楼梯间照明的自动化

居住区居民舒适度的最重要因素之一是入口处的高品质照明。 同时,照明入口的费用在一般房屋费用中占很大一部分。 楼梯间通常由常规的白炽灯泡照亮,包括在白天,这些白炽灯泡在白天工作,而能源超支的问题可以通过平时扭曲其中一些来解决。

这就提出了以另一种更经济和技术的方式来组织楼梯间照明的可能性的问题。 这个问题使我感兴趣,因为我每天都遇到它,并想以我的入学示例找到解决问题的方法。

目的:创建用于公寓楼梯间的照明自动化设备。

任务:

  1. 熟悉住宅入口照明的主要问题。
  2. 熟悉用于照明住宅建筑物入口的现有技术,并选择最经济可行的设备概念,以满足可制造性的要求。
  3. 设计和制造用于照明楼梯间的自动化设备,以实现节能的目标。

研究对象:公寓楼的照明楼梯。

研究主题:不合理使用电能照亮公寓大楼入口的原因。

住宅入口照明的组织问题


符合卫生标准要求的住宅建筑的任何入口都必须配备人工照明。 (SanPin 2.1.1 / 2.1.1.1278-03第3.2.2条)。 通常,使用由位于墙壁上的标准开关控制的白炽灯来组织这种照明。 与现代荧光灯和LED灯相比,白炽灯是一种无希望且不经济的人造照明光源。 无效的照明控制加剧了这种情况,照明控制通常由居民自己进行。 光线在黑暗开始时打开着陆,而在白天开始时关闭(不幸的是,并非总是)。 结果,发生不合理的能量消耗。 可以通过使用现代,经济的光源以及通过自动控制楼梯间照明来解决该问题。

搜索未来设备的概念


从电路的角度和从最终产品的物理实施例的角度来看,可以以各种方式制造用于使楼梯照明自动化的设备。 从原理上讲,该设备既可以在分立组件上实现,也可以通过使用数字集成电路(包括微控制器)和现成的模块来实现。

成品设备的外观可以制成成品设备的形式,该成品设备不仅包括自动化设备本身,还包括与之集成在一起的照明设备。 另一个实施例看起来像是代替标准开关安装的设备,或者是安装在天花板上紧邻照明设备的设备。

市场上主要有成品灯制成的模型,它代替了标准照明灯具。 这需要拆除后者,并相应地安装新的。 市场上的样品都配备有运动传感器(状态),以便仅在有人着陆时才打开照明灯;还有光电传感器,因此照明灯只能在弱光下打开,从而确保了在使用此类自动化工具时的节能效果。

在这种情况下,可以根据三种主要技术执行运动传感器(状态):

  1. 带有菲涅耳透镜的红外传感器。
  2. 声学传感器。
  3. 多普勒微波传感器。

从技术角度来看,最有前途的是,我看到了一个精通的想法:
设备的外观应以成品灯的形式选择,该灯包括自动化设备和照明设备。 这种选择是由以下事实决定的:由于与设备电源相关的问题,以块安装而不是标准开关形式制成的设备版本在我看来很难实现。 事实是,由于开关安装在照明设备电源的开路中,因此仅电源网络的一极适合于此,这不足以组织设备的电源,并且将电源网络的第二极铺设到开关上并非总是可行的,而且技术上也不可行。 尽管成本较低,但安装在标准照明设备旁边的单元形式的成品设备对我来说并不合理,因为在存在隐藏布线的情况下其安装的复杂性。

我看到了一种最合理的技术,它基于多普勒效应将人的存在作为微波传感器进行检测。 出于多种原因:与红外传感器不同,微波传感器对安装地点没有任何要求,并且能够检测通过阻碍它的障碍物的运动。 而且,与声传感器不同,微波传感器不需要人做任何其他操作(拍手)。 此外,现成的微波运动传感器与光传感器的组合模块已出现在电子元件市场上,由于中国的批量生产,其成本很低。

根据前述内容,从电路的角度出发,最合理的是使用结合了微波传感器和环境光传感器的现成模块来实现设备。

终极构想


最终的想法是使用基于多普勒效应RCWL-0516的微波运动传感器的成品串行模块:

图片

传感器基于多普勒效应-由于反射面的移动而导致的反射波频率变化。 该模块具有连接光敏电阻的标准能力,以根据光线组织模块操作控制。 通过选择一个电阻,即安装位置,可以在模块板上设置光传感器的响应阈值。 在模块板上还有一个用于安装电容器的位置,该电容器负责确定触发运动传感器后灯将点亮的时间段。 因此,完成后的设备的工作原理如下:当在传感器的覆盖区域中检测到运动时,并且在照明不足的条件下,照明将打开一定的时间,足以克服楼梯的飞行。

模块的技术特点:

  • 直流电源电压4-28 V
  • 功耗:高达3 mA
  • 探测范围:高达9 m
  • 发射功率:最高30 mW
  • 工作温度范围:-40- + 100 C
  • 尺寸:17.3 x 35.9毫米
  • 重量:4克

传感器有5个引脚:

  • OUT传感器输出(如果有运动,则设置为逻辑1)最大负载100 mA
  • VIN输入电源电压+ 4-28v
  • GND电源输入(-)
  • 3V3稳定器输出3.3v
  • CDS工作启用输入
  • 模块另一侧的CDS引脚用于连接光敏电阻。

考虑到该模块由低直流电压供电的事实,将需要电源。 考虑到模块消耗少量电流,实现电源的最简单选择是在这种情况下使用无变压器电源,因为它是最简单的并且具有较小的尺寸和成本。 另外,由于该设备将控制高压负载,因此需要适当的执行器电路。 作为IRF740强大的场效应晶体管的选择,其选择取决于其电气参数与所需的对应关系,以及晶体管开路的低电阻,这将确保在晶体管上耗散低功率,因此,无需使用散热器,这将对成本和总体尺寸产生积极影响设备。 该设备的总近似图如下:

图1
2

二极管D1-D4形成一个整流桥,脉冲电压从该整流桥提供给由元件R1,D5,C1形成的参量稳定器。 由电容器C1滤波的12伏电压(为此电压设计了齐纳二极管D5)从稳定器的输出馈送到模块的电源输入。 由于模块的电流消耗不大,因此电阻R5上释放的功率很小。 在触发传感器的那一刻,在模块输出端出现一个逻辑单位电压,该电压被提供给晶体管Q1的栅极,从而导致其断开和负载切换。

设备的负载是功率高达10瓦的LED灯。

在此电路中,它由方向恒定的脉动电流供电,但是,它丝毫不影响其性能。

专为使用现代LED灯而设计的现成塑料灯将用作成品设备的外壳,由于其中使用了无变压器电源,所以灯壳的聚合物材料将确保设备的安全性。

产品的成本不超过工业产品的成本,但同时在技术特性上超过了它,这证明了用自己的双手制造该设备的可行性。

自省工作


在该项目的工作过程中,我解决了为自己设定的所有任务,以解决为公寓大楼的入口照明的问题。 我还偶然了解了现有的运动检测技术,它们的区别,优点和缺点。 学会计算参数稳定器。 我熟悉了工作原理以及带有感应沟道的场效应晶体管的独特功能。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN451930/


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