Контроллер освещения лестницы своими руками

Автоматическая подсветка лестницы

В качестве контроллера использовал всем знакомый Arduino Pro Mini.

Сначала о самой лестнице количество ступеней 11, ширина 550 мм. В общей сложности необходимо 6 м светодиодной ленты (заказал 2 шт по 5 м 5050 SMD), со степенью защиты IP67 (то есть защита от пыли и воды), чтобы можно было протереть пыль и не задумываться о том, попадешь ли под напряжение или повредишь ленту.

После подключения 5-ти м светодиодной ленты ток через нее оказался всего 2,5 A, то есть, для 6-ти м светодиодной ленты нужен блок питания на 36 Вт. Выбор остановился на китайском блоке питания 12 В 8.3 А 100 Вт. 100, конечно, много, но 12 В понадобилось для другого проекта, поэтому подключился к нему же.

В качестве питания самого контроллера, а также сенсоров (питание 5 В) использовал простенькую схему понижения напряжения с помощью стабилизатора напряжения L7805CV и двух керамических конденсаторов 0,1 мкФ и 0,33 мкФ.

В качестве датчиков фиксирующих движение остановился на ультразвуковых сенсорах HC-SR04, так как испускают узкий пучок ультразвуковых импульсов и можно настроить расстояние срабатывания. Таким образом, можно установить на отслеживании пересечения импульса на первой и последней ступенях. Вдаваться в подробности характеристик, способа подключения, принципа работы сенсора не вижу смысла в интернете достаточно много информации о них.

Вопрос измерения освещенности решился, также, довольно просто с помощью схемы делителя напряжения, в которой в качестве переменного резистора используется фоторезистор Gl5516.

Далее рассмотрим вопрос количества использованных контактов 11 цифровых для ступеней, 4 для двух сенсоров и один аналоговый для измерения освещенности. Итого 15 цифровых, что не дает нам Arduino. Недолго думая, использовал микросхему 74НС595N, а точнее каскад из двух сдвиговых регистров для увеличения количества цифровых выходов Arduino.

Почитав литературу и мнения радиолюбителей, поставил керамический конденсатор 0,1 мкФ на 12-ой ножке STcp первого регистра, якобы для минимизации шума при подачи «защелкивающего» импульса. При опробовании мною каскада «на столе», действительно с конденсатором работает лучше, в особенности при первой подачи питания на микросхемы.

Одно дело подключать к Arduino слабую нагрузку, наподобие светодиода, другое подключать кусок светодиодной ленты, длиной 500-550 мм (максимальный ток цифрового выхода Arduino 40 мА). Более доступно для меня оказалась микросхема ULN2003A (сборка Дарлингтона), максимальный ток через один выход которой составляет 0,5 А.

Хочу обратить внимание, что контакт Echo второго сенсора приходит на 13-й контакт Arduino, на котором находится светодиод самого контроллера.

Сделано это специально, для удобства, в тот момент, когда удовлетворяется условие «достаточно ли темно для начало опроса сенсоров?», светодиод на 13-ом контакте начинает мигать.

Плату рисовал в Sprint-Layout. Делал акцент на том, чтобы микросхемы и контроллер снимались, припаивал панельки SCS-14 и 16, а также гнездо на плату PBS 2×12 2.54. Единственный минус пришлось выгибать в другую сторону ножки микросхем 74НС595N.

Составление скетча

При составлении скетча использовалась только одна библиотека Ultrasonic (для работы с сенсорами HC-SR04) и то можно было обойтись без неё. Пришлось повозиться с битовыми операциями, так как необходимо определенным образом загружать два байта в каскад сдвиговых регистров (в самом скетче сделал доходчивые пояснения).

// ***Скетч подсветка лестницы V1***
// Библиотеки
#include «Ultrasonic.h»

// Пины
#define Trig_1 10 // Устанавливаем контакты для первого датчика.
#define Echo_1 11
#define Trig_2 12 // Устанавливаем контакты для второго датчика.
#define Echo_2 13
#define Ds 8 // Ds/SDI первого сдвигового регистра 75HC595N_1.
#define STcp 7 // STcp/RCLK сдвиговых регистров 75HC595_1, 2.
#define SHcp 6 // SHcp/SRCLK сдвиговых регистров 75HC595_1, 2.
#define LDR A0 // Аналоговый сигнал с фоторезистора.

