Pada sesi kali ini kita akan membuat Emergency Lamp 9WATT menggunakan Raspberry Pi dan Python. Lampu ini secara otomatis akan mendeteksi kegelapan dan ketiadaan catu daya AC, dan menyala bila ada listrik mati dan cahaya yang tepat tidak ada.
Meskipun ada berbagai lampu darurat yang tersedia, namun lampu tersebut murni didedikasikan untuk satu tujuan, seperti salah satu Rangkaian Lampu Darurat Sederhana yang telah kami buat sebelumnya, hanya terpicu pada saat listrik mati. Dengan Raspberry Pi kami dapat menambahkan berbagai fungsi lain ke dalamnya, seperti di sini kami telah menambahkan LDR untuk mendeteksi Kegelapan di berbagai tingkatan. Di sini kami telah menambahkan dua level, ketika gelap total, lampu akan menyala dengan intensitas penuh dan jika ada setengah gelap, lampu akan menyala dengan kapasitas 30%. Jadi di sini kita akan merancang lampu ini untuk DIHIDUPKAN ketika aliran listrik AC MATI dan ketika intensitas cahaya di ruangan menjadi sangat rendah.
Komponen yang Dibutuhkan:
Di sini kami menggunakan Raspberry Pi 2 Model B dengan Raspbian Jessie OS. Semua persyaratan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak dasar telah dibahas sebelumnya, Anda dapat mencarinya di Pengenalan Raspberry Pi dan LED Berkedip Raspberry PI untuk memulai, selain yang kami butuhkan:
- Kapasitor 1000µF
- 1WATT LED (9 buah)
- + Baterai LEAD ACID tertutup 12V
- 6000-10000mAH power bank
- + Adaptor 5V DC
- Chip Lm324 OP-AMP
- Optocoupler 4N25
- IRFZ44N MOSFET
- LDR (Light Dependent Resistor)
- LED (1 buah)
- Resistor: 1KΩ (3 buah), 2.2KΩ, 4.7KΩ, 100Ω (2 buah), 10Ω (9 buah), 10KΩ, 100KΩ
- Pot 10KΩ (3 buah) (semua resistor 0,25 watt)
Deskripsi:
Sebelum masuk ke Circuit Connections dan cara kerjanya, kita akan belajar tentang komponen dan tujuannya di rangkaian:
Lampu LED 9 Watt:
The LAMP terdiri dari sembilan 1watt LED. Ada berbagai jenis LED yang ada di pasaran tetapi LED 1WATT mudah tersedia di mana-mana. LED ini beroperasi pada 3.6V, jadi kami akan menghubungkan ketiganya secara seri bersama dengan dioda perlindungan untuk beroperasi pada + 12V. Kami akan menghubungkan tiga strip ini membentuk lampu LED 9WATT. Kami akan mengoperasikan lampu ini dengan Raspberry Pi yang sesuai.
LDR (Light Dependent Resistor) untuk mendeteksi Kegelapan:
Kami akan menggunakan LDR (Light Dependent Resistor) untuk mendeteksi intensitas cahaya di dalam ruangan. LDR mengubah resistansinya secara linier dengan intensitas cahaya. LDR ini akan dihubungkan ke pembagi tegangan. Dengan itu kita akan memiliki tegangan variabel untuk mewakili intensitas cahaya variabel. Jika intensitas cahaya RENDAH maka tegangan output akan TINGGI dan jika intensitas cahaya jika tegangan TINGGI output akan RENDAH.
IC Op-amp LM324 untuk mengecek keluaran LDR:
Raspberry Pi tidak memiliki mekanisme ADC (Analog to Digital Converter) internal. Jadi setup ini tidak bisa terkoneksi langsung ke Raspberry Pi. Kami akan menggunakan komparator berbasis OP-AMP untuk memeriksa output tegangan dari LDR.
