Jensanf Jun 3 2013 at 12:59

Arduino: Автоматическая подсветка лестницы

4 min

231K

Продолжая изучать возможности платформы Arduino, решил подсветить лестницу дачного дома.

Первым делом изучил подобные проекты в интернете, и нашел отличную работу Rimidalw. Проанализировав чужой опыт и набравшись уверенности, я приступил к воплощению своего проекта.

Цель:

«Автоматическая подсветка лестницы в тёмное время суток»

Задачи:

1) Собрать электрическую схему управления

Мозгом всей конструкции является Arduino Mini
Датчиками служат два PIR-сенсора
Для увеличения пинов, микросхема 74HC595
LED-ленты управляются ИМС ULN2003A
Датчик освещенности фототранзистор
Блок питания с двумя выходами +12 и +5

2) Изготовить печатную плату схемы и корпус

Проектировать научился быстро, попробовал много CAD программ, самой удобной оказалась EAGLE. А один из способов изготовления объяснил и продемонстрировал друг, увлекающийся этой темой. FILES(brd,sch)

Всё устройство выполнено отдельным блоком с разъемами, чтобы в случае поломки или модернизации, можно было поменять модуль управления или рабочий орган.

Коробку смастерил из гетинакса. Разъемы оторвал от ненужных устройств и приклеил на холодную сварку.

3) Написать программу

Код спрятан ТУТ >>

int DS_Pin = 11;   //pin 14 DS/SDI on the 75HC595 сдвиговый регистр
int ST_Pin = 8;    //pin 12 ST_CP/RCLK on the 75HC595 сдвиговый регистр
int SH_Pin = 12;   //pin 11 SH_CP/SRCLK on the 75HC595 сдвиговый регистр
const int PIR1 = 5;//    Первый ИК-датчик
const int PIR2 = 6;//    Второй ИК-датчик
int sensorPin = A0;//    Фототранзистор
//    ***ПАРМЕТРЫ***
int OverTime =15000; // Время отключения в случае сбоя (мс)
const int N=14;      //Кол-во ступенек
int Qck_tm = 300;    // Время включения одной ступеньки
int Wt_tm = 2000;    // Время ожидания до полного выключения
int L=30;            // Значение пороговой освещенности 

//    ***ЗНАЧЕНИЯ***
int a1,a2;   // Расстояние считанное ультразвуковыми датчиками
long pM=0;   //Предыдущее значение millis()
long pM1=0;  //Предыдущее значение millis()
long pM10=0; //Предыдущее значение millis()
unsigned int sensorValue = 0;  // цифровое значение фоторезистора
int registers[N+1]; // Массив ступенек
boolean b2=false;   //Отслеживание была ли включена лестница
boolean b3=false;   // Если было прерывание во время выключения


void setup(){ 
  pinMode(PIR1, INPUT); 
  pinMode(PIR2, INPUT); 
  pinMode(DS_Pin, OUTPUT);
  pinMode(ST_Pin, OUTPUT);
  pinMode(SH_Pin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);  
  clearRegisters();
  writeRegisters();
}

 // Погасить все ступеньки
void clearRegisters(){
  for(int i = N; i >=  0; i--){
     registers[i] = LOW;
  }
}
 //Включаем ступеньки
void writeRegisters(){
  digitalWrite(ST_Pin, LOW);
  for(int i = N; i >=  0; i--){
    digitalWrite(SH_Pin, LOW);
       
    int val = registers[i];
       
    digitalWrite(DS_Pin, val);
    digitalWrite(SH_Pin, HIGH);
  }
  digitalWrite(ST_Pin, HIGH);
}
// Выставляем индивидуальные значения ступенек
void setRegister(int index, int value){
  registers[index] = value;    
}

//Процедура включения лестницы
void LightON(boolean a){
  b2=true;
  if(a)
        for (int k=0;k<=N;)
            {  
                a1=digitalRead(PIR1);        
                if ( a1==HIGH && millis() - pM1 > 1000)
                 {                    
                     pM1 = millis();
                 }
                if (millis() - pM > Qck_tm)
                 {
                     pM = millis();
                     setRegister(k, HIGH);     
                     writeRegisters();
                     k++; 
                 }   
            }
  else
        for (int k=N;k>=0;)
            {
              a2=digitalRead(PIR2);
             if ( a2 == HIGH && millis() - pM1 > 1000)
             {         
               pM1 = millis();
              } 
                if (millis() - pM > Qck_tm)
                {
                  pM = millis();
                  setRegister(k, HIGH);     
                  writeRegisters();
                  k--; 
                }   
            }
}

