Владимир Макаров

Подсветка лестницы.

Межэтажная лестница в доме является не только красивым элементом интерьера, но и объектом повышенной опасности. Особенно в темное время суток, когда многократно возрастает риск наступить мимо ступени и получить травму. Для снижения этой опасности лестницу в темное время суток необходимо обязательно освещать.

В интернете есть несколько решений автоматической подсветки лестницы. Особенно понравилось решение Владимира Лукьянова (г.Черкесск). Желающие могут заглянуть в его блог - http://lukjanow.ru/2013/01/automatic-illumination-stairs-arduino-update/ и ознакомиться с устройством.

Предлагаемое в данной статье устройство построено на микроконтроллере ATmega8. Оно обеспечивает автоматическое освещение ступенек лестницы при приближении к ней человека с любой из двух сторон лестницы.

Источником света являются светодиодные ленты, закрепленные снизу каждой ступени. Алгоритмом предусматривается плавное восходящее или нисходящее включение светодиодов. В качестве датчиков используются датчики движения HC-SR501. При достаточном дневном или искусственном освещении лестницы устройство не реагирует на приближение человека. Эта функция обеспечивается подключенным датчиком сумерек, который выдает разрешающий сигнал устройству только при пониженной освещенности лестницы. Устройством можно осветить до 14 ступенек лестницы.

Силовым блоком устройства является импульсный блок питания типа S-150-12 MEAN WELL. Выходное напряжение блока питания – 12В, мощность 150Вт.
Блок питания обеспечивает работу контроллера и светодиодных лент. Основную мощность блока питания потребляют светодиодные ленты. В устройстве применены светодиодные ленты типа GSC SMD5050 (Рисунок 1).

Рисунок 1.
Светодиодная лента.

Исходя из расчета, что на одну ступеньку потребуется 1 метр ленты, на 14 ступенек потребуется 14 метров. Суммарная мощность потребления всеми светодиодами лестницы: 7.2Вт/м * 14м = 100Вт. Учитывая, что блок питания будет питать также и контроллер, и датчики выбран блок питания на 150Вт. В зависимости от количества и ширины ступенек, типа светодиодной ленты расчетная мощность блока питания может варьироваться.
Схема устройства электрическая принципиальная показана на рисунке 2.

Рисунок 2.
Схема электрическая принципиальная.

Рабочее напряжение устройства (VCC) – 5B. Преобразователь напряжения источника питания (DC-DC) 12В в 5В собран на микросхеме MC34063 по типовому решению, приведенному в описании микросхемы.

Основой устройства является микроконтроллер ATmega8. Порт D МК используется для подключения датчиков движения (входы PIN2, PIN3), датчика сумерек (вход PIN3), органов управления и индикации. Порты В и С используются для управления светодиодными лентами. Поскольку токи потребляемыми светодиодными лентами достаточно велики для МК, то управление осуществляется через транзисторы Дарлингтона, включенные в микросхему ULN2803A. Одна микросхема ULN2803A содержит матрицу из восьми транзисторов Дарлингтона, каждый из которых рассчитан на напряжение до 50В и текущий ток до 500мА. Один отрезок 1м светодиодной ленты при постоянно приложенном напряжении 12В по проведенным практическим измерениям потребляет ток не более 350 mA, что не превышает указанного допустимого тока транзистора.

Индикатор VD3 «Питание 12В» включается при подаче питания. Индикаторы VD4 «Верхний датчик» и VD2 «Нижний датчик» загораются при срабатывании датчиков движения. Эти индикаторы не используют ресурсы микроконтроллера, а подключены через транзисторные ключи (VT1 и VT2) непосредственно к выходам датчиков движения. Индикатор VD5 «Сумерки» включается микроконтроллером при обнаружении сигнала от датчика сумерек.

Датчики движения HC-SR501 срабатывают при обнаружении человека у первой или последней ступени лестницы. Сигнал логической «1» поступает на входы PIN2 или PIN3 вызывая прерывание INT0 или INT1. Программа обработки прерывания сообщает основной программе с какого датчика поступил сигнал. Если сигнал поступил с нижнего датчика, то программа плавно волной зажигает светодиодные ленты с первой ступеньки до последней, делает задержку гашения светодиодов в течение установленного пользователем интервала, а по истечении указанного интервала плавно волной гасит светодиодные ленты с первой ступеньки до последней. Если сигнал поступает с верхнего датчика, то такая же волна света опускается сверху вниз.

