在本节中，我们将使用Raspberry Pi和Python制作9WATT应急灯。该灯将自动检测交流电源的黑暗和不存在，并在出现电源故障而没有适当的光线时点亮。
尽管有各种应急灯可用，但它们仅用于单一目的，例如我们之前创建的一个简单应急灯电路，仅在电源故障时触发。借助Raspberry Pi，我们可以向其添加各种其他功能，例如在这里，我们添加了LDR以检测各种级别的黑暗。在这里，我们添加了两个级别，当完全黑暗时，灯将以全强度发光，而当出现半黑暗时，灯将以30％的容量发光。因此，在这里，我们将设计这种灯，使其在交流电源关闭且室内的光强度非常低时打开。
所需组件：
在这里，我们使用 带有Raspbian Jessie OS的Raspberry Pi 2 ModelB。前面已经讨论了所有基本的硬件和软件要求，您可以在Raspberry Pi简介和Raspberry PI LED闪烁中查找它，以开始使用，而我们还不需要：
- 1000µF电容器
- 1WATT LED（9个）
- + 12V密封铅酸电池
- 6000-10000mAH移动电源
- + 5V DC适配器
- LM324运算放大器芯片
- 4N25光耦合器
- IRFZ44N MOSFET
- LDR（光敏电阻）
- LED（1个）
- 电阻器：1KΩ（3个），2.2KΩ，4.7KΩ，100Ω（2个），10Ω（9个），10KΩ，100KΩ
- 10KΩ电位器（3个）（所有电阻均为0.25瓦）
描述：
在进入电路连接及其工作之前，我们将了解电路中的组件及其用途：
9瓦LED灯：
该灯由九个1瓦的LED起来。市场上有不同种类的LED，但1WATT LED随处可见。这些LED的工作电压为3.6V，因此我们将其中三个与保护二极管串联连接，以工作在+ 12V的电压下。我们将连接这三个灯条，形成一个9WATT LED灯。我们将相应地使用Raspberry Pi来操作此灯。
LDR（光敏电阻）可检测黑暗：
我们将使用LDR（光敏电阻）来检测房间中的光强度。LDR的电阻随光强度线性变化。该LDR将连接到分压器。这样，我们将具有可变的电压来表示可变的光强度。如果光强为低，则电压输出为高，如果光强为高电压，输出电压将为低。
运算放大器LM324 IC，用于检查LDR输出：
Raspberry Pi没有内部ADC（模数转换器）机制。因此，此设置无法直接连接到Raspberry Pi。我们将使用基于OP-AMP的比较器来检查LDR的电压输出。
在这里，我们使用了 运算放大器LM324，它内部有四个运算放大器，并且在这四个运算放大器中使用了两个。因此，我们的PI将能够在两个级别上检测光强度。根据这些级别，我们将调整LED灯的亮度。当完全黑暗时，灯将以全强度发光，而当一半黑暗时，灯将以30％的容量发光。最后检查Python代码和视频，以正确理解它。在这里，我们在Raspberry Pi中使用PWM概念来控制LED的强度。
Raspberry Pi具有26GPIO，其中一些用于特殊功能。撇开特殊的GPIO，我们有17个GPIO。17个GPIO引脚中的每个引脚都不能承受高于+ 3.3V的电压，因此运算放大器的输出不能高于3.3V。因此，我们选择了 运算放大器LM324，因为该芯片可以在+ 3.3V的电压下工作，并且逻辑输出不超过+ 3.3V。在此处了解有关Raspberry Pi的GPIO引脚的更多信息。还要查看我们的Raspberry Pi教程系列以及一些优秀的IoT项目。
交流至直流适配器以检查交流电源线：
我们将使用交流转直流适配器的出口电压逻辑来检测交流线路状态。尽管有多种检测交流线路状态的方法，但这是最安全，最简单的方法。我们将从适配器获得+ 5V逻辑，然后通过分压器电路将其提供给Raspberry Pi，以将+ 5V高逻辑转换为+ 3.3v HIGH逻辑。请参阅电路图以更好地理解。
移动电源和用于电源的12v铅酸电池：
请记住，Raspberry Pi必须在没有电源的情况下运行，因此我们将使用移动电源（电池组10000mAH）来驱动PI ，并且9WATT LED灯将由+ 12V，7AH密封铅酸电池供电。由于LED灯消耗的功率过多，因此无法通过移动电源为其供电，因此必须使用单独的电源为其供电。
如果您具有高效的+ 12V至+ 5v转换器，则可以通过+ 12V电池为Raspberry Pi供电。通过该转换器，您可以放弃移动电源，并用单个电池为整个电路供电。
电路说明：
Raspberry Pi应急灯的电路图如下：
在这里，我们在LM324 IC内部使用了四分之三的比较器。其中两个将用于检测光强度级别，第三个将用于检测+ 12V电池的低电压级别。
1. OP-AMP1或U1A：该比较器的负极端提供1.2V（调节RV2以获得电压），正极端连接到LDR分压器网络。当阴影落在LDR上时，其内部电阻会增加。随着LDR的内部电阻的上升，OP-AMP1正极端子上的电压降会上升。一旦该电压高于1.2V，OP-AMP1将提供+ 3.3V输出。Raspberry Pi将检测到OP-AMP的HIGH逻辑输出。
2. OP-AMP2或U1B：此比较器的负极端提供2.2V（调节RV3以获取电压），正极端连接到LDR分压器网络。随着落在LDR上的阴影进一步增加，其内部电阻会更高。随着LDR内部电阻的进一步增加，OP-AMP2正极端子上的电压降会增加。一旦该电压高于2.2V，OP-AMP2将提供+ 3.3V输出。 Raspberry Pi将检测到OP-AMP的HIGH逻辑输出。
3. OP-AMP3或U1C： 此OP-AMP将用于检测+ 12v电池组的低电压电平。该比较器的负端提供2.1V（调整RV1以获得电压），正端连接到分压器电路。该分压器将电池电压除以1 / 5.7倍，因此对于12.5V的电池电压，我们在OP-AMP3的正极端子上将获得2.19V的电压。当电池电压低于12.0V时，正极的电压将小于2.1V。因此，在负端为2.1v时，OP-AMP输出变为低电平。因此，当电池电压降到12V以下（在正极端子上低于2.1v）时，运算放大器会下拉输出，Raspberry Pi将检测到该逻辑。
工作说明：
此Raspberry Pi应急灯的全部功能可以描述为：
首先，Raspberry Pi通过感测GPIO23处的逻辑来检测是否存在交流电源，在该处从交流适配器获取+ 3.3V电压。一旦电源关闭，只有检测到此LOW逻辑时，适配器的+ 5V才会关闭，Raspberry Pi才进入下一步，否则PI不会继续进行下一步。此低逻辑仅在交流电源关闭时发生。
下一个PI检查LEAD ACID电池电量是否低。该逻辑由GPIO16的OP-AMP3提供。如果逻辑为低电平，则PI不会继续进行下一步。当电池电压高于+ 12V时，PI进入下一步。
接下来，Raspberry Pi检查房间中的黑暗是否为HIGH，此逻辑由GPIO20的OP-AMP2提供。如果是，PI将提供占空比为99％的PWM（脉冲宽度调制）输出。该PWM信号驱动光耦合器，该光耦合器驱动MOSFET。 MOSFET为9WATT LED设置供电，如图所示。如果没有完全黑暗，则PI移至下一步。在此处了解有关Raspberry Pi中PWM的更多信息。
然后，Raspberry Pi检查房间中的黑暗是否很低，此逻辑由GPIO21的OP-AMP1提供。如果是，PI将提供占空比为30％的PWM（脉冲宽度调制）输出。该PWM信号驱动光耦合器，该光耦合器驱动MOSFET。MOSFET为9WATT LED设置供电，如图所示。如果房间内光线充足，则Raspberry Pi不提供PWM输出，因此LAMP将完全关闭。
因此，要打开此应急灯，两个条件都必须为“真”，这意味着必须关闭交流电源并且房间内必须处于黑暗中。通过查看下面的完整Python代码和视频，您可以清楚地了解。
您可以进一步向此应急灯添加更多有趣的功能和暗度等级。另请检查我们的更多电力电子电路：
- 使用LM338的0-24v 3A可变电源
- 使用LM317的12v电池充电器电路
- 12v DC至220v AC逆变器电路
- 手机充电器电路