Di sini kami telah menggunakan op-amp LM324 yang memiliki empat penguat operasional di dalamnya dan kami telah menggunakan dua op-amp dari keempatnya. Jadi PI kami akan dapat mendeteksi intensitas cahaya pada dua tingkat. Tergantung pada level ini, kami akan menyesuaikan kecerahan lampu LED. Saat gelap total, lampu akan menyala dengan intensitas penuh dan saat setengah gelap, lampu akan menyala dengan kapasitas 30%. Periksa kode dan video Python, di bagian akhir, untuk memahaminya dengan benar. Di sini kami telah menggunakan konsep PWM di Raspberry Pi untuk mengontrol intensitas LED.
Raspberry Pi memiliki 26GPIO, beberapa di antaranya digunakan untuk fungsi khusus. Dengan penyisihan GPIO khusus, kami memiliki 17 GPIO. Masing-masing dari 17 pin GPIO tidak dapat menerima tegangan lebih tinggi dari + 3,3V, sehingga keluaran Op-amp tidak boleh lebih tinggi dari 3,3V. Oleh karena itu kami telah memilih op-amp LM324, karena chip ini dapat beroperasi pada + 3.3V yang memberikan output logika tidak lebih dari + 3.3V. Pelajari lebih lanjut tentang GPIO Pin Raspberry Pi di sini. Juga periksa Seri Tutorial Raspberry Pi kami bersama dengan beberapa Proyek IoT yang bagus.
Adaptor AC ke DC untuk memeriksa Saluran AC:
Kami akan menggunakan logika tegangan outlet adaptor AC ke DC untuk mendeteksi status saluran AC. Meskipun ada berbagai cara untuk mendeteksi status saluran AC, ini adalah cara yang paling aman dan termudah. Kami akan mengambil logika + 5V dari adaptor dan memberikannya ke Raspberry Pi melalui rangkaian pembagi tegangan untuk mengubah logika tinggi + 5V menjadi logika TINGGI + 3,3v. Lihat diagram sirkuit untuk pemahaman yang lebih baik.
Power Bank dan Baterai Asam Timbal 12v untuk Catu Daya:
Perlu diingat bahwa Raspberry Pi harus beroperasi tanpa daya, jadi kami akan menggerakkan PI menggunakan Power Bank (paket baterai 10000mAH) dan lampu LED 9WATT akan didukung oleh baterai LEAD ACID + 12V, 7AH yang disegel. Lampu LED tidak dapat diberi daya oleh powerbank karena menggunakan terlalu banyak daya, sehingga harus diberi daya dari sumber daya terpisah.
Anda dapat memberi daya pada Raspberry Pi dengan baterai + 12V jika Anda memiliki konverter + 12V ke + 5v yang efisien. Dengan konverter itu Anda dapat membuang bank daya dan memberi daya pada seluruh sirkuit dengan satu sumber baterai.
Penjelasan Sirkuit:
Diagram Sirkuit Lampu Darurat Raspberry Pi diberikan di bawah ini:
Di sini kami telah menggunakan tiga dari empat komparator di dalam IC LM324. Dua di antaranya akan digunakan untuk mendeteksi level intensitas cahaya dan yang ketiga akan digunakan untuk mendeteksi level tegangan rendah baterai + 12V.
1. OP-AMP1 atau U1A: Terminal negatif dari komparator ini dilengkapi dengan 1.2V (sesuaikan RV2 untuk mendapatkan tegangan) dan terminal Positif dihubungkan ke jaringan pembagi tegangan LDR. Saat naungan jatuh pada LDR, resistansi internalnya meningkat. Dengan meningkatnya resistansi internal LDR, penurunan tegangan pada terminal positif OP-AMP1 meningkat. Setelah tegangan ini lebih tinggi dari 1.2V, OP-AMP1 memberikan output + 3.3V. Output logika TINGGI dari OP-AMP ini akan terdeteksi oleh Raspberry Pi.
2. OP-AMP2 atau U1B: Terminal negatif dari komparator ini dilengkapi dengan 2.2V (sesuaikan RV3 untuk mendapatkan tegangan) dan terminal Positif dihubungkan ke jaringan pembagi tegangan LDR. Karena bayangan yang jatuh pada LDR semakin meningkat, resistansi internalnya semakin tinggi. Dengan kenaikan lebih lanjut dalam resistansi internal LDR, penurunan tegangan pada terminal positif OP-AMP2 meningkat. Setelah tegangan ini lebih tinggi dari 2.2V, OP-AMP2 menyediakan output + 3.3V. Output logika TINGGI dari OP-AMP ini akan terdeteksi oleh Raspberry Pi.
