An elegant automatic stair lighting (part 1)

In the first part of a new exciting series, an elegant automatic stair lighting for up to a maximum of 16 steps is applied, in which each individual step of the stairs is illuminated one after the other as a running light as soon as one of the two infrared detectors, each individually attached to the top and bottom of the stairs, reports a movement. In addition, each individual staircase is gently dimmed up to the maximum brightness by Means of pWM control and later dimmed down again until extinguished. The time periods during which the stairs remain switched on, or the one step dimmed up or down, is freely adjustable in the sketch at your own discretion. Such a solution already exists commercially (can be seen here in the video in the company).

Today I show how you can build a control similar in function using the Arduino and some external components.

 

We need the following electronic parts for our do-it-yourself stair lighting:

 

Number

Description

Note

2

Pir Module HC-SR501 PIR

Motion sensor

1

PCA9685 16 Channel 12 Bit PWM Driver

 

1

Nano V3

 

1

MB102 Power Supply Adapter

For breadboard setup

up to 16

IRF520 MOS Driver Module 0-24V 5A

Number depending on the number of stairs

1

Power supply for LED/lamps for the steps

Maximum 24 volts

 

The following schematic shows the core control. However, only 2 driver levels of the maximum possible 16 driver levels can be seen. If more driver levels are needed, they are connected as the two drawn. It is important to note that Safety-friendly use of power cables and cables as well as a sufficiently dimensioned power supply. The power supply must be overloaded and can supply all stair level lights and the Arduino with stabilized DC voltage without being overloaded! There is a risk of fire if it is not properly installed and/or operated!

 

We build the circuit for our stairs as follows on a breadboard for testing:

 

Construction on breadboard

 

n next step we adapt the source code of the Arduino to your own needs. The following 3 lines in the code are interesting:

#define Num_Stages 15
#define Delay_Stages 10
#define Delay_ON_to_OFF 5

 

Num_Stages

Defines the number of stairs to be illuminated (maximum 16, counting from 0 to start. Maximum value: 15)

Delay_Stages

Fade period for each stair step -> the smaller the value the greater the period, the slower.

Delay_ON_to_OFF

Period of evaporation by the stairs remaining in the status "on".

 

After we have adjusted the values to our own preferences, the code can be uploaded to the Arduino :

 

 

2019 Tobias Kuch GPL 3.0
#include <Wire.H>

#define PWM_Module_Base_Addr 0x40 10000000b The last bit of the address byte defines the operation to be performed. When set to logical 1 0x41 module 2
selects a read operation while a logical 0 selects a write operation.
#define OE_Pin  8           Pin for Output Enable
#define PIRA_Pin 2
#define PIRB_Pin 3

#define Num_Stages  15
#define Delay_Stages  10
#define Delay_ON_to_OFF  30  Minimum Delay_ON_to_OFF in Seconds

Byte Pwm_Channel = 0;
Int Pwm_Channel_Brightness = 0;

Bool Motion_Trigger_Down_to_Up = False;
Bool On_Delay = False;

interrupt Control
Byte A60telSeconds24 = 0;
Byte Seconds24;

Isr(TIMER1_COMPA_vect)
{   A60telSeconds24++;   If (A60telSeconds24 > 59)   {     A60telSeconds24 = 0;     Seconds24++;     If (Seconds24 > 150)     {       Seconds24 = 0;     }   }
}

Void ISR_PIR_A()
{   Bool PinState = digitalRead(PIRA_Pin);   If (PinState)   {     Motion_Trigger_Down_to_Up = True; PIR A triggered   }
}

Void ISR_PIR_B()
{   Bool PinState = digitalRead(PIRB_Pin);   If (PinState)   {     Motion_Trigger_Down_to_Up = True; PIR B triggered   }
}

Void Init_PWM_Module(Byte PWM_ModuleAddr)
{   pinMode(OE_Pin, Output);   digitalWrite(OE_Pin, High); Active LOW Output Activation Pin (OE).   Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); Initiate data transfer   Wire.Write(0x01);                       Select Mode 2 Register (Command Register)   Wire.Write(0x04);                       Configure Chip: 0x04: dead pole output 0x00: Open drain output.   Wire.endTransmission();                 Stop Communication - Send Stop Bit   Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); Initiate data transfer   Wire.Write(0x00);                      Select Mode 1 Register (Command Register)   Wire.Write(0x10);                      Configure SleepMode   Wire.endTransmission();                Stop Communication - Send Stop Bit   Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); Initiate data transfer   Wire.Write(0xFE);                       Select PRE_SCALE register   Wire.Write(0x03);                       Set Prescaler. The maximum PWM frequency is 1526 Hz if the PRE_SCALEer the operator is set to "0x03h". Standard: 200 Hz   Wire.endTransmission();                 Stop Communication - Send Stop Bit   Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); Initiate data transfer   Wire.Write(0x00);                       Select Mode 1 Register (Command Register)   Wire.Write(0xA1);                       Configure Chip: ERrlaube All Call I2C addresses, use internal clock, / Allow Auto Increment Feature   Wire.endTransmission();                 Stop Communication - Send Stop Bit
}


