Mateja Lončar 0036431250

Tekst je namijenjen svima onima koje zanima

kako ekonomično upravljati vanjskom rasvjetom

Potrebno je osnovno predznanje C programskog

jezika te znanje o optičkim komponentama

Obrañeno je uključivanje vanjske rasvjete u ovisnosti

o razini vanjske svjetlosti te paljenje rasvjete ovisno

o detekciji automobila na prilazu

SEMINARSKI RAD - SPVP

9. lipanj 2010

Vanjska rasvjeta

2

Sažetak

U ovom radu naglasak je na vanjskoj rasvjeti kao elementu rasvjete

inteligentne kuće. Vanjska rasvjeta nudi mnoge mogućnosti kako bi se čovjeku olakšao i učinio ugodnijim boravak u dvorištu kuće. Daje se mogućnost nesmetanog izlaska u dvorište u večernjim satima, bez potrebe za traženjem prekidača i paljenjem rasvjete. Takoñer, opisana je mogućnost uključivanja vanjskih rasvjetnih tijela ukoliko automobil doñe na prilaz, kako bi mu se noću olakšao put do ulaznih vrata. Opisani senzori mogu naći još mnogo korisnih upotreba koji mogu život učiniti jednostavnijim.

Sadržaj

1. UVOD............................................................................................................ 3 2. UPRAVLJANJE VANJSKOM RASVJETOM-IDEJNO RJEŠENJE .................................... 4 3. REALIZACIJA SUSTAVA VANJSKE RASVJETE....................................................... 6

3.1.1. Senzor osvjetljenja ............................................................................ 6 3.1.2. Senzor pokreta.................................................................................. 7

4. PROGRAMSKI KOD.......................................................................................... 9 5. ZAKLJUČAK...................................................................................................11 6. LITERATURA..................................................................................................12 7. POJMOVNIK ..................................................................................................13

Ovaj seminarski rad je izrañen u okviru predmeta „Sustavi za praćenje i voñenje procesa“ na Zavodu za elektroničke sustave i obradbu informacija, Fakulteta elektrotehnike i računarstva, Sveučilišta u Zagrebu. Sadržaj ovog rada može se slobodno koristiti, umnožavati i distribuirati djelomično ili u cijelosti, uz uvjet da je uvijek naveden izvor dokumenta i autor, te da se time ne ostvaruje materijalna korist, a rezultirajuće djelo daje na korištenje pod istim ili sličnim ovakvim uvjetima.

Vanjska rasvjeta

3

1. Uvod

Svrha sustava “Rasvjeta“ jest briga o intezitetu svjetla u kući te prilagodbi inteziteta željama i potrebama ukućana i vanjskim uvjetima. Vanjska rasvjeta predstavlja jedan mali dio ukupnih mogućnosti sustava rasvjete u inteligentnoj kući. Život bez rasvjete uglavnom je nezamisliv. Ideja cijelog sustava inteligentne kuće jest uz funkcionalnost uvesti i komfor, bezbrižnost, udobnost... učiniti život jednostavnijim i ljepšim, bez našeg velikog truda. U ovom radu težnja je bila učiniti sustav vanjske rasvjete potpuno neovisnim od ostalih sustava. Cjelokupni sustav sastoji se od dva glavna dijela, dva senzora: senzora osvjetljenja (svjetlosti) i senzora pokreta. Uz pomoć senzora osvjetljenja imamo mogućnost da nam se, uz odreñeni nivo zamračenja, uključuje vanjska rasvjeta pružajući nam ugodno i korisno osvjetljenje željenog puta ili objekta. Senzor pokreta daje dodatnu mogućnost, a to je uključivanje rasvjete kod detekcije automobila koji dolazi na prilaz.

Vanjska rasvjeta

4

2. Upravljanje vanjskom rasvjetom-idejno

rješenje

Prvi dio sustava vanjske rasvjete predstavlja podsustav za upravljanje rasvjetom uz senzor osvjetljenja. Taj podustav ima i funkcionalnu i dekorativnu ulogu. S funkcionalne strane, detekcijom dnevnog svjetla te gašenjem rasvjetnih tijela, odnosno uključivanjem rasvjetnih tijela u večer, dolazi do štednje energije koja se ne prosipa kada to nije potrebno. Takoñer, kada se vraćamo kući noću ili poželimo navečer prošetati po dvorištu do vrta ili bazena, pruža nam se mogućnost da taj put bude osvijetljen bez našeg angažmana. S druge strane, vanjsko osvjetljenje može biti i dekorativno, kako bi naša kuća i u mraku bila vidljiva.

