خانه مجله برقام جدید ترین مطالب خانه هوشمند

 

بخش ۱ — مبانی علمی HCL که باید بدانید

۱) لوکس (lx) و روشنایی صحنه: شدت نور روی سطح کار/چشم. برای مطالعه ۵۰۰ lx در سطح میز، برای اتاق نشیمن ۱۵۰–۳۰۰ lx روی افق دید کافی است.
۲) دمای رنگ هم‌بسته (CCT): بر حسب کلوین. نور گرم (۲۷۰۰K) آرام‌بخش، نور سرد (۵۰۰۰–۶۵۰۰K) برای فعالیت و هوشیاری مناسب‌تر است.
۳) شاخص نمود رنگ (CRI) و TM-30: CRI≥90 برای فضاهای مسکونی باکیفیت توصیه می‌شود. TM-30 (Rf/Rg) درک دقیق‌تری از وفاداری و غنای رنگ می‌دهد.
۴) خیرگی (UGR): چیدمان و زوایای چراغ‌ها باید طوری باشد که UGR پایین بماند تا چشم خسته نشود.
۵) سوسوزدن (Flicker): ترجیح فرکانس PWM ≥۱ kHz و استفاده از درایورهای با موج خروجی پایدار برای کاهش خستگی چشم.
۶) ریتم شبانه‌روزی: صبح‌ها نور سردتر و شدیدتر برای «بیدار کردن» بدن، عصرها نور گرم‌تر و ملایم‌تر برای آماده‌سازی خواب.

بخش ۲ — مقادیر هدف پیشنهادی برای فضاهای مختلف

اعداد زیر برای خانه‌های آپارتمانی مدرن پیشنهاد می‌شوند. بسته به متراژ و رنگ سطوح قابل تعدیل‌اند.

• اتاق کار/مطالعه: ۵۰۰–۷۵۰ lx روی میز، CCT روز ۴۰۰۰–۵۰۰۰K، عصر ۳۰۰۰–۳۵۰۰K

• نشیمن: ۱۵۰–۳۰۰ lx عمومی + ۳۰۰–۵۰۰ lx تأکیدی (استند/وال‌واشر)، روز ۳۵۰۰–۴۰۰۰K، عصر ۲۷۰۰–۳۰۰۰K

• آشپزخانه: ۳۰۰–۵۰۰ lx روی کانتر، روز ۴۰۰۰–۵۰۰۰K، شب ۳۰۰۰–۳۵۰۰K

• اتاق خواب: عمومی ۷۵–۱۵۰ lx + شب‌نور ۱–۵ lx، عصر/شب ۲۷۰۰K یا پایین‌تر

• سرویس بهداشتی: ۲۰۰–۳۰۰ lx عمومی، آینه ۵۰۰ lx، ۳۵۰۰–۴۰۰0K

• راهرو/پله: ۵۰–۱۵۰ lx با حسگر حضور، شب‌نور ۱–۵ lx

---

بخش ۳ — فرآیند طراحی در ۷ گام

گام ۱: تحلیل فضا و فعالیت‌ها
کاربری هر اتاق، رنگ دیوار/کف/سقف، و ورود نور طبیعی را ثبت کنید. سطوح روشن‌تر لوکس معادل بیشتری می‌دهند.

گام ۲: تعیین اهداف HCL
برای هر فضا «صحنه‌های روز/عصر/شب» و «سناریوهای فعالیت» (تمرکز، استراحت، فیلم، بیدارباش) را بنویسید.

گام ۳: انتخاب منابع نوری

• LED با CRI≥90، بازده مناسب (lm/W)، و قابلیت tunable white (دو کانال گرم/سرد).

• درایور قابل دیمر (ترجیحاً PWM یا DT-8 برای تون وایت).

• محدودکردن خیرگی: انتخاب زاویه پخش و عمق رفلکتور.

گام ۴: چیدمان و محاسبه تقریبی
برای فضاهای مربعی، نور عمومی از سقف به‌صورت شبکه‌ای با گام ۱ تا ۱.۵ برابر ارتفاع نصب از سطح کار. نور تأکیدی نزدیک سطوح عمودی برای افزایش احساس روشنایی.