Ultrasonic Sensor_1(Trig_1, Echo_1); // Определяем первый датчик.
Ultrasonic Sensor_2(Trig_2, Echo_2); // Определяем второй датчик.

// Параметры
const int Limit = 100; // Переменная для хранения предела сравнения с освещенностью.
const float Min_Disrance = 50.0; /* Диапазон, при котором сработает сенсор
Ширина ступеньки 55 см.*/

boolean Up_Sensor_Started = false; // Переменная отражающая факт срабатывания верхнего сенсора.
boolean Down_Sensor_Started = false; // Переменная отражающая факт срабатывания нижнего сенсора.

const int Read_Delay = 50; // Переменная для хранения времени задержки опроса сенсоров.

unsigned int leds = 0; // Переменная для хранения передаваемых битов в регистры.
const int N = 10; /* Переменная для хранения количества ступеней лестницы.
Отсчет идет с нуля! Максимум выходов 14-ть 2 Сборки Дарлингтона.*/
const int T_Ladder = 3000; // Переменная для хранения времени включенной лестницы.
const int T_Stair = 500; // Переменная для хранения времени между включениями.

void setup()
<
pinMode(Ds, OUTPUT);
pinMode(STcp, OUTPUT);
pinMode(SHcp, OUTPUT);
// Serial.begin(9600); // Инициализация последовательного порта на скорости 9600 бойд.
>

void loop()
<
int LDR_Value = analogRead(LDR); // Считываем значение с фоторезистора.
// Serial.println(LDR_Value); // Проверяем уровень освещенности в пределах от 0 до 1023.
if(LDR_Value 0))
// Если измеренное расстояние больше нуля, но меньше предела то.
<
Up_Sensor_Started = true; // Факт срабатывания верхнего сенсора.
>
>

// Процедура опрос нижнего датчика
void Down_Sensor()
<
if((Sensor_2.Ranging(CM) 0))
// Если измеренное расстояние больше нуля, но меньше предела то.
<
Down_Sensor_Started = true; // Факт срабатывания нижнего сенсора.
>
>

// Процедура загрузки битов в регистры
void updateShiftRegister()
<
digitalWrite(STcp, LOW); // Подаем низкий сигнал для загрузки битов в регистры.
byte First = lowByte(leds); /* Разделяем наш байт на младший и старший,
так как функция shiftOut за раз пропускает только 8 бит.*/
byte Second = highByte(leds);
shiftOut(Ds, SHcp, MSBFIRST, Second); // Проталкиваем 1-й байт и читаем его слева направо.
shiftOut(Ds, SHcp, MSBFIRST, First); // Проталкиваем 2-й байт.
digitalWrite(STcp, HIGH); // Сбрасываем на выходы полученные биты.
>

// Процедура включения подсветки снизу вверх
void Turing_Upward()
<
for (int i = 0; i = 0; i—)
<
bitSet(leds, i); // Изменение всех N битов на состояние 1 (или HIGH).
updateShiftRegister(); // Включение подсветки загрузкой измененного байта.
delay(T_Stair); // Задержка между включением ступеней.
>
delay(T_Ladder); // Задержка включенной лестницы.
leds = 0; // Обнуление байта.
updateShiftRegister(); // Потушить подсветку.
>

Особенности монтажа

Теперь про монтаж, укладывать светодиодную ленту, конечно же, лучше в специально для неё созданный профиль, но стоимость его довольно высока. Я брал кабель канал 12×12, срезал раскаленным канцелярским ножом лишнее, получилось следующее.

Чтобы спрятать сенсоры HC-SR04, нашел для них по размеру коробку IEK 20 мм.

Монтаж щитка особого труда тоже не составил, так как на плате заранее задумывалось установка винтовых клеммников.

Получившийся проект удовлетворил все поставленные задачи, во время работы автоматики не было замечено каких-либо отказов, замечаний.

Единственное, по моему мнению, можно было бы сделать щиток более компактным и полностью его закрыть от посторонних рук.