Ideja ovog podsustava jest da pomoću detektora svjetlosti provjerava razina dnevne svjetlosti, te kada ona zadovoljava neke naše postavljene granice da se upale/ugase vanjska rasvjetna tijela. U našoj kućici, ta tijela bit će postavljena u dvorištu. Za detektor svjetlosti koristit će se fotootpornik. Važna stvar jest odrediti koja razina svjetlosti upravlja našim sustavom, da bi on bio energetski učinkovit.

Naš sustav takoñer ima i dekorativnu ulogu te je bitno da svjetlo ne bude preintenzivno. Zbog toga naše će se diode paliti i gasiti postepeno, odnosno uz „fade“ efekt. Brzinu paljenja, odnosno gašenja naših rasvjetnih tijela možemo odrediti po želji.

Drugi dio sustava odnosi se na detekciju pokreta. Ovaj podsustav je prvenstveno funkcionalan i služi lakšem prilaženju našoj inteligentnoj kući. On će pomoću senzora pokreta promatrati dolazi li auto na prilaz, te ovisno o toj činjenici upaliti svjetla na prilazu. Naravno, osim senzora pokreta potreban nam je i detektor svjetlosti, kako nam se preko dana svjetla ne bi palila te bi se čuvala energija. Kao detektor svjetlosti iskoristit ćemo onaj napravljen u podsustavu za upravljanje vanjskom rasvjetom u ovisnosti o izlasku/zalasku sunca. Kod senzora pokreta treba obratiti pažnju na to da se ne uključuje kada vidi „lažni automobil“, odnosno kada detektira prisutnost kućnih ljubimaca i slično. Senzor pokreta izveden je pomoću para infracrvene diode te fototranzisora. Princip rada tog senzora relativno je jednostavan: IC dioda emitira IC valove koje zatim fototranzistor prima. Prekine li se zraka svjetlosti meñu njima znači da je došlo do pokreta izmeñu njih. Dodatna mogućnost ovog

Vanjska rasvjeta

5

sustava jest da se, nakon što se svjetla na prilazu ugase nakon odreñenog vemena, uključi žarulja na ulazu u garažu ili ulazu u kuću, kako bi cijeli potreban put bio osvjetljen.

Podsustav vanjske rasvjete može biti u interakciji sa sustavom za zaštitu od ljudi i nepogoda, jer vanjsko osvjetljenje može sačuvati kuću od eventualnih provalnika, ali takoñer i učiniti kuću lako uočljivom za vatrogasce ili hitnu pomoć. Komunikacije s ukućanima neće biti, osim u vidu odreñivanja razine svjetlosti. Inače je podsustav autonoman, ovisan samo o senzoru.

Vanjska rasvjeta

6

3. Realizacija sustava vanjske rasvjete

Kao što je već rečeno, sustav vanjske rasvjete sastoji se od dvije cjeline. Budući da je podsustav sa senzorom kretanja dijelom ovisan o podsustavu sa senzorom osvjetljenja, prvo ćemo opisati sustav sa senzorom osvjetljenja.

3.1.1. Senzor osvjetljenja

Kao senzor osvjetljenja koristimo fotootpornik, čija shema spajanja

je dana na slici 1. U seriju s fotootpornikom spajamo otpornik od 1 kΩ čiji drugi kraj spajamo na analognu masu. Drugi kraj fotootpornika spajamo na 5 V. Informaciju sa senzora primamo preko analognog pina 2. Ovisno o intezitetu svjetlosti koja pada na fotootpornik, dobivamo informaciju je li dan ili mrak te po potrebi palimo vanjsku rasvjetu. Za potrebe ovog projekta simulaciju vanjske rasvjete prikazat ćemo pomoću 3 žute LE diode. U seriju sa svakom od dioda spajamo otpornik od 200 Ω, a drugi kraj otpornika spajamo na digitalni pin 9, 10 te 11 Arduino Duemilanove mikrokontrolera. Katode LE dioda spajamo na digitalni ground.

Pinovi 9, 10 i 11 koriste se zbog mogućnosti PWM (pulse width modulation), odnosno simulacije napona koji se mijenja izmeñu stanja kada signal ima najvišu vrijednost (5 V) i stanja kada signal ima minimalnu vrijednost (0 V). Ta promjena ostvaruje se tako d se mijenja dio vremena kada ima signala (širina pulsa) i vrijeme kada nema signala. Modulacijom širine pulsa dobivamo različite analogne vrijednosti. To smo iskoristili tako što smo dodali i „fade“ efekt u naš projekt, odnosno mogućnost da nam se diode uključuju polagano od najmanjeg prema najvećem intezitetu, a tako se i isključuju. Programski je moguće namjestiti brzinu uključivanja/isključivanja.