گام ۵: انتخاب پروتکل و توپولوژی کنترل

• کم‌ولتاژ ۲۴V برای ایمنی و انعطاف (نواری‌های LED).

• کنترل بی‌سیم (Zigbee/Thread) یا باس باسیم (مثل DALI-2) بر اساس پروژه.

• سنسورها: حضور (PIR/مایکروویو)، نورمحیط، دما.

گام ۶: سناریونویسی و اتوماسیون

• «Day Boost»: ۰۸:۳۰–۱۱:۳۰، ۴۰۰۰–۴۵۰۰K، ۳۰۰–۴۰۰ lx

• «Evening Wind-down»: ۱۹:۳۰–۲۲:۳۰، ۲۷۰۰–۳۰۰۰K، ۷۵–۱۵۰ lx

• «Night Path»: حسگر حضور، ۱–۵ lx، ۲۲۰۰–۲۷۰۰K

گام ۷: تست، کالیبراسیون و تحویل
سطح لوکس را با یک لایت‌متر ساده بررسی کنید، صحنه‌ها را اصلاح و ذخیره کنید. برای هر اتاق «بای‌پس دستی» بگذارید.

---

بخش ۴ — انتخاب معماری کنترل: بی‌سیم یا باس؟

بی‌سیم (Zigbee/Thread با روتر/هاب): نصب سریع، توسعه‌پذیر، مناسب بازسازی آپارتمان. به منبع تغذیه مطمئن برای نوارها و تکرارکننده‌ها نیاز دارد.
باس باسیم (مثل DALI-2): پایدار برای پروژه‌های بزرگ، آدرس‌دهی و دیمر دقیق، کابل‌کشی اولیه بیشتر، اما نگهداری آسان.
Matter به‌عنوان لایه همگرایی: برای یکپارچگی با اکوسیستم‌های مختلف (iOS/Android)، هم در بی‌سیم‌های Thread/Zigbee و هم در گیت‌وی‌ها کارآمد است.

---

بخش ۵ — برق‌کشی کم‌ولتاژ ۲۴V و افت ولتاژ

برای نوارهای LED ۲۴V:

• جریان کل = توان کل / ۲۴.

• برای افت ولتاژ کمتر از ~۳٪، مسیرهای طولانی را «تزریق دوطرفه» کنید یا از مقطع کابل بالاتر استفاده کنید.

• فرمول ساده افت: ΔV ≈ I × R (رفت‌وبرگشت را در R لحاظ کنید). کابل ضخیم‌تر و طول کوتاه‌تر، افت را کاهش می‌دهد.

• تغذیه‌های سوئیچینگ با توان رزرو ۲۰–۳۰٪ انتخاب شوند (مثلاً بار ۸۰W ⇒ منبع ۱۰۰W).

---

بخش ۶ — ایمنی و دوام

• SELV: همه مدارهای کاربر در ۲۴V امن باقی بمانند؛ منبع تغذیه ۲۲۰V حتماً دارای استاندارد ایمنی و زمین مناسب باشد.

• فیوز یا محافظ جریان برای هر خط خروجی پرمصرف.

• تهویه مناسب برای منبع تغذیه و هیت‌سینک برای پروفیل‌های آلومینیومی نوار LED.

• IP مناسب در فضاهای مرطوب (حمام/آشپزخانه).

• بای‌پس دستی برای مواقع قطع شبکه یا هاب.

---

بخش ۷ — پروژه عملی: کنترلر HCL کم‌ولتاژ با ESP32

هدف: ساخت یک کنترلر دوکاناله (سرد/گرم) برای «تون وایت» + سنسور حضور + سنسور نورمحیط + زمان‌بندی روز/عصر/شب.
ولتاژ کاری: ۲۴V DC (ایمن و مناسب نصب خانگی).