3. OP-AMP3 atau U1C: OP-AMP ini akan digunakan untuk mendeteksi level tegangan rendah baterai + 12v. Terminal negatif dari komparator ini dilengkapi dengan 2.1V (sesuaikan RV1 untuk mendapatkan tegangan) dan terminal positif dihubungkan ke rangkaian pembagi tegangan. Pembagi ini membagi tegangan baterai 1 / 5.7 kali, jadi untuk tegangan baterai 12.5V kita akan memiliki 2.19V di terminal positif OP-AMP3. Ketika tegangan baterai turun di bawah 12.0V, tegangan pada terminal positif akan <2.1V. Jadi dengan 2.1v di terminal negatif, keluaran OP-AMP menjadi rendah. Jadi ketika tegangan baterai turun di bawah 12V (berarti di bawah 2.1v pada terminal positif), OP-AMP menurunkan output, logika ini akan terdeteksi oleh Raspberry Pi.
Penjelasan Kerja:
Keseluruhan fungsi dari Lampu Emergency Raspberry Pi ini dapat dinyatakan sebagai:
Pertama, Raspberry Pi mendeteksi apakah ada daya AC atau tidak dengan merasakan logika di GPIO23, di mana + 3.3V dari adaptor AC diambil. Setelah daya OFF, + 5V dari adaptor OFF dan Raspberry Pi melanjutkan ke langkah berikutnya hanya jika logika LOW ini terdeteksi, jika tidak PI tidak akan pindah ke langkah berikutnya. Logika LOW ini hanya terjadi ketika daya AC mati.
Selanjutnya PI memeriksa apakah level baterai LEAD ACID LOW. Logika ini disediakan oleh OP-AMP3 di GPIO16. Jika logikanya LOW, maka PI tidak berpindah ke langkah berikutnya. Dengan tegangan baterai lebih tinggi dari + 12V, PI beralih ke langkah berikutnya.
Selanjutnya Raspberry Pi cek apakah kegelapan di ruangan TINGGI, logika ini disediakan oleh OP-AMP2 di GPIO20. Jika ya, PI menyediakan output PWM (Pulse Width Modulation) dengan siklus kerja 99%. Sinyal PWM ini menggerakkan opto-coupler yang menggerakkan MOSFET. MOSFET mendukung pengaturan LED 9WATT seperti yang ditunjukkan pada gambar. Jika gelap tidak lengkap maka PI pindah ke langkah berikutnya. Pelajari lebih lanjut tentang PWM di Raspberry Pi di sini.
Kemudian Raspberry Pi memeriksa apakah kegelapan di ruangan itu RENDAH, logika ini disediakan oleh OP-AMP1 di GPIO21. Jika ya, PI menyediakan output PWM (Pulse Width Modulation) dengan duty cycle 30%. Sinyal PWM ini menggerakkan opto-coupler yang menggerakkan MOSFET. MOSFET mendukung pengaturan LED 9WATT seperti yang ditunjukkan pada gambar. Jika pada ruangan ada penerangan yang layak, maka Raspberry Pi tidak memberikan output PWM sehingga LAMP akan mati total.
Jadi untuk menyalakan Emergency Lamp ini baik kondisi harus True artinya line AC harus mati dan harus ada ruangan yang gelap. Anda bisa mendapatkan pemahaman yang jelas dengan memeriksa Kode dan Video Python lengkap di bawah ini.
Anda selanjutnya dapat menambahkan fungsionalitas yang lebih menarik dan tingkat kegelapan ke lampu Darurat ini. Juga periksa lebih banyak sirkuit Power Electronics:
- 0-24v 3A Variabel Power Supply menggunakan LM338
- Rangkaian Pengisi Daya Baterai 12v menggunakan LM317
- 12v DC ke 220v AC Inverter Circuit
- Sirkuit Charger Ponsel