Vanjska rasvjeta

7

Slika 1. Spajanje fotootpornika

3.1.2. Senzor pokreta

Za senzor pokreta korišten je par infracrvena dioda i fototranzistor, čiji način spajanja je prikazan na slici 2. Kod odabira fototranzistora i infracrvene diode pažnju treba usmjeriti na to da budu približno istih valnih duljina. Dodatno, infracrvene diode trebaju biti uskokutne, odnosno „pucati“ zraku svjetlosti prema fototranzistoru.

Budući da nam je senzor pokreta važan kako bi registrirali automobil koji dolazi na prilaz te osvjetlili put do kuće, bitno je obratiti pozornost na nekoliko stvari. Prvo, senzor treba učiniti relativno neosjetljivim na prolaske životinja ili sličnih kratkotrajnih pokreta koji takoñer mogu uzrokovati prekid puta zrake izmeñu odašiljača i prijemnika. Drugo, preko dana sustav ne bi smio paliti vanjsku rasvjetu kako bi bio ekonomičan. Takoñer, treba razlikovati ulazi li ili izlazi automobil s prilaza, kako se rasvjeta ne bi uključivala kada automobil izlazi iz dvorišta. Neke od tih problema riješili smo elektronički, a neke programski.

Kao što se može vidjeti na slici 2, anoda infracrvene LED diode spojena je preko 200 Ω na 5 V, dok je katoda spojena na masu. Fototranzistor je na 5 V spojen preko 10 kΩ, a drugim krajem na masu. Izlaze s fototranzistora dobivamo na digitalnim pinovima 3 i 4. Za simulaciju rasvjete koriste se 4 crvene LED diode koje spajamo na digitalne pinove 5, 6, 7 i 8 na već opisan način. Kako bi senzor učinili relativno neosjetljivim na kratkotrajne podražaje, vršimo dvostruko očitavanje stanja senzora i ako je dva puta za redom isto očitanje, pokret je detektiran. Za razlikovanje svjetlo/noć koristimo fotootpornik spojen na analogni pin 2, kao što je opisano u prethodnom poglavlju. Konačno, kako

Vanjska rasvjeta

8

bi mogli razlikovati smjer dolaska automobila, koristimo 2 para IC diode i fototranzistora, a raspoznavanje smjera izvedeno je programski. Nakon što je automobil detektiran, a vani je mrak, uključit će se svjetla na prilazu i ostati uključena odreñeno, po želji namješteno, vrijeme.

Slika 2. Spajanje IR diode i fototranzistora

Vanjska rasvjeta

9

4. Programski kod

U ovom poglavlju opisan je korišteni kod.

//žute LED-ice int ledPin9 = 9; //pinovi 9,10,11- pwm - spajam žute LED int ledPin10 = 10; int ledPin11 = 11; // fotootpornik int fotoPin = 2; // Fotootpornik s pojen na analogni pin 2 int fotoVal = 0; // o čitanje fotootpornika int ledLit = 0; // define boolean //senzor pokreta int icrvPin = 4; //spajam fototran zistor icrvVal1 = 0; //prva o čitana vrijednost int icrvVal = 0; //druga o čitana vrijednost int icrvPin2 = 3; //spajam drugi s enzor int icrvVal2 = 0; //o čitavam vrijednost drugog senzora //izlazi - 4 crvene ledice int ledPin5 = 5; //crvene ledice – rasvjeta do prilaza int ledPin6 = 6; int ledPin7 = 7; int ledPin8 = 8; void setup() Serial.begin(9600); //za ispis na seriju pinMode(ledPin9, OUTPUT); // postavlja pin ove kao izlazne pinMode(ledPin10, OUTPUT); pinMode(ledPin11, OUTPUT); pinMode(fotoPin, INPUT); // analogni pin kao ulaz pinMode(ledPin5, OUTPUT); // postavlja pin ove kao izlazne pinMode(ledPin6, OUTPUT); pinMode(ledPin7, OUTPUT); pinMode(ledPin8, OUTPUT); pinMode(icrvPin, INPUT); // digitalni pin kao ulaz pinMode(icrvPin2, INPUT); void loop() fotoVal = analogRead(fotoPin); // čitaj vrijednost s fotootpornika //Serial.println(fotoVal); //ispiši vrijedn ost na seriju if (fotoVal < 500 and ledLit == 0) // mrak & led ugašena fadeLed(1); //uklju či led else if (fotoVal > 500 and ledLit == 1) // svjet lo i led upaljena fadeLed(0); // ugasi ledicu