قطعات پیشنهادی (نمونه):

• برد ESP32 (نسخه رایج DEVKIT)

• دو MOSFET منطق‌سطحی (مثلاً IRLZ44N یا معادل) + دیود هر خروجی برای حفاظت

• نوار LED ۲۴V: یک ریل ۲۷۰۰K و یک ریل ۶۵۰۰K (CRI≥90)

• منبع تغذیه ۲۴V با توان کافی (رزرو ۳۰٪)

• سنسور نور محیط BH1750 (I2C)

• سنسور حضور PIR (خروجی دیجیتال)

• یک یا دو کلید فشاری کم‌ولتاژ برای بای‌پس دستی و تغییر صحنه

• رگولاتور DC-DC ۲۴→۵V (برای ESP32 و سنسورها)

• سیم مناسب (مثلاً مسی ۲×۱.۵ برای شاخه‌های پرمصرف کوتاه و ۲×۰.۷۵ برای شاخه‌های سبک)، فیوز خطی کوچک

سیم‌کشی خلاصه:

• ۲۴V به نوارها از طریق MOSFET (سوییچ در سمت زمین—N-MOSFET).

• GND همه قطعات مشترک.

• BH1750 روی I2C ESP32 (SCL/SDA).

• PIR به یک GPIO دیجیتال، با Pull-up مناسب.

• کلید فشاری به GPIO با Pull-up داخلی، اتصال به زمین هنگام فشردن.

منطق نرم‌افزار (MicroPython یا Arduino):

• حلقه زمان‌بندی سه صحنه «Day / Evening / Night».

• تبدیل «CCT هدف + سطح روشنایی» به نسبت اختلاط کانال سرد/گرم:

  • نسبت سرد = (CCT_target − CCT_warm) / (CCT_cool − CCT_warm)

  • نسبت گرم = ۱ − نسبت سرد

• کنترل PWM با فرکانس ≥۱ kHz، فیلتر نرم (EMA) برای جلوگیری از جهش نور.

• سنسور حضور: اگر کسی نبود، به تدریج نور به حالت کمینه/خاموش برود.

• سنسور نورمحیط: اگر روز روشن است، سطح LED کمتر شود تا صرفه‌جویی شود.

• کلید دستی: چرخه بین صحنه‌ها یا دیمر سریع، با زمان‌بندی ضد تداخل.

کالیبراسیون ساده:

• با یک لایت‌متر (یا اپ گوشی به‌صورت تقریبی) در سه حالت، ضرایب «brightness→لوکس» را برای اتاق خودتان ثبت و در کد تنظیم کنید.

• نسبت اختلاط را با نمونه‌های سفید کاغذ در نور سرد/گرم تست کنید تا رنگ پوست و متریال اتاق طبیعی به نظر برسد.

سناریوهای آماده:

• Focus (روز): ۴۰۰۰–۴۵۰۰K، روشنایی متوسط رو به بالا

• Relax (عصر): ۲۸۰۰–۳۲۰۰K، روشنایی ملایم

• Movie: ۲۷۰۰K، روشنایی بسیار پایین + وال‌واشرهای جانبی

• Night-Path: ۲۲۰۰–۲۷۰۰K، ۱–۵ lx با حسگر حضور

---

بخش ۸ — نمونه شبه‌کد (MicroPython) برای هسته کنترل

این فقط اسکلت منطقی است؛ پایه‌ها و ضرایب را مطابق سخت‌افزارتان تنظیم کنید.

 

# اسکلت منطقی کنترل HCL با ESP32 (MicroPython)
from machine import Pin, PWM, I2C
import time

# --- تنظیمات ---
PWM_FREQ = 1200
MAX_DUTY = 65535
CCT_WARM, CCT_COOL = 2700, 6500
DAY = {'cct': 4200, 'level': 0.75}
EVE = {'cct': 3000, 'level': 0.35}
NIGHT = {'cct': 2500, 'level': 0.05}

# --- سخت‌افزار ---
warm_pwm = PWM(Pin(18), freq=PWM_FREQ)
cool_pwm = PWM(Pin(19), freq=PWM_FREQ)
pir = Pin(23, Pin.IN) # سنسور حضور
btn = Pin(13, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