Void Init_PWM_Outputs(Byte PWM_ModuleAddr)
{   digitalWrite(OE_Pin, High); Active LOW Output Activation Pin (OE).   for ( Int Z = 0; Z < 16 + 1; Z++)   {     Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr);     Wire.Write(Z * 4 + 6);      Select PWM_Channel_ON_L register     Wire.Write(0x00);                     Value for above register     Wire.endTransmission();     Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr);     Wire.Write(Z * 4 + 7);      Select PWM_Channel_ON_H register     Wire.Write(0x00);                     Value for above register     Wire.endTransmission();     Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr);     Wire.Write(Z * 4 + 8);   Select PWM_Channel_OFF_L register     Wire.Write(0x00);        Value for above register     Wire.endTransmission();     Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr);     Wire.Write(Z * 4 + 9);  Select PWM_Channel_OFF_H register     Wire.Write(0x00);             Value for above register     Wire.endTransmission();   }   digitalWrite(OE_Pin, Low); Active LOW Output Activation Pin (OE).
}

Void Setup()
{   Initalization   pinMode(PIRA_Pin, Input);   pinMode(PIRB_Pin, Input);   Serial.Begin(9600);   Wire.Begin(); Initalisia I2C Bus A4 (SDA), A5 (SCL)   Init_PWM_Module(PWM_Module_Base_Addr);   Init_PWM_Outputs(PWM_Module_Base_Addr);   noInterrupts();   attachInterrupt(0, ISR_PIR_A, Change);   attachInterrupt(1, ISR_PIR_B, Change);   TCCR1A = 0x00;   TCCR1B = 0x02;   TCNT1 = 0;      Initialize register with 0   OCR1A =  33353;      Pre-documents Output Compare Register   TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);  Enable Timer Compare Interrupt   Interrupts();
}

Void Down_to_Up_ON()
{   Pwm_Channel = 0;   Pwm_Channel_Brightness = 0;   while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1)   {     Wire.beginTransmission( PWM_Module_Base_Addr);     Wire.Write(Pwm_Channel * 4 + 8);   Select PWM_Channel_0_OFF_L register     Wire.Write((Byte)Pwm_Channel_Brightness & 0xff);        Value for above register     Wire.endTransmission();     Wire.beginTransmission( PWM_Module_Base_Addr);     Wire.Write(Pwm_Channel * 4 + 9);  Select PWM_Channel_0_OFF_H register     Wire.Write((Pwm_Channel_Brightness >> 8));             Value for above register     Wire.endTransmission();     If (Pwm_Channel_Brightness < 4095)     {       Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness + Delay_Stages;       If (Pwm_Channel_Brightness > 4095) {         Pwm_Channel_Brightness = 4095;       }     } else If ( Pwm_Channel < Num_Stages + 1)     {       Pwm_Channel_Brightness = 0;       Delay(200);       Pwm_Channel++;     }   }
}

Void Down_to_Up_OFF()
{   Pwm_Channel = 0;   Pwm_Channel_Brightness = 4095;   while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1)   {     Wire.beginTransmission( PWM_Module_Base_Addr);     Wire.Write(Pwm_Channel * 4 + 8);   Select PWM_Channel_0_OFF_L register     Wire.Write((Byte)Pwm_Channel_Brightness & 0xff);        Value for above register     Wire.endTransmission();     Wire.beginTransmission( PWM_Module_Base_Addr);     Wire.Write(Pwm_Channel * 4 + 9);  Select PWM_Channel_0_OFF_H register     Wire.Write((Pwm_Channel_Brightness >> 8));             Value for above register     Wire.endTransmission();     If (Pwm_Channel_Brightness > 0)     {       Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness - Delay_Stages;       If (Pwm_Channel_Brightness < 0) {         Pwm_Channel_Brightness = 0;       }     } else If ( Pwm_Channel < Num_Stages + 1)     {       Pwm_Channel_Brightness = 4095;       Delay(200);       Pwm_Channel++;     }   }
}

Void Loop() {   If ((Motion_Trigger_Down_to_Up) and !(On_Delay))   {     Seconds24 = 0;     On_Delay = True;     Down_to_Up_ON();     Motion_Trigger_Down_to_Up = False;   }   If ((On_Delay) and  (Seconds24 > Delay_ON_to_OFF))   {     Motion_Trigger_Down_to_Up = False;     On_Delay = False;     Down_to_Up_OFF();   }
}

 

 

I wish you a lot of fun rebuilding this project and until the next part.