Vanjska rasvjeta

10

//Serial.println(digitalRead(4)); //delay(100); icrvVal1 = digitalRead(icrvPin); //pro čitaj vrijednost fototranzistora delay(3000); icrvVal = digitalRead(icrvPin); //ponovno pro čitaj vrijednost

if (icrvVal1 == icrvVal) //jednake uzastopn e vrijednosti if (icrvVal==1 and fotoVal==0) //ako ima pokret a i ako je mrak digitalWrite(ledPin5, HIGH); digitalWrite(ledPin6, HIGH); digitalWrite(ledPin7, HIGH); digitalWrite(ledPin8, HIGH); //pali ledice delay(20000); //drži ih uklju čene 20 sekundi digitalWrite(ledPin5, LOW); digitalWrite(ledPin6, LOW); digitalWrite(ledPin7, LOW); digitalWrite(ledPin8, LOW); //gasi ledice else digitalWrite(ledPin5, LOW); digitalWrite(ledPin6, LOW); digitalWrite(ledPin7, LOW); digitalWrite(ledPin8, LOW); //gasi ledice

void fadeLed(int x) // pali/gasi LED if (x == 1) for (int i=0; i <= 255; i++) //“fade“ efek t analogWrite(ledPin9, i); analogWrite(ledPin10, i); analogWrite(ledPin11, i); delay(20); ledLit = 1; // ledica j e uklju čena else //gašenje l edica for (int i=254; i >= 0; i--) analogWrite(ledPin9, i); analogWrite(ledPin10, i); analogWrite(ledPin11, i); delay(10); ledLit = 0; // ledice ugašene

Vanjska rasvjeta

11

5. Zaključak

U ovom radu prikazane su samo neke od mogućnosti vanjske rasvjete, gdje su rasvjetna tijela simulirana pomoću LED dioda. U stvarnom životu LED diode ne predstavljaju nikakvo ograničenje, već je paleta mogućih rasvjetnih tijela zaista raznolika. Kao što je prikazano i u sustavu unutarnje rasvjete, tako se i u vanjskoj rasvjeti može koristiti PIR senzor za detekciju pokreta ljudi, te se modificirati prvi dio podsustava da se pali kako ljudi prolaze, a ne samo u ovisnosti o vanjskom osvjetljenju.

Što se tiče senzora pokreta, njegovo ograničenje jest udaljenost na kojoj će ispravno raditi. Ovako spojen trebao bi raditi do otprilike deset centimetara udaljenosti, za veće udaljenosti potrebni su veći i jači signali.

Vanjska rasvjeta

12

6. Literatura

[1] Arduino,

URL: http://www.arduino.cc/

[2] Measure Light Intensity using Light Dependent Resistor (LDR), 2008.

URL: http://www.emant.com/316002.page

[3] URL:http://protolab.pbworks.com/TutorialSensors

[4] URL:http://protolab.pbworks.com/TutorialSensors

[5] URL:http://www.ladyada.net/learn/arduino/lesson3.html

[6] Analogni ulazi/izlazi,

URL:http://todbot.com/blog/wp- content/uploads/2006/10/arduino_spooky_projects_class2.pdf

Vanjska rasvjeta

13

7. Pojmovnik

Pojam Kratko objašnjenje Više informacija potražite na

fotootpornik Otpornici kod kojih se povećanjem inteziteta osvjetljenja smanjuje otpor

hhttp://sr.wikipedia.org/sr-el/%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE-%D0%BE%D1%82%D0%BF%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%BA

foto-tranzistor Tranzistor čija je kolektorska struja ovisna o upadnoj svjetlosti

http://hr.wikipedia.org/wiki/Tranzistor#Fototranzistor

IC dioda Dioda koja isijava svjetlost valne duljine oko 650 nm

http://hr.wikipedia.org/wiki/Dioda#Svjetle.C4.87a_dioda_.28LED.29

foto-dioda Poluvodička komponenta koja pretvara svjetlosnu energiju u električnu

http://hr.wikipedia.org/wiki/Fotodioda

„fade“ efekt Isčezavanje svjetlosti

http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Fading

Arduino Duemilanove

Arduino mikrokontroler

http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDuemilanove