Διακόπτης με φωτοαντίσταση με χρήση Arduino

Κατασκευάζουμε έναν διπλό διακόπτη που ενεργοποιείται με φως, με την βοήθεια του Arduino.  Δείτε ποιος είναι ο τρόπος να κατασκευαστεί ένας διακόπτης με φωτοαντίσταση για 230V με τη βοήθεια του arduino ο οποίος μπορεί να ανάβει λάμπες, να ενεργοποιεί αντλίες ποτίσματος ακόμα και το μοτέρ της γκαραζόπορτας.

Το βίντεο παρουσιάζει πως μπορεί να κατασκευαστεί ένας διπλός διακόπτης 230V με χρήση arduino ο οποίος θα αλλάζει κατάσταση με μία φωτοαντίσταση.

Διαθέσιμοι αισθητήρες

Θα φτιάξουμε έναν διπλό διακόπτη για να ενεργοποιούμε ένα κύκλωμα 230V με χρήση arduino + φωτοαντίσταση. Αυτό, προϋποθέτει την δημιουργία ενός αυτόματου διακόπτη. Ένας αυτόματος διακόπτης είναι πάντα χρήσιμος αλλά χρειάζεται και αισθητήρες για τον αυτοματισμό του. Οι αισθητήρες που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να δημιουργήσουμε έναν αυτοματισμό είναι πολλοί. Επιγραμματικά αναφέρουμε:

• Αισθητήρες θερμοκρασίας
• Αισθητήρες κίνησης
• Αισθητήρες φωτός
• Αισθητήρες αερίου
• Αισθητήρες υγρασίας
• Αισθητήρες απόστασης

Όπως βλέπετε έχουμε πολλές λύσεις με τις οποίες μπορούμε να δουλέψουμε και να δημιουργήσουμε τον δικό μας αυτοματισμό. Αυτό που θα εξετάσουμε και θα σας παρουσιάσουμε είναι ένας αυτοματισμός όπου θα φτιάξουμε έναν διακόπτη 230v ο οποίος θα ανοίγει και θα κλείνει αυτόματα ανάλογα με το φως περιβάλλοντος (φυσικό ή τεχνητό φως).

Υλικά

• Arduino Mega 2560 ή οποιαδήποτε άλλη έκδοση
• LDR (Light Dependant Resistor ή φωτοαντίσταση)\
• Relay NO-NC 10A 230V (ρελέ ή ηλεκτρονόμος 2 επαφών ανοιχτή-κλειστή)
• Αντίσταση 100K

Το κύκλωμα

Το κύκλωμα που υλοποιεί το project όπως δημιουργήθηκε στην εφαρμογή Fritzing (κάποτε ήταν δωρεάν για λήψη, τώρα δωρεάν είναι μόνο ο πηγαίος κώδικας, για την λήψη του χρειάζεται ένα ποσό για το αποκτήσετε).

Φωτοαντίσταση και ιδιότητες (LDR)

Τι είναι η φωτοαντίσταση;

Η φωτοαντίσταση ( LDR, ή φωτοκύτταρο) είναι μια μεταβλητή αντίσταση ελεγχόμενη από το φως. Η τιμή της αντίστασης μίας φωτοαντίστασης μειώνεται με την αύξηση της έντασης του προσπίπτοντος φωτός. Με άλλα λόγια, επιδεικνύει φωτοαγωγιμότητα. Είναι κατασκευασμένη από ένα υψηλής αντοχής υλικό ημιαγωγού. Στο σκοτάδι, μια φωτοαντίσταση μπορεί να έχει μια υψηλή αντίσταση της τάξης αρκετών megohms (ΜΩ), ενώ στο φως, μια φωτοαντίσταση μπορεί να έχει μια αντίσταση της τάξης μερικών εκατοντάδων ohms.

Αν το φως που προσπίπτει σε μια φωτοαντίσταση υπερβαίνει μια ορισμένη συχνότητα, τα φωτόνια απορροφούνται από τον ημιαγωγό και τα δεσμευμένα ηλεκτρόνια δίνουν αρκετή ενέργεια για να μεταβεί στη ζώνη αγωγιμότητας.