//Процедура выключения лестницы 
void LightOFF(boolean a){
  b2=false;
  if(a){
        int k=0;
        while(k<=N)
        { a1=digitalRead(PIR1);
          if (a1== HIGH){
           LightON(true);
           break;
           }
          if (millis() - pM > Qck_tm){
          pM = millis();  
          setRegister(k, LOW);     
          writeRegisters();  
          k++;          
        }}}
  else 
       {
        int k=N;
        while(k>=0)
        { a2=digitalRead(PIR2);
          if (a2 == HIGH){
           LightON(false);
           break;
           }
          if (millis() - pM > Qck_tm){
          pM = millis();  
          setRegister(k, LOW);     
          writeRegisters();  
          k--;          
        }}}
}

 void loop(){
 sensorValue = analogRead(sensorPin);  // считываем значение с фоторезистора
 Serial.println(sensorValue, DEC); 
if (sensorValue < L){
  
 a1=digitalRead(PIR1);
   if ( a1 == HIGH && a2== LOW)// Если задет первый датчик
      { 
        pM=millis();
        LightON(true);
        while (b2)
         { 
           a2=digitalRead(PIR2);        
           if (a2 == HIGH && millis() - pM10 > 1000 || (millis() - pM > OverTime))
            {   pM10 = millis();
                LightOFF(true);
            }}}
     a2=digitalRead(PIR2);  
     if (a2 == HIGH && a1 == LOW)
         { 
        pM=millis();
        LightON(false);        
        while (b2)
         {   
             a1=digitalRead(PIR1); 
                 
             if (a1== HIGH && millis() - pM10 > 1000 || (millis() - pM > OverTime))
              {   pM10 = millis();
                  LightOFF(false);                     
              }}}}}

Так как лестницы в доступе не было, пришлось экспериментировать на модели из микро-лампочек, к сожалению до этапа написания статьи она не дожила.

4) Произвести монтаж на лестницу

Самый трудоемкий и утомительный этап работы, нужно было проложить 40м кабеля и припаять около 80 проводников.
Управляющее оборудование разместил под лестницей.

Провода убраны в кабель-каналы.
Датчики спрятаны под первыми ступеньками сверху и снизу, их размещение находилось экспериментально, главная задача ограничить угол обзора, чтобы не включать лестницу напрасно.
Фототранзистор установлен по центру лестницы, где хуже всего со светом, поэтому и в пасмурную погоду лестница работает отлично.
Светодиодные ленты приклеены на обратные стороны ступенек, чтобы не били по глазам при подъеме наверх. Так как ленты были разных фирм и IP, пришлось чередовал их через ступеньку, что вышло даже оригинально.

На полную установку всего оборудования ушло 3 дня, есть еще недочёты в дизайне:

Датчики приклеены на двухсторонний скотч, хочется закрепить их понадежней
Получше замаскировать проводники под ступеньками
Перенести блоки питания и управления, чтобы закрыть их шторкой

5) Подсчитать затраты

ВИДЕО

6) Вывод:

Получилось даже лучше, чем я это себе представлял. В целом дорабатывать проект можно бесконечно, но на этапе beta-версии он стабильно и надежно работает.
Естественно, это устройство Америку не открывает, но безусловно КРУТО, когда идея из головы рождается на свет и начинает работать. Всем удачи и неиссякаемого творческого вдохновения!

7) Если бы начинал проект сейчас, чтобы сделал по-другому?

Разъемы должны быть установлены на плату, устройство станет компактней, а пайки станет в два раза меньше.
Микросхему ULN2003A заменить на нормальный светодиодный драйвер, либо на транзисторную микросхему, чтобы появилась возможность ШИМ (плавного включения).
Использовать менее навороченный блок питания, вполне подойдет обычный светодиодный на 12V. Arduino питать через стабилизатор на 5V.
Ну и конечно, в идеале, использовать четыре датчика, либо два дальномера вдоль лестницы, чтобы точно определять количество человек и их поведение на лестнице.

Tags:

Hubs:

Arduino: Автоматическая подсветка лестницы

Цель:

Задачи:

***ВИДЕО***

ВИДЕО