 

 

 

 

For arduinoProjects for beginnersSensors

13 comments

Helmut Tack

Helmut Tack

Zunächst, tolles Projekt. Ich habe mich schon an einem Projekt eines anderen Entwicklers heran getraut, aber die von ihm implementierte 220V Abschaltung mit Relais funktioniert nicht wirklich. Irgendwas am Quellcode ist da im Argen. Hilfe, wie so oft, der Fehler sitz vor der Tastatur. Da ich nicht gerne in anderen Codes herumkrame, habe ich mit Freuden dieses Projekt gefunden.
1. Frage : Brauch ich für 10 SDufen 10 PCA9685 16 Kanal 12 Bit PWM Driver oder nur einen?
2. Frage : Kann der Code um eine 220V Stromabschaltung per Relais erweitert werden. Wäre der Sicherheits- un d Umweltgedanke.
Ich werde das Projekt mal umsetzen und sehen, ob ich wieder (wie beim Mitbewerber) die Materialien und die Zeit in die “Tonne kloppe”
Das Projekt ist für einen lieben Menschen gedacht, dessen sehfähigkeit im Dunkeln gleich Null ist. Damit er noch lange sein Schlafzimmer im Obergeschoss des Hauses nutzen kann, will ich eine soche LED Beleuctung implementieren.
Liebe Grüße und schon mal danke für die Antwort, gerne auch per Mail.

Tobias

Tobias

Ich kann Wolfgang nur zustimmen. Bitte beachtet im eigenen Interesse alle Sicherheitsbestimmungen, VDE Bestimmungen, im Text genannte Hinweise und natürlich auf eine sichere und saubere Verlegung der Kabel.

Tobias

Tobias

Ich kann Wolfgang nur zustimmen. Bitte beachtet im eigenen Interesse alle Sicherheitsbestimmungen, VDE Bestimmungen, im Text genannte Hinweise und natürlich auf eine sichere und saubere Verlegung der Kabel.

Wolfgang

Wolfgang

Die Idee finde ich toll und ein Anstoß für das Zusammenwirken von Komponenten (auch für andere Projekte.
Aber:
Das Zusammenwirken von Steuerungen mit Lichtstrom (Netzstrom) ist eine echte Herausforderung, weil in unserer technischen Welt alles diesbezüglich mit Sicherheitsvorschriften geregelt ist, deren Nichtbeachtung fatale Folgen haben kann. In diesem Falle trifft die VDE für Kleinspannungen zu. Damit meine ich nicht die ARDUINO Steuerung sondern die Leistungssteuerung. Deswegen unterstütze ich die Kommentare meiner Vorgänger, die Beleuchtung auf LED im Kleinleistungsbereich (<5W) gegenüber X* max ca.100W vorschlagen. Abgesehen von der Wärmeentwicklung. Bei allen Projekten sollte auch die “Klimaverträglichkeit” mitspielen. Etwas, woran sich die “Maker-Szene” heran tasten sollte.

In einigen Kommentaren war die Aktivierung mit Lichtempfindlichkeit angesprochen: Die PIR Module haben 2 Einstellungen: Pulslänge bei Aktivierung und Umgebungshelligkeit.

Im Rettungsdienst sind wir immer wieder mit Verunglückten konfrontiert, die auf Treppen stürzen. Kabel sind nicht selten dabei ein Grund. Bitte, im eigenen Interesse, wenige Kabel und sichere Verlegung, gerade bei Stiegen und Treppen!

Udo Schulz

Udo Schulz

Es wäre schön, wenn die Lampen , wenn man oben an der Treppe ist, von oben nach unten angehen und wenn man unten ist, von unten nach oben angehen und entsprechend auch ausgehen.

Tobias

Tobias

vielen Dank für die ganze positive Rückmeldung ! Das Projekt kann ganz einfach auch mit LED Streifen ohne Änderung der Schaltung oder des Codes verwendet werden. Einfach an den Ausgang ein LED Streifen hängen, das wars..

