Automatización de iluminación de escaleras

Uno de los factores más importantes en la comodidad de los residentes de los edificios de apartamentos es la iluminación de alta calidad en la entrada. Al mismo tiempo, los costos de iluminar las entradas representan una parte significativa de los gastos generales de la casa. A menudo, la iluminación de las escaleras se realiza mediante lámparas incandescentes comunes que funcionan, incluso durante las horas del día, y el problema del consumo excesivo de energía se resuelve con la torsión banal de algunas de ellas.

Esto plantea la cuestión de la posibilidad de organizar la iluminación de las escaleras de otra manera, más económica y tecnológica. Este problema me interesó porque lo encuentro todos los días y me gustaría encontrar una manera de resolverlo con el ejemplo de mi entrada.

Propósito: crear un dispositivo de automatización de iluminación para escaleras de edificios de apartamentos.

Tareas

1. Conocer los principales problemas de la organización de la iluminación de las entradas de edificios residenciales.
2. Para familiarizarse con las tecnologías existentes para iluminar las entradas de edificios residenciales, y elegir el concepto de dispositivo económicamente más viable que cumpla con los requisitos de fabricación.
3. Diseñar y fabricar un dispositivo de automatización para iluminar huecos de escaleras que cumplan los objetivos de ahorro de energía.

Objeto de estudio: iluminación de escaleras de edificios de apartamentos.

Tema de la investigación: Razones para el uso irracional de la energía eléctrica para iluminar las entradas de los edificios de apartamentos.

Problemas de organización de la iluminación de entradas de edificios residenciales.

Cualquier entrada de un edificio residencial de acuerdo con los requisitos de las normas sanitarias debe estar equipada con iluminación artificial. (Cláusula 3.2.2 de SanPin 2.1.1 / 2.1.1.1278-03). Como regla general, dicha iluminación se organiza utilizando lámparas incandescentes controladas por un interruptor estándar ubicado en la pared. Las lámparas incandescentes son una fuente desesperada y poco económica de iluminación artificial en comparación con las modernas lámparas fluorescentes y LED. La situación se ve exacerbada por un control de iluminación ineficaz, que generalmente es realizado por los propios residentes. La iluminación se enciende en el rellano con el inicio de la oscuridad y se apaga (desafortunadamente, no siempre) con el inicio de la luz del día. Como resultado, se produce un consumo de energía irracional. El problema puede resolverse mediante el uso de fuentes de luz modernas y económicas, así como mediante la automatización del control de la iluminación de las escaleras.

Busca el concepto del futuro dispositivo

Se puede fabricar un dispositivo para automatizar la iluminación de escaleras de varias maneras, tanto desde el punto de vista de los circuitos como desde el punto de vista de la realización física del producto final. Esquemáticamente, el dispositivo se puede implementar tanto en componentes discretos como con el uso de circuitos digitales integrados, incluidos microcontroladores, así como módulos listos para usar.

La apariencia del dispositivo terminado se puede hacer en forma de un dispositivo terminado que incluye no solo el dispositivo de automatización en sí, sino también un dispositivo de iluminación, que se integra con él. Otra realización se parece a un dispositivo montado en lugar de un interruptor estándar, o un dispositivo montado en las inmediaciones de un dispositivo de iluminación, en el techo.

En el mercado existen principalmente modelos fabricados en forma de lámpara terminada, que reemplaza a los accesorios de iluminación estándar. Lo que requiere el desmantelamiento de este último y, en consecuencia, la instalación de uno nuevo. Las muestras en el mercado están equipadas con un sensor de movimiento (presencia) para encender la iluminación solo cuando una persona está en el rellano, así como un sensor fotográfico, para que la iluminación se encienda solo con poca luz, lo que garantiza un ahorro de energía al usar tales herramientas de automatización.

En este caso, el sensor de movimiento (presencia) se puede realizar de acuerdo con tres tecnologías principales:

1. Sensor infrarrojo con lente Fresnel.
2. Sensor acústico
3. Sensor de microondas Doppler.

Lo más prometedor desde un punto de vista tecnológico, veo una idea bien versada:
La apariencia del dispositivo debe seleccionarse en forma de una lámpara terminada, que incluye un dispositivo de automatización y un dispositivo de iluminación. Esta elección está dictada por el hecho de que: la versión del dispositivo hecha en forma de bloque montado en lugar de un interruptor estándar me parece difícil de implementar debido a los problemas asociados con la potencia del dispositivo. El hecho es que, dado que el interruptor está instalado en el circuito abierto de la fuente de alimentación del dispositivo de iluminación, solo un polo de la red de suministro es adecuado para ello, lo que no es suficiente para organizar la fuente de alimentación del dispositivo, y no siempre es posible colocar el segundo polo de la red de suministro al interruptor, y no tecnológicamente . La versión del dispositivo terminado en forma de una unidad montada junto a un dispositivo de iluminación estándar, a pesar de su menor costo, no me parece racional debido a la complejidad de su instalación en presencia de cableado oculto.