Источник

Подсветка лестницы на ступенях с датчиком движения

Загородный дом — это, несомненно, удобство. Но если он двух-трех этажный, в нем есть лестница, а значит, есть и вероятность того, что жильцы дома могут с нее в темноте случайно упасть. Эту проблему помогает решить автоматическая подсветка лестницы. Современные технологии не только могут обеспечить освещение всей лестницы, но и каждой ступени отдельно. При этом приятный мягкий свет не будет слепить глаза, что обеспечивает не только безопасность, но и привнесёт дополнительный элемент эстетики в оформлении дизайна всего дома.

Красота, безопасность, экономия

Автоматическая подсветка придает весьма эффектный внешний вид. К тому же повышается безопасность передвижения. В дополнение к этому есть и другие преимущества:

1. Нет необходимости в кромешной темноте нащупывать на стене выключатель.
2. Пусть и незначительно, но экономится электроэнергия. За счет автоматики система находится в экономном дежурном режиме.
3. Средствами автоматизации при монтаже подсветки, можно настроить красивые визуальные эффекты.

И не надо переживать, что это дорого и недоступно для неопытного пользователя. Весь комплект дополнительного освещения изначально очень недорог, а привнести дополнительный комфорт и пользу для жильцов может легко.

Принцип работы автоматической подсветки

Чем хороша такая автоподсветка, так это своей самостоятельностью. Она сама определит, когда и на сколько времени включить свет. За счет того что в схему входят датчики движения, они среагируют на появление человека и включат освещение или всей лестницы сразу или каждой ступени по отдельности. Лучше в цепи предусмотреть два датчика движения — вначале и в конце лестничного пролета. Так система определит, что после прохождения человека свет можно отключить. Также в обязательном порядке цепь питания дополняется контроллерами, которые можно запрограммировать на разные условия срабатывания. Дополнительно установленный датчик включения света при наступлении темноты будет разрешать работу датчиков движения и исключать включение подсветки, если уровень освещения в помещении достаточно высокий.

На тот случай если лестницы в доме очень длинные и в них несколько пролетов, можно предусмотреть установку дополнительных датчиков. Так даже интереснее. Схему включения можно усложнить:

• Включать не все ступени, а несколько — группами;
• Или по одной ступени по маршруту движения человека.

Выбор источников освещения

Самый распространенный вариант — это светодиоды.

Самые доступные по цене модели, которые излучают свет одного тона.

Более дорогие светодиоды на RGB-подсветке. Такие светодиоды выдают свет любого оттенка, который им задаст контроллер.

За счет того что светодиодные ленты обоих типов работают от сети напряжением в 12 В, автоматическая подсветка лестницы своими руками в эксплуатации абсолютно безопасна. К тому же сам монтаж системы освещения лестниц возможен своими силами без специального оборудования.

Подготовка к установке

Если нет готового комплекта для освещения ступеней лестницы, необходимо продумать схему освещения самостоятельно. Это совершенно не трудно. В наш век Интернета можно найти практически всё по этой теме.

Если вы уже определились, где будут размещены все необходимые элементы, лучше всего набросать на чистом листе бумаги небольшой чертеж с элементами подключения с местами их установки непосредственно на лестнице. Так вы получите более наглядное представление о будущем результате вашего проекта.

Зная исходные размеры помещения, габаритов лестницы и лестничных маршей, нетрудно рассчитать как метраж светодиодной ленты, так и количество датчиков, которые будут работать в будущей системе освещения.

В интернете часто встречается схема освещения подобного типа:

Такая схема вполне работоспособна, если использовать обычную и недорогую ленту из светодиодов. Хотя есть в ней и существенный минус. Необходима установка специального контроллера на каждый отрезок ленты. Вот сколько ступенек — столько и отрезков светодиодных полос. Для каждой полосы нужен свой вывод и все провода объединяются вместе. Поэтому уже на выходе контроллера получается внушительная косичка проводов.

Но наиболее интересные эффекты дает адресная RGB светодиодная полоса. Кроме упрощения схемы мы получим цветовое оформление ступеней с разнообразными цветовыми эффектами.

Если кто-то не знает, мы поясним. Адресная светодиодная полоса дает возможность управления отдельно впаянным светодиодом. И каждый светодиод в ленте способен выдать около 16 миллионов разнообразных оттенков!

Более упрощенно схему проекта “подсветка лестницы на ступенях с датчиком движения” можно представить в таком варианте:

Теперь о деталях.

Световые ленты адресного типа имеют строгонаправленность и подключаются к пину DI.

Как видно из примера, все отдельно нарезанные полосы ленты соединяются через D0 c DI.

Мы рекомендуем для освещения небольших лестничных маршей применять ленту на чипах ws2811.

Ленты такого типа могут быть запитаны от источника в 12 В. Каждые три светодиода, в этой ленте, управляются своим чипом, который выдает определенный свет на 3-и светодиода, за которые он отвечает.

Мы советуем купить рулон ленты (или столько сколько нужно по вашим расчетам) на китайской торговой площадке Алиэкспресс. В качестве вы не потеряете, а вот в цене определенно выиграете. Почему-то в наших торговых сетях аналогичные ленты стоят на порядки дороже, чем в Китае.

На момент написания статьи пятиметровую катушку ленты с плотностью в шестьдесят диодов можно было приобрести всего за 700 рублей.

Более плотное расположение светодиодов тоже есть в продаже, и стоит дороже. Но для лестничного оформления покупать такую ленту не имеет смысла, так как 60 светодиодов на метр — оптимальный параметр для подсветки ступеней.

Теперь надо поговорить еще об одном параметре.

В продаже есть ленты с разными степенями влагозащиты — IP:

• IP30 без защиты;
• IP65 — лента с силиконовым покрытием;
• IP67 — герметичная лента в силиконовом кожухе.

Покупать для комнатных лестниц IP67 особого смысла не имеет, а подсветка ступеней лестницы от IP30 или IP65 — это на усмотрение владельца. Нам кажется, что отдать предпочтение IP65 было бы разумней. Всё-таки иногда ступени нужно мыть?

Здесь же на Али экспресс можно найти ленту bright. Она будет стоить на порядок дороже, но зато вы выиграете в силе светового потока — свет будет значительно ярче.

Тут же на Али необходимо подобрать микроконтроллер для управления лентой. Рекомендуем обратить внимание на подобные устройства на платформе Arduino Nano.

Необходимые инструменты, компоненты и материалы

Подытожим, что нам может понадобиться для продолжения проекта автоматическая подсветка лестницы своими руками:

• Готовая плата управления Arduino Nano;
• Светодиодная лента с датчиком движения в комплекте или без него адресного типа;
• Пару инфракрасных датчиков движения;
• Датчик освещенности;
• Источник питания на 12 В;
• Паяльник;
• Приспособление для снятия изоляции с проводов;
• Провода UTP.

Датчики

В начале и конце лестничного пролёта устанавливаем по одному датчику движения.

Рекомендуем подробнее узнать как отрегулировать датчик движения, если вы используете не программируемую версию устройства.

Наши инфракрасные датчики движения для включения света на лестнице вполне рабочие, но установленные колпачки сужают угол обзора. Поэтому избавляемся от колпачков и оставляем сам датчик. Чтобы он включался в момент подхода к ступенькам желательно его даже немного углубить при установке, чтобы еще сузить угол обзора. Таким образом, он среагирует на движение именно при подходе и выходе со ступенек.

Не помешает еще один датчик — освещенности. Таким образом, мы получаем автоматическое управление яркостью подсветки, чтобы она не слепила глаза после темноты.

Окончательная схема системы выглядит вот так:

Подготавливаем контроллер

Что такое контроллер с драйверными микросхемами на базе Arduino? Это микроконтроллер с множеством уже готовых настроек и аппаратных модулей.

Для того чтобы он работал в нужном режиме его нужно запрограммировать. Подходящие прошивки с инструкциями загрузки доступны в интернете в свободном доступе. Ниже также представлен скетч программы, скачать скетч можно здесь: https://cloud.mail.ru/public/5GtW/5M5CvRwLc

Берем нашу платку Адруино и подключаем ее к компьютеру или ноутбуку. Заходим в Arduino IDE и нажимаем по кнопке “Загрузить”.

После того как выбранная прошивка загрузится в плату, можно начать окончательную сборку всей нашей схемы подсветки.

Этапы работ

После того как все необходимые компоненты у нас есть, можно начинать монтаж всей схемы. Наверное, лучше сначала собрать всю последовательность компонентов на полу, проверить ее работу и уже после того как убедились, что всё работает как надо, можно начать монтаж всех элементов непосредственно на ступени лестницы.

Итак, этапы работ:

1. Но сначала нам нужно нарезать светодиодную ленту на нужные отрезки.
2. К ним необходимо припаять зачищенные концы проводов в необходимых точках на ленте.
   
3. На краю каждого отрезка светодиодной ленты есть помеченные точки (D0 и DI). К ним в определенном порядке припаиваются провода.
   
   

Важно! При пайке проводов соблюдайте полярность.

Проверка схемы

После того как схема пропаяна самое время проверить работоспособность автоматической подсветки лестницы.

Раскладываем все элементы на ровной поверхности (на полу).

И производим подключение.

Как только человек попадает в зону первого датчика лента или последовательно включает полосы светодиодной ленты или вся целиком зажигается. Если в системе прошиты световые эффекты, они должны работать.

После пересечения второго датчика движения лестница через определённый тайм-аут должна потухнуть.

При каждом последующем включении подсветки эффект освещения меняется на очередной.

Если система не заметит передвижения после пересечения первого датчика движения для лестницы (вы передумали подниматься/спускаться), через 7 секунд вся эта праздничная иллюминация выключится автоматически и свет плавно погаснет.

Монтаж системы

Установка ленты под ступеньку делать лучше всего на двусторонний скотч. Поверхность перед наклейкой обрабатывается. Удаляются частицы пыли, а поверхность очищается растворителем.

Проводка под светильники прокладывается в кабель-канале.

• Настенный вариант.
• Под лестницей.

Так как лента крепится под ступенькой, целесообразней прикрыть ее небольшим козырьком.

После монтажных работ необходимо провести проверочный пуск системы. Если обнаружатся неисправности их надо устранить или ввести поправки в работу программного модуля.

Подсветка лестницы беспроводная

Беспроводная подсветка ступенек лестницы на автономных источниках питания — эффективный вариант проблемы автоматизации лестничного освещения. На современном рынке можно найти разнообразные модели беспроводных светильников.

Обычно комплект состоит из:

Обычно стандартный комплект — это набор из 5 источников света и 2-х датчиков движения. Все устройства работают от батареек.

Монтаж всех элементов настолько простой, что с ним может справиться даже неподготовленный человек.

Производители подобных систем, как правило, утверждают, что комплекта батареек хватает на год работы. На самом деле срок работы элементов питания куда больше.

Стандартный комплект

• светильники — 5 штук;
• датчики движения — 2 штуки;
• инструкция по установке.

Чем привлекательна подсветка для лестницы:

1. Когда человек попадает в поле зрения датчика установленного перед началом/спуском лестницы, срабатывает умный автономный датчик движения, установленный на лестницу, который передает сигнал управления на все элементы подсветки.
2. Беспроводная схема позволяет установить элементы в любых, даже самых труднодоступных местах.
3. Максимальное расстояние между всеми элементами системы около 16 метров.

Описание

Все элементы системы подсветки работают автономно. В каждый прибор устанавливают 3 батарейки.

Более расширенную информацию, по работе автономной подсветки, можно почерпнуть или из паспорта изделия, или найти нужную модель в сети Интернет.

Но в любом случае такая система не потребует больших усилий на монтаж, а лестница перестанет быть источником повышенной опасности.

Типы лестниц

При выборе типа автоматической подсветки разумно подобрать ее под тот тип лестниц, который установлен у вас в доме.

• Деревянные лестницы. Учитывая то обстоятельство, что у деревянных изделий есть риск возгорания, приборы освещения не должны сильно нагреваться. Также все деревянные элементы должны быть обработаны огнестойким составом.
• Металлические. С точки зрения безопасной эксплуатации, разумней всего выполнить настенное крепление накладных светодиодных светильников.
• Винтовые лестницы. Такие лестницы как нельзя лучше подходят для устройства подсветки с помощью светодиодной ленты. Оформить можно не только ступени, а также и перила.
• Стеклянные лестницы. Очень выгодно смотрится точечная беспроводная светодиодная подсветка.

Заключение

Завершая обзор, сделаем небольшое резюме. Автоподсветка лестницы своими руками не такое и сложное дело. Главное — правильно соотнести тип лестницы и способ реализации автоматической подсветки.

Видео по теме

Источник