Automação da iluminação de escadas

Um dos fatores mais importantes no conforto dos moradores de prédios de apartamentos é a iluminação de alta qualidade na entrada. Ao mesmo tempo, os custos de iluminação das entradas representam uma parcela significativa das despesas gerais da casa. Freqüentemente, as escadas são iluminadas por lâmpadas incandescentes convencionais que funcionam, inclusive durante o dia, e o problema de excedentes de energia é resolvido pela torção banal de algumas delas.

Isso levanta a questão da possibilidade de organizar a iluminação da escada de outra maneira, mais econômica e tecnológica. Esse problema me interessou porque o encontro todos os dias e gostaria de encontrar uma maneira de resolvê-lo pelo exemplo da minha entrada.

Objetivo: criar um dispositivo de automação de iluminação para escadas de edifícios de apartamentos.

Tarefas:

1. Familiarizar-se com os principais problemas da organização da iluminação das entradas de edifícios residenciais.
2. Para se familiarizar com as tecnologias existentes para iluminar as entradas de edifícios residenciais e escolher o conceito de dispositivo economicamente mais viável que atenda aos requisitos de fabricação.
3. Projetar e fabricar um dispositivo de automação para iluminação de escadas que atendem aos objetivos de economia de energia.

Objeto de estudo: Iluminação de escadas de prédios de apartamentos.

Objeto da pesquisa: Razões para o uso irracional da energia elétrica para iluminar as entradas dos prédios de apartamentos.

Problemas de organização da iluminação das entradas dos edifícios residenciais

Qualquer entrada de um edifício residencial de acordo com os requisitos das normas sanitárias deve estar equipada com iluminação artificial. (Cláusula 3.2.2 da SanPin 2.1.1 / 2.1.1.1278-03). Como regra, essa iluminação é organizada usando lâmpadas incandescentes controladas por um interruptor padrão localizado na parede. As lâmpadas incandescentes são uma fonte sem esperança e antieconômica de iluminação artificial em comparação com as modernas lâmpadas fluorescentes e LED. A situação é exacerbada pelo controle ineficaz da iluminação, que geralmente é realizado pelos próprios moradores. A iluminação acende no patamar com o início da escuridão e apaga-se (infelizmente, nem sempre) com o início da luz do dia. Como resultado, ocorre um consumo de energia irracional. O problema pode ser resolvido com o uso de fontes de luz modernas e econômicas, bem como com a automação do controle da iluminação das escadas.

Pesquise o conceito do futuro dispositivo

Um dispositivo para automatizar a iluminação de escadas pode ser fabricado de várias maneiras, tanto do ponto de vista dos circuitos quanto do ponto de vista da modalidade física do produto final. Esquematicamente, o dispositivo pode ser implementado em componentes discretos e usando circuitos digitais integrados, incluindo microcontroladores, bem como módulos prontos para uso.

A aparência do dispositivo acabado pode ser feita na forma de um dispositivo acabado que inclui não apenas o próprio dispositivo de automação, mas também um dispositivo de iluminação, sendo integrado a ele. Outra modalidade se parece com um dispositivo montado em vez de um interruptor padrão, ou um dispositivo montado na vizinhança imediata de um dispositivo de iluminação, no teto.

No mercado, existem principalmente modelos fabricados sob a forma de uma lâmpada acabada, que substitui a luminária padrão. O que requer o desmantelamento deste último e, consequentemente, a instalação de um novo. As amostras no mercado são equipadas com um sensor de movimento (presença) para ligar a iluminação apenas quando uma pessoa está no patamar, bem como um sensor fotográfico, para que a iluminação acenda apenas com pouca luz, o que garante economia de energia ao usar essas ferramentas de automação.

Nesse caso, o sensor de movimento (presença) pode ser executado de acordo com três tecnologias principais:

1. Sensor infravermelho com lente Fresnel.
2. Sensor acústico.
3. Sensor de microondas Doppler.

O mais promissor do ponto de vista tecnológico, vejo uma idéia bem versada:
A aparência do dispositivo deve ser selecionada na forma de uma lâmpada pronta, que inclui um dispositivo de automação e um dispositivo de iluminação. Essa escolha é ditada pelo fato de que: a versão do dispositivo feita na forma de um bloco montado em vez de um comutador padrão me parece difícil de implementar devido a problemas associados à energia do dispositivo. O fato é que, como o comutador é instalado no circuito aberto da fonte de alimentação do dispositivo de iluminação, apenas um pólo da rede de suprimentos é adequado, o que não é suficiente para organizar a fonte de alimentação do dispositivo, e nem sempre é possível colocar o segundo polo da rede de suprimentos no comutador e nem tecnologicamente . A variante do dispositivo acabado na forma de um bloco montado ao lado de um dispositivo de iluminação padrão, apesar de seu custo mais baixo, não me parece racional devido à complexidade de sua instalação na presença de fiação oculta.