Veo la tecnología más racional para detectar la presencia de una persona como un sensor de microondas basado en el efecto Doppler. Por varias razones: el sensor de microondas, a diferencia del infrarrojo, no impone requisitos en el sitio de instalación y es capaz de detectar movimiento a través de obstáculos que lo bloquean. Además, un sensor de microondas no requiere que una persona realice ninguna manipulación adicional (aplausos), a diferencia de un sensor acústico. Además, en el mercado de componentes electrónicos se presentan módulos de sensores de movimiento por microondas combinados con un sensor de luz, cuyo costo, debido a la producción en masa en China, es bajo.

De lo anterior se deduce que, desde el punto de vista de los circuitos, es más racional implementar un dispositivo utilizando un módulo listo para usar de un sensor de movimiento de microondas combinado con un sensor de luz ambiental.

Idea definitiva

La idea final es utilizar el módulo serial terminado del sensor de movimiento de microondas basado en el efecto Doppler RCWL-0516:



El sensor se basa en el efecto Doppler, un cambio en la frecuencia de la onda reflejada debido al movimiento de la superficie reflectante. El módulo tiene la capacidad estándar de conectar un fotorresistor para organizar el control de operación del módulo dependiendo de la luz. El umbral de respuesta del sensor de luz se establece seleccionando una resistencia, la ubicación de montaje, que se proporciona en la placa del módulo. También hay un lugar en la placa del módulo para instalar un condensador responsable de determinar el período de tiempo durante el cual la lámpara se encenderá después de que se active el sensor de movimiento. Por lo tanto, el principio de funcionamiento del dispositivo terminado será el siguiente: cuando se detecta movimiento en el área de cobertura del sensor y en condiciones de iluminación insuficiente, la iluminación se encenderá durante un cierto período de tiempo suficiente para superar un tramo de escaleras.

Características técnicas del módulo:

• Tensión de alimentación 4-28 v de corriente continua
• Consumo de energía: hasta 3 mA
• Rango de detección: hasta 9 m
• Potencia de transmisión: hasta 30 mW
• Rango de temperatura de funcionamiento: -40- + 100 C
• Dimensiones: 17.3 x 35.9 mm
• Peso: 4 gr.

El sensor tiene 5 pines:

• Salida del sensor de SALIDA (establecida en lógica 1 si hay movimiento) carga máxima 100 mA
• Suministro de voltaje de entrada VIN + 4-28v
• GND de entrada de energía (-)
• Estabilizador 3V3 salida 3.3v
• Entrada de habilitación de trabajo de CDS
• Pines CDS en el lado opuesto del módulo para conectar una fotorresistencia.

En vista del hecho de que el módulo está alimentado por un bajo voltaje de CC, necesitará una fuente de alimentación. La opción más simple para implementar una fuente de alimentación, dado que el módulo consume una pequeña cantidad de corriente, en este caso será el uso de una fuente de alimentación sin transformador, ya que es la más simple y tiene un tamaño y un costo pequeños. Además, debido al hecho de que el dispositivo controlará la carga de alto voltaje, necesitará el circuito actuador apropiado. Como el seleccionado por el potente transistor de efecto de campo IRF740, la elección fue dictada por la correspondencia de sus parámetros eléctricos con los requeridos, así como por la baja resistencia del canal abierto del transistor, lo que garantizará una baja potencia disipada en el transistor y, en consecuencia, no hay necesidad de usar un radiador, lo que afectará positivamente el costo y las dimensiones generales dispositivos. El diagrama aproximado total del dispositivo es el siguiente:

Fig. 1


Los diodos D1-D4 forman un puente rectificador, cuyo voltaje pulsante se suministra al estabilizador paramétrico formado por los elementos R1, D5, C1. El voltaje de 12 voltios filtrado por el condensador C1 (el diodo Zener D5 está diseñado para este voltaje) se alimenta desde la salida del estabilizador a las entradas de alimentación del módulo. Dado que el consumo de corriente del módulo no es grande, se libera una potencia insignificante en la resistencia R5. En el momento en que se activa el sensor, aparece un voltaje de unidad lógica en la salida del módulo, que se suministra a la puerta del transistor Q1, lo que conduce a su apertura y conmutación de la carga.

La carga del dispositivo es una lámpara LED con una potencia de hasta 10 vatios.

En este circuito, está alimentado por una corriente pulsante que es constante en dirección, lo que, sin embargo, no afecta su rendimiento de ninguna manera.

Se utilizará una lámpara de plástico lista para usar, diseñada para el uso de lámparas LED modernas como carcasa del dispositivo terminado, el material polimérico de la carcasa de la lámpara garantizará la seguridad del dispositivo, debido al uso de una fuente de alimentación sin transformador.

El costo del producto no excede el costo de los productos industriales, pero al mismo tiempo lo supera en características técnicas, lo que demuestra la viabilidad de hacer este dispositivo con sus propias manos.

Introspección del trabajo realizado.

En el curso del trabajo en el proyecto, resolví todas las tareas que me asignaron para resolver el problema de iluminar las entradas de los edificios de apartamentos. También aprendí sobre las tecnologías de detección de movimiento existentes, sus diferencias, ventajas y desventajas. Aprendí a calcular un estabilizador paramétrico. Conocí el principio de funcionamiento y las características distintivas de los transistores de efecto de campo con un canal inducido.