Tim

Tim

Hallo
Ich bekomme nur Fehlermeldungen beim Kompilieren.
Arduino: 1.8.10 (Windows 10), Board: “Arduino Nano, ATmega328P”

treppenlicht1:58:16: error: expected primary-expression before ‘,’ token

pinMode(OE_Pin8, OUTPUT); ^

treppenlicht1:59:21: error: expected primary-expression before ‘,’ token

digitalWrite(OE_Pin8, HIGH); // Active LOW-Ausgangsaktivierungs-Pin (OE). ^

C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino: In function ‘void Init_PWM_Outputs(byte)’:

treppenlicht1:81:21: error: expected primary-expression before ‘,’ token

digitalWrite(OE_Pin8, HIGH); // Active LOW-Ausgangsaktivierungs-Pin (OE). ^

treppenlicht1:101:21: error: expected primary-expression before ‘,’ token

digitalWrite(OE_Pin8, LOW); // Active LOW-Ausgangsaktivierungs-Pin (OE). ^

C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino: In function ‘void Down_to_Up_ON()’:

treppenlicht1:128:22: error: ‘Num_Stages’ was not declared in this scope

while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1) ^~~~~~~~~~

C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino:128:22: note: suggested alternative: ‘Num_Stages15’

while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1) ^~~~~~~~~~ Num_Stages15

treppenlicht1:140:51: error: ‘Delay_Stages’ was not declared in this scope

Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness + Delay_Stages; ^~~~~~~~~~~~

C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino:140:51: note: suggested alternative: ‘Delay_Stages10’

Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness + Delay_Stages; ^~~~~~~~~~~~ Delay_Stages10

C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino: In function ‘void Down_to_Up_OFF()’:

treppenlicht1:158:22: error: ‘Num_Stages’ was not declared in this scope

while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1) ^~~~~~~~~~

C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino:158:22: note: suggested alternative: ‘Num_Stages15’

while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1) ^~~~~~~~~~ Num_Stages15

treppenlicht1:170:51: error: ‘Delay_Stages’ was not declared in this scope

Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness – Delay_Stages; ^~~~~~~~~~~~

C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino:170:51: note: suggested alternative: ‘Delay_Stages10’

Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness – Delay_Stages; ^~~~~~~~~~~~ Delay_Stages10

C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino: In function ‘void loop()’:

treppenlicht1:192:32: error: ‘Delay_ON_to_OFF’ was not declared in this scope

if ((On_Delay) and(Seconds24 > Delay_ON_to_OFF)) ^~~~~~~~~~~~~~~

C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino:192:32: note: suggested alternative: ‘Delay_ON_to_OFF30’

if ((On_Delay) and(Seconds24 > Delay_ON_to_OFF)) ^~~~~~~~~~~~~~~ Delay_ON_to_OFF30

Mehrere Bibliotheken wurden für “Wire.h” gefunden
Benutzt:
expected primary-expression before ‘,’ token

Diddi

Diddi

Das Projekt finde ich sehr gelungen, aber es fehlt noch ein Lichtsensor um bei Tageslicht nicht unnötig Strom zu verbrauchen.
Ein Kombisensor wäre die ideale Ergänzung.

Andreas

Andreas

Ich kann Mustafa Sari nur zustimmen, eine Umsetzung mit LED wäre super.

HJThom

HJThom

Hallo zusammen, ich finde das Thema auch total spannend. Direkt habe ich mir den Aufbau mal angeschaut und stellte mir wie Mustafa die Frage, warum das Geraffel wenn man das Ganze auch mitWS2812B realisieren kann? Die Möglichkeiten sind hier vielfältiger. Die HC-SR501 sind mir persönlich zu großflächig und somit ungenau aber das ist je nach Anwendung verschieden, ich würde auf eine Lichtschranke setzten. Ich verfolge das Thema mal weiter.

Danke und Gruß
HJThom

Dirk

Dirk

ein toller Sketch den ich ähnlich auch bei YouTube gesehen habe. Was mir fehlt sind ein paar Erklärungen um den Sketch nachvollziehen zu können. Ich werde es auf jeden Fall bauen uns ausprobieren.

Stephan Strittmatter

Stephan Strittmatter

Tolles Projekt! Ich kann mich da nur anschließen: ich fände eine Variante mit LED-Streifen auch super finden!
Ich bin gespannt.

Mustafa sari

Mustafa sari

Hi es wäre super, wenn ihr die Beleuchtung mal mit dem LED Streifen umsetzt.
Ich hatte schon lange überlegt ein Lauflicht pro Stufe zu realisieren und ich glaube das würde den meisten auch gefallen.
Über das PWM kann man die einzelnen Stufen dann nach und nach immer heller werden lassen.

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