Vejo a tecnologia mais racional para detectar a presença de uma pessoa como um sensor de microondas com base no efeito Doppler. Por várias razões: o sensor de micro-ondas, diferentemente do infravermelho, não impõe requisitos no local da instalação e é capaz de detectar movimento através de obstáculos que o bloqueiam. Além disso, um sensor de microondas não exige que uma pessoa faça manipulações adicionais (palmas), ao contrário de um sensor acústico. Além disso, são apresentados no mercado de componentes eletrônicos módulos pré-fabricados de sensores de movimento por microondas combinados com um sensor de luz, cujo custo, devido à produção em massa na China, é baixo.

Resulta do exposto que, do ponto de vista dos circuitos, é mais racional implementar um dispositivo usando um módulo pronto de um sensor de movimento por microondas combinado com um sensor de luz ambiente.

Ideia definitiva

A idéia final é usar o módulo serial final do sensor de movimento de microondas com base no efeito Doppler RCWL-0516:



O sensor é baseado no efeito Doppler - uma alteração na frequência da onda refletida devido ao movimento da superfície refletora. O módulo possui a capacidade padrão de conectar um fotorresistor para organizar o controle de operação do módulo, dependendo da luz. O limiar de resposta do sensor de luz é definido selecionando um resistor, o local de montagem, que é fornecido na placa do módulo. Há também um local na placa do módulo para a instalação de um capacitor responsável por determinar o período de tempo durante o qual a lâmpada será acesa após o acionamento do sensor de movimento. Assim, o princípio de operação do dispositivo acabado será o seguinte: quando for detectado movimento na área de operação do sensor e sob condições de iluminação insuficiente, a iluminação acenderá por um certo período de tempo suficiente para superar o lance de escadas.

Características técnicas do módulo:

• Tensão de alimentação 4-28 v de corrente contínua
• Consumo de energia: até 3 mA
• Alcance de detecção: até 9 m
• Potência de transmissão: até 30 mW
• Faixa de temperatura operacional: -40- + 100 C
• Dimensões: 17,3 x 35,9 mm
• Peso: 4 gr.

O sensor possui 5 pinos:

• Saída do sensor OUT (ajuste para a lógica 1 se houver movimento) carga máxima 100 mA
• Alimentação de tensão de entrada VIN + 4-28v
• Entrada de energia GND (-)
• Saída 3V3 do estabilizador 3.3v
• Entrada de habilitação do trabalho CDS
• Pinos CDS no lado oposto do módulo para conectar um fotorresistor.

Tendo em vista que o módulo é alimentado por uma baixa tensão DC, ele precisará de uma fonte de alimentação. A opção mais simples para a implementação de uma fonte de alimentação, uma vez que o módulo consome uma pequena quantidade de corrente, nesse caso, será o uso de uma fonte de alimentação sem transformador, pois é a mais simples e possui um tamanho e custo reduzidos. Além disso, devido ao fato de o dispositivo controlar a carga de alta tensão, você precisará do circuito do atuador apropriado. Como o selecionado pelo potente transistor de efeito de campo IRF740, a escolha foi ditada pela correspondência de seus parâmetros elétricos aos exigidos, bem como pela baixa resistência do canal aberto do transistor, que garantirá baixa potência dissipada no transistor e, portanto, não há necessidade de usar um radiador, o que afetará positivamente o custo e as dimensões gerais dispositivos. O diagrama aproximado total do dispositivo é o seguinte:

Fig. 1


Os diodos D1-D4 formam uma ponte retificadora, cuja tensão pulsante é fornecida ao estabilizador paramétrico formado pelos elementos R1, D5, C1. A voltagem de 12 volts filtrada pelo capacitor C1 (o diodo Zener D5 é projetado para essa voltagem) é alimentada da saída do estabilizador para as entradas de energia do módulo. Como o consumo atual do módulo não é grande, uma energia insignificante é liberada no resistor R5. No momento em que o sensor é acionado, uma tensão da unidade lógica aparece na saída do módulo, que é fornecida ao portão do transistor Q1, o que leva à sua abertura e comutação da carga.

A carga do dispositivo é uma lâmpada LED com uma potência de até 10 watts.

Nesse circuito, ele é alimentado por uma corrente pulsante que é constante na direção, o que, no entanto, não afeta seu desempenho de forma alguma.

Uma lâmpada de plástico pronta para o uso de modernas lâmpadas LED será usada como o alojamento do dispositivo acabado; o material polimérico do alojamento da lâmpada garantirá a segurança do dispositivo, devido ao uso de uma fonte de alimentação sem transformador.

O custo do produto não excede o custo dos produtos industriais, mas ao mesmo tempo supera-o em características técnicas, o que comprova a viabilidade de fabricar este dispositivo com suas próprias mãos.

Introspecção do trabalho realizado

No decorrer do trabalho no projeto, resolvi todas as tarefas definidas para resolver o problema de iluminar as entradas dos prédios de apartamentos. Também aprendi sobre as tecnologias de detecção de movimento existentes, suas diferenças, vantagens e desvantagens. Aprendeu a calcular um estabilizador paramétrico. Eu me familiarizei com o princípio de operação e as características distintivas dos transistores de efeito de campo com um canal induzido.