrônico.

Etapa 1: Princípio de função e componentes

O princípio básico de funcionamento desta luz é que ela tem dois Mosfet em série com um LED. Os Mosfets, que precisam ser do tipo de nível lógico - explicação mais tarde - são ativados por dois subcircuitos diferentes, um dos quais responde à escuridão e o outro ao movimento. Se apenas um deles for detectado, apenas um transistor é ligado e o outro ainda bloqueia o fluxo de corrente através do LED. Esta combinação é essencial, pois você desperdiçaria energia da bateria se ativar a luz durante o dia ou sem movimento à noite. Os componentes e o circuito foram escolhidos de forma que você possa otimizar os parâmetros para sua própria localização e as condições lá.

Além disso, uma caixa foi impressa em 3D para caber nos componentes, o que não é realmente necessário por razões de funcionalidade, mas tem uma finalidade prática.

ATUALIZAÇÃO: Uma nova versão da caixa foi projetada depois que publiquei este post. A caixa impressa em 3D agora contém também os LEDs, o que a torna uma solução "tudo em um". As fotos da introdução deste post (modelo novo) diferem das do passo 7 "Fonte de alimentação e carcaça" (modelo antigo)

Lista de materiais:

4x baterias 1,5 V1x GL5516 - LDR1x 1 resistor fixo MOhm (R1) 1x potenciômetro 100 kOhm 1x resistor fixo 100 kOhm (R2) 1x TS393CD - comparador de dupla voltagem1x HC-SR501 - sensor de movimento PIR 1x resistor fixo 2 kOhm (R6) 2x resistor fixo 220 Ohm (R3 e R4) 2 terminais de cabo Mosfet4x de canal n IRLZ34N 2 terminais de cabo flat4x (parte oposta)

Etapa 2: Detecção de brilho

Para sentir a luminosidade da sala, usei um resistor dependente de luz (LDR). Criei um divisor de tensão com um resistor fixo de 1MOhm. Isso é necessário porque no escuro a resistência do LDR atinge magnitudes semelhantes. A queda de tensão no LDR é proporcional à 'escuridão'.

Etapa 3: Configurando a Tensão de Referência para Limite de Escuridão

A luz noturna brilhará quando um certo limiar de escuridão for excedido. A saída do divisor de tensão LDR precisa ser comparada a uma determinada referência. Para este propósito, um segundo divisor de tensão é usado. Uma de suas resistências é um potenciômetro. Isso torna a tensão limite (proporcional à escuridão) modificável. O potenciômetro (R_pot) tem uma resistência máxima de 100 kOhm. O resistor fixo (R2) também é de 100 kOhm.

Etapa 4: interruptor dependente de brilho

As tensões dos dois divisores de tensão descritos são alimentadas no amplificador operacional. O sinal LDR é conectado à entrada inversora e o sinal de referência à entrada não inversora. O OpAmp não possui loop de feedback, o que significa que amplificará a diferença das duas entradas em magnitudes superiores a 10E + 05 e, assim, funcionará como um comparador. Se a tensão na entrada inversora for maior em comparação com a outra, ele conectará seu pino de saída ao trilho superior (Vcc) e, portanto, ligará o Mosfet Q1. O caso oposto produzirá potencial de terra no pino de saída do comparador que desliga o Mosfet. Na verdade, há uma pequena região onde o comparador produzirá algo entre GND e Vcc. Isso acontece quando as duas tensões têm quase o mesmo valor. Esta região pode ter o efeito de tornar o brilho do LED menos intenso.

O TS393 OpAmp escolhido é um comparador de voltagem dupla. Outros adequados e possivelmente mais baratos também podem ser usados. O TS393 era apenas uma sobra de um projeto antigo.

Etapa 5: detecção de movimento

O sensor infravermelho passivo HC-SR501 é uma solução muito simples aqui. Ele tem um microcontrolador embutido que faz a detecção de fato. Possui dois pinos para alimentação (Vcc e GND) e um pino de saída. A tensão de saída é 3,3 V, porque na verdade eu tive que usar o tipo Mosfet de nível lógico. O tipo de nível lógico garante que o Mosfet seja acionado em sua região de saturação com apenas 3,3V. O sensor PIR é composto por vários elementos piroelétricos que respondem com uma mudança de voltagem à radiação infravermelha que é transmitida pelo corpo humano, por exemplo. Isso também significa que ele pode detectar coisas como radiotores de aquecimento frio inundados com água quente. Você deve verificar as circunstâncias ambientais e escolher a orientação do sensor de acordo. O ângulo de observação é limitado a 120 °. Possui dois ajustadores que você pode usar para aumentar a sensibilidade e o tempo de atraso. Você pode alterar a sensibilidade para aumentar o alcance da área que deseja observar. O trimmer de atraso pode ser usado para ajustar o tempo durante o qual o sensor emite um nível lógico alto.

Na versão final do diagrama de fiação, você pode ver que entre a saída dos sensores e a porta de Q2 há um resistor em série para limitar a corrente retirada do sensor (R4 = 220 Ohm).

Etapa 6: Montagem de eletrônicos

Depois de compreender a funcionalidade de cada componente, todo o circuito pode ser construído. Isso deve ser feito em uma placa de ensaio primeiro! Se você começar a montá-lo em uma placa de circuito, será mais complicado alterar ou otimizar o circuito posteriormente. Na verdade, você pode ver na foto da minha placa de circuito que eu fiz alguns retrabalhos e, portanto, parece um pouco bagunçado.

A saída do comparador deve ser equipada com um resistor pull-up R6 (2 kOhm) - se você estiver usando um comparador diferente, certifique-se de verificar a folha de dados. Um resistor adicional R3 é colocado entre o comparador e Mosfet Q1 pelo mesmo motivo descrito para o PIR. A resistência R5 depende do seu LED. Neste caso, foi usada uma pequena tira de LED. Ele tem os LEDs assim como o resistor R5 já embutido. Portanto, no meu caso o R5 não vem montado.

Etapa 7: Fonte de alimentação e alojamento

ATUALIZAÇÃO: A caixa mostrada no início deste post é um redesenho. Isso foi feito para ter uma solução completa. Os LEDs brilham de dentro para fora através de uma camada de plástico "transparente". Se isso não se aplica a você, o primeiro conceito do primeiro protótipo é mostrado aqui nesta etapa. (Se houver interesse no novo design, posso anexá-lo também)

Conforme mencionado anteriormente, quatro baterias AAA de 1,5 V alimentarão o sistema. Na verdade, pode ser mais agradável para você usar uma bateria de 9V e colocar um regulador de tensão na frente de todo o circuito. Assim, você também não precisa imprimir em 3D uma caixa de bateria que se conecta às baterias por terminais de cabo.

A caixa é um primeiro protótipo simples e tem alguns orifícios para os sensores. Na primeira foto você pode ver o grande orifício na frente para o sensor de movimento e o orifício superior esquerdo para o LDR. A faixa de LED deve ficar fora da caixa, com a mesma distância, pois pode influenciar o LDR.