Detección de movimiento y oscuridad de luz nocturna - Sin micro: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este instructivo trata sobre evitar que te golpees el dedo del pie cuando caminas por una habitación oscura. Podría decir que es por su propia seguridad si se levanta por la noche y trata de llegar a la puerta de manera segura. Por supuesto, podría usar una lámpara de noche o las luces principales porque tiene un interruptor justo al lado, pero ¿qué tan cómodo es deslumbrar sus ojos con una bombilla de 60W cuando acaba de despertar?

Se trata de una tira de LED que colocas debajo de tu cama y que está controlada por dos sensores que detectan el movimiento y el nivel de oscuridad en tu habitación. Funcionará a baja potencia y brillo para proporcionar una luz muy agradable por la noche. También existe la capacidad de controlar el umbral de brillo para que sea adecuado para todos los entornos. No se necesita ningún microcontrolador para realizar este proyecto. Eso reduce la cantidad de componentes necesarios y la complejidad. Además, es una tarea bastante fácil si ya tiene algún conocimiento en circuitos de hardware electrónico.

Paso 1: Principio de función y componentes

El principio de funcionamiento básico de esta luz es que tiene dos Mosfet en serie con un LED. Los Mosfets, que deben ser del tipo de nivel lógico (explicación más adelante) se encienden mediante dos subcircuitos diferentes de los cuales uno responde a la oscuridad y el otro al movimiento. Si solo se detecta uno de ellos, solo se enciende un transistor y el otro aún bloquea el flujo de corriente a través del LED. Esta combinación es bastante esencial, ya que desperdiciaría energía de la batería si activa la luz durante el día o sin movimiento durante la noche. Los componentes y el cirucuit se eligieron de manera que pueda optimizar los parámetros para su propia ubicación y las condiciones allí.

Además, se imprimió una carcasa en 3D para encajar en los componentes, lo que no es realmente necesario por razones de funcionalidad, pero tiene un propósito práctico.

ACTUALIZACIÓN: Se diseñó una nueva versión de la carcasa después de que publiqué esta publicación. La carcasa impresa en 3D ahora contiene también los LED, lo que la convierte en una solución "todo en uno". Las imágenes de la introducción de esta publicación (modelo nuevo) difieren de las del paso 7 "Fuente de alimentación y carcasa" (modelo antiguo)

Lista de materiales:

4 baterías de 1.5V 1x GL5516 - LDR 1x Resistencia fija de 1 MOhm (R1) 1x Potenciómetro de 100 kOhm 1x Resistencia fija de 100 kOhm (R2) 1x TS393CD - comparador de voltaje dual 1x HC-SR501 - Sensor de movimiento PIR 1x Resistencia fija de 2 kOhm (R6) 2x Resistencia fija de 220 Ohm (R3 y R4) 2x terminales de cable Mosfet4x de canal n IRLZ34N terminales de cable flat4x (parte opuesta)

Paso 2: detección de brillo

Para sentir el brillo de la habitación utilicé una resistencia dependiente de la luz (LDR). Creé un divisor de voltaje con una resistencia fija de 1MOhm. Esto es necesario porque en la oscuridad la resistencia del LDR alcanza magnitudes similares. La caída de voltaje en el LDR es proporcional a la 'oscuridad'.

Paso 3: Configuración del voltaje de referencia para el umbral de oscuridad

La luz de la noche brillará cuando se sobrepase cierto umbral de oscuridad. La salida del divisor de voltaje LDR debe compararse con una referencia determinada. Para ello se utiliza un segundo divisor de tensión. Una de sus resistencias es un potenciómetro. Eso hace que el voltaje de umbral (proporcional a la oscuridad) sea modificable. El potenciómetro (R_pot) tiene una resistencia máxima de 100 kOhm. La resistencia fija (R2) también es de 100 kOhm.

Paso 4: Interruptor dependiente del brillo

Los voltajes de los dos divisores de voltaje descritos se alimentan al amplificador operacional. La señal LDR está conectada a la entrada inversora y la señal de referencia a la entrada no inversora. El OpAmp no tiene un bucle de retroalimentación, lo que significa que amplificará la diferencia de las dos entradas en magnitudes de más de 10E + 05 y, por lo tanto, funcionará como un comparador. Si el voltaje en la entrada inversora es más alto en comparación con el otro, conectará su pin de salida al riel superior (Vcc) y, por lo tanto, encenderá el Mosfet Q1. El caso opuesto producirá potencial de tierra en el pin de salida del comparador que apaga el Mosfet. De hecho, hay una pequeña región donde el comparador generará algo entre GND y Vcc. Eso sucede cuando ambos voltajes tienen casi el mismo valor. Esta región puede tener el efecto de hacer que los LED brillen menos.

El TS393 OpAmp elegido es un comparador de voltaje dual. También se pueden utilizar otros adecuados y posiblemente más económicos. El TS393 solo era un sobrante de un antiguo proyecto.

Paso 5: detección de movimiento

El sensor de infrarrojos pasivo HC-SR501 es una solución muy simple aquí. Tiene un microcontrolador integrado que realiza la detección. Tiene dos pines para suministro (Vcc y GND) y un pin de salida. El voltaje de salida es de 3.3V, razón por la cual tuve que usar el tipo Mosfet de nivel lógico. El tipo de nivel lógico asegura que el Mosfet se maneje en su región de saturación con solo 3.3V. El sensor PIR consta de varios elementos piroeléctricos que responden con un cambio de voltaje a la radiación infrarroja que es transmitida por el cuerpo humano, por ejemplo. Eso también significa que podría detectar cosas como radiadores de calefacción fría que están inundados de agua caliente. Debe verificar las circunstancias ambientales y elegir la orientación del sensor en consecuencia. El ángulo de observación está limitado a 120 °. Tiene dos trimmers que puede utilizar para aumentar la sensibilidad y el tiempo de retardo. Puede cambiar la sensibilidad para aumentar el alcance del área que desea observar. El trimmer de retardo se puede utilizar para ajustar el tiempo durante el cual el sensor genera un nivel lógico alto.

En la versión final del diagrama de cableado se puede ver que entre la salida de los sensores y la puerta de Q2 hay una resistencia en serie para limitar la corriente extraída del sensor (R4 = 220 Ohm).

Paso 6: Ensamblaje de la electrónica

Después de comprender la funcionalidad de cada componente, se puede construir todo el circuito. ¡Esto debe hacerse primero en una placa de pruebas! Si comienza por ensamblarlo en una placa de circuito, será más complicado cambiarlo u optimizar el circuito después. De hecho, en la imagen de mi placa de circuito se puede ver que hice algunas modificaciones y, por lo tanto, se ve un poco desordenado.

La salida del comparador debe estar equipada con una resistencia pull-up R6 (2 kOhm); si está utilizando un comparador diferente, asegúrese de verificar la hoja de datos. Se coloca una resistencia adicional R3 entre el comparador y el Mosfet Q1 por la misma razón que se describe para el PIR. La resistencia R5 depende de su LED. En este caso se utilizó una pequeña tira de LED. Tiene los LED y la resistencia R5 ya incorporados. Por lo tanto, en mi caso, R5 no está ensamblado.

Paso 7: Fuente de alimentación y carcasa

ACTUALIZACIÓN: La carcasa que se muestra al principio de esta publicación es un rediseño. Se hizo para tener una solución integral. Los LED brillan desde el interior a través de una capa de plástico "transparente". Si esto no es aplicable para usted, el primer concepto del primer prototipo se muestra aquí en este paso. (Si hay interés en el nuevo diseño, también puedo adjuntarlo)

Como se mencionó anteriormente, cuatro baterías AAA de 1.5V alimentarán el sistema. De hecho, podría ser más agradable para usted usar una batería de 9V y colocar un regulador de voltaje frente a todo el circuito. Entonces tampoco tiene que imprimir en 3D una carcasa de batería que se conecta a las baterías mediante terminales de cable.

La carcasa es un primer prototipo simple y tiene algunos agujeros para los sensores. En la primera imagen, puede ver el gran agujero en el frente para el sensor de movimiento y el agujero superior izquierdo para el LDR. La tira de LED debe estar fuera de la carcasa a la misma distancia que podría influir en el LDR.