# سنسور نور محیط (در صورت استفاده)
i2c = I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21))
# (کد خواندن BH1750 را در عمل اضافه کنید)

scene = 'DAY'
last_btn = 1
ema_warm = 0
ema_cool = 0

def choose_scene(hour):
if 8 <= hour < 18:
return 'DAY'
elif 18 <= hour < 23:
return 'EVE'
else:
return 'NIGHT'

def mix_to_pwm(cct, level):
ratio_cool = max(0, min(1, (cct - CCT_WARM) / (CCT_COOL - CCT_WARM)))
ratio_warm = 1 - ratio_cool
warm = int(MAX_DUTY* level* ratio_warm)
cool = int(MAX_DUTY* level* ratio_cool)
return warm, cool

def apply_pwm(warm_target, cool_target, alpha=0.2):
global ema_warm, ema_cool
ema_warm = int(ema_warm + alpha*(warm_target - ema_warm))
ema_cool = int(ema_cool + alpha*(cool_target - ema_cool))
warm_pwm.duty_u16(ema_warm)
cool_pwm.duty_u16(ema_cool)

while True:
hour = (time.localtime()[3]) # ساده؛ در عمل NTP/RTC پیشنهاد می‌شود
scene = choose_scene(hour)

params = DAY if scene == 'DAY' else EVE if scene == 'EVE' else NIGHT
cct, level = params['cct'], params['level']

# حضور: اگر حضور نیست، سطح را کاهش بده
if pir.value() == 0 and scene!= 'NIGHT':
level*= 0.4

warm_target, cool_target = mix_to_pwm(cct, level)
apply_pwm(warm_target, cool_target)

# تغییر صحنه با دکمه
now_btn = btn.value()
if last_btn == 1 and now_btn == 0:
scene = 'EVE' if scene == 'DAY' else 'NIGHT' if scene == 'EVE' else 'DAY'
last_btn = now_btn

time.sleep(0.2)

نکات نرم‌افزار:

• فرکانس PWM بالاتر از ۱ kHz برای کاهش فلیکر ادراک‌پذیر.

• فیلتر EMA برای ترنزیشن نرم.

• در عمل از NTP/RTC برای ساعت دقیق و از کتابخانه BH1750 برای لوکس واقعی استفاده کنید.

• «حداقل سطح شب» را سخت‌افزاری محدود کنید تا هرگز به صفر مطلق نرسد (ایمنی حرکت شبانه).

---

بخش ۹ — راه‌اندازی، تست و رفع اشکال

• قبل از تحویل: صحنه‌ها را با افراد خانواده مرور کنید؛ عکس‌العمل به رنگ پوست و بافت‌ها را بسنجید.

• اگر نور کافی نیست: تعداد ریل‌ها/توان افزوده یا بازآرایی چیدمان.

• اگر فضا زننده/سرد شد: نسبت سرد را در عصر کم کنید، منابع با CRI بالاتر انتخاب کنید.

• اگر چشم خسته می‌شود: خیرگی را با تغییر زاویه نصب یا افزودن دیفیوزر کاهش دهید، یا سطح عمومی را افزایش و تأکیدی را کمتر کنید.

• نویز یا تداخل رادیویی: زمین مشترک تمیز، سیم برگشتی کوتاه، و فیلتر EMI ساده (RC) در ورودی درایور.

---

بخش ۱۰ — هزینه و توسعه‌پذیری

• یک اتاق (۲ نوار × ۵ متر، منبع ۲۴V مناسب، ESP32، سنسورها، پروفیل آلومینیومی، ریل و اتصالات): معمولاً هزینه متوسط و قابل کنترل دارد.

• توسعه: با اضافه کردن کنترلرهای اتاقی و یک هاب مرکزی می‌توانید صحنه‌های هماهنگ در کل خانه داشته باشید.

• آینده: افزودن «تبعیت از نور روز» از طریق سنسور بیرونی یا ماژول موقعیت خورشید برای هماهنگی دقیق با فصل‌ها.