Τα προκύπτοντα ελεύθερα ηλεκτρόνια άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα(το αφήνουν να περάσει...), μειώνοντας έτσι την αντίσταση. Μεταξύ διαφόρων τύπων φωτοαντιστάσεων συναντούμε διαφορές στην ευαισθησία αλλά και στο εύρος τιμών αντίστασης που μπορεί να έχουν.

Αρκετά σημαντικό ρόλο παίζει και το μήκος κύματος φωτός που προσπίπτει επάνω στην επιφάνεια της φωτοαντίστασης. Όταν υπάρχει φως η αντίσταση είναι μικρή. Όταν υπάρχει σκοτάδι η αντίσταση είναι μεγάλη.

Διαιρέτης τάσης

Τι είναι ο διαιρέτης τάσης

Ο διαιρέτης τάσης ή διαιρέτης δυναμικού είναι μία απλή κυκλωματική διάταξη η οποία αποτελείται από δύο αντιστάτες συνδεδεμένους εν σειρά, στα άκρα των οποίων εφαρμόζεται η τάση εισόδου. Ως τάση εξόδου λαμβάνεται η διαφορά δυναμικού ανάμεσα στους ακροδέκτες της μίας εκ των δύο αντιστάσεων. Οι τιμές που μπορεί να πάρει η τάση εξόδου κυμαίνονται από το 0 έως την τάση εισόδου.

Στο κύκλωμά μας χρησιμοποιούμε διαιρέτη τάσης γιατί θέλουμε στην αναλογική είσοδο να πάρουμε μία τιμή από 0 έως 5v max. Και εφ' όσον ο διαιρέτης στην έξοδο έχει από 0 έως τάση εισόδου είναι κατάλληλος να εξυπηρετήσει το σκοπό μας.

Στο παρακάτω σχέδιο φαίνεται το σχήμα που υλοποιεί έναν διαιρέτη τάσης.

Vin(τάση εισόδου) = 5v

R1 = 100Κω

R2= LDR (φωτοαντίσταση)

ενώ το καλώδιο Vout οδηγείται στην αναλογική είσοδο του arduino A0

Αναφορικά να πούμε ότι το ρεύμα κυκλώματος είναι:

I = Vin / (R1+R2)

Και η τάση εξόδου

Vout=I*R2 = R2/(R1+R1)*Vin

με βάση τα παραπάνω που έχουμε πει όσο θα μειώνεται το φως που προσπίπτει στην φωτοαντίσταση τόσο θα μεγαλώνει η τιμή της άρα θα μειώνεται η τάση εξόδου και γι αυτό το λόγο όπως είδατε ή θα δείτε στο βίντεο η τιμή της αναλογικής εισόδου μειώνεται όταν δεν υπάρχει έντονος φωτισμός.

Κύκλωμα 230V

Προσοχή! υπάρχει κίνδυνος ηλεκτροπληξίας! αν δεν έχετε ηλεκτρολογικές γνώσεις και δεν είστε αδειούχος ηλεκτρολόγος, σας παρακαλώ μην δοκιμάσετε κάτι τέτοιο. Μπορείτε να κάνετε την άσκηση και χωρίς το μέρος των 230V

Για να ανάψουμε μία λάμπα 230V χρειαζόμαστε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος από το δίκτυο της ΔΕΗ. δείτε στο παρακάτω σχέδιο πως μπορεί να εμπλουτιστεί το κύκλωμά μας ώστε να ανάβει η λάμπα αυτόματα όταν πέφτει το σκοτάδι.

Κώδικας arduino

int timiFotos = 0; // edo apothikeuoume tin metavliti pou dexetai apo ton diaireti tasis
int pinAisthitira = A0; // analogiki eisodos pou einai i exodos tou diaireti tasis
int ledPin = 3; //to pin opou tha sindethei to sima gia to relay
void setup() {
  Serial.begin(9600); //Epikoinonia seiriakis thiras
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  timiFotos = analogRead(pinAisthitira); // diavase tin timi apo tin analogiki eisodo
  Serial.println(timiFotos); //tipose stin seiriaki tin timi
  if (timiFotos==400) {
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
  if (timiFotos==400) {
    digitalWrite(ledPin,HIGH);
  }
}