В микроконтроллере реализована программная широтно-импульсная модуляция на 14 каналов. С помощью ШИМ обеспечивается плавное нарастание/снижение яркости светодиодов. После погашения светодиодных лент светодиоды первой и последней ступеньки остаются в свечении – дежурная «подсветка».
Яркость свечения лент задается кнопками SA1 «Увеличение» и SA3 «Уменьшение» при удержанной кнопке SA4 «Свет». Яркость дежурной подсветки первой и последней ступенек задается кнопками SA1 «Увеличение» и SA3 «Уменьшение» при удержанной кнопке SA2 «Подсветка».
При одновременном нажатии кнопок SA2 и SA4 задается режим установки интервала задержки гашения «Задержка гашения». Установка интервала задержки выполняется нажатием кнопок SA1 «Увеличение» и SA3 «Уменьшение».
Все манипуляции с уровнями света, подсветки и интервала задержки отображаются с помощью светодиодных лент. Количество включенных лент, начиная с первой ступеньки, указывает на уровень значения регулируемого параметра.
Все выставленные значения параметров запоминаются в долговременной памяти микроконтроллера – EEPROM. При выключении/включении устройства запомненные в EEPROM значения параметров восстанавливаются в оперативной памяти устройства.

Конструкция устройства
 

Печатная плата контроллера разработана в программе Dip Trace. Дорожки, по которым подается питание к светодиодным лентам, включая разводку контактов транзисторов Дарлингтона, следует выполнять максимально возможной ширины. Макеты печатных плат устройства, внешний вид устройства и его блоков показаны на рисунках, приведенных ниже.

Рисунок 3.
Макет печатной платы блока контроллера.

Рисунок 4.
Макет печатной платы блока управления и индикации.

Рисунок 5.
Внешний вид устройства со стороны подключения питания и датчиков.

Рисунок 6.
Внешний вид устройства со стороны разъема подключения светодиодных лент.

Рисунок 7.
Контроллер с блоком управления и индикации.

Рисунок 8.
Линейка клемм блока контроллера.

Датчик сумерек

Датчик сумерек можно собрать по схеме, приведенной на рисунке 9.

Рисунок 9.
Схема электрическая принципиальная датчика сумерек.

В схеме используется фоторезистор от экспонометра старого пленочного фотоаппарата Canon. Можно попробовать использовать фоторезитор типа GL5516 (сопротивление в темноте около 0.5мОм, сопротивление при освещении 10Lux составляет 5…10кОм). В темное время суток на выходе Signal датчика присутствует логический «0», который разрешает контроллеру включать освещение лестницы. В светлое время суток (или при достаточной освещенности датчика искусственным светом) на выходе Signal датчика присутствует логическая «1», которая запрещает контроллеру освещать лестницу. Если нет необходимости использовать датчик сумерек, то на вход Signal на контроллере необходимо подать логический «0» через резистор 10кОм соединенный с входом GND.

Конструкция датчика сумерек показана на рисунках 10 и 11.

Рисунок 10.
Внешний вид датчика сумерек.

Рисунок 11.
Датчик сумерек без крышки.

Желательно выбирать светодиодную ленту в защищенном исполнении - IP65. Уровень по защите от проникновения посторонних предметов: 6 - пыленепроницаемое (пыль не может попасть в устройство, полная защита от контакта). Уровень защиты от проникновения жидкости: 5 - защита от струи (защита от водяных струй с любого направления). Эти рекомендации обоснованы условиями эксплуатации лестницы: расположение в пыльной зоне и частое мытье водой.
Ленту надо выбирать с самоклеющейся основой, которую при монтаже следует усилить клеем типа «Момент» (чтобы не отвалилась от ступенек).
Провода до светодиодных лент должны быть сечением не менее 0.75 кв. мм.
На общий провод питания светодиодных лент необходимо установить предохранитель (вставку плавкую) 5A.
Установите фьюзы: HIGH - 0xD9, LOW - 0xE4.

Архив содержит.

StairLightATmega8.c - исходный код программы на Си.
StairLightATmega8.hex - прошивка.
StairLightControlerATmega8.dch - схема электрическая принципиальная в DipTrace.
StairLightControlerATmega8.dip - печатная плата блока контроллера в DipTrace.
StairLightButtonATmega8.dip - печатная плата блока управления и индикации в DipTrace.

Архив для статьи