Automatický systém slnečníkov Arduino Uno: 9 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Vytvorený produkt je automatický slnečný systém pre vozidlá, je plne autonómny a je ovládaný snímačmi teploty a svetla. Tento systém by umožnil tienidlo jednoducho zakryť okno auta, keď auto dosiahlo určitú teplotu a keď autom prešlo určité množstvo svetla. Hranice boli nastavené tak, aby tieň nefungoval, keď je vozidlo zapnuté. Do systému bol pridaný prepínač pre prípad, že by ste chceli zvýšiť odtieň, aj keď nebol splnený ani jeden z parametrov. Ak bola napríklad chladná noc a chceli by ste, aby bolo vaše auto chránené súkromím, jednoducho stlačením vypínača zvýšite tieň. Môžete tiež vypnúť vypínač a úplne vypnúť systém.

Problémové hlásenie - „Keď sú vozidlá ponechané v teple, vnútorná teplota vozidla môže byť veľmi nepríjemná, najmä pre seba pri opätovnom vstupe do vozidla alebo pre cestujúcich ponechaných vo vozidle. Systém zaslepenia môže tiež slúžiť ako bezpečnostné zariadenie, ktoré zabráni tomu, aby sa niekto pozeral dovnútra vášho vozidla. “Napriek tomu, že existujú slnečníky pre autá, ktorých montáž je jednoduchá a jednoduchá, niekedy to môže byť problémy a možno na to zabudnete. S automatickým systémom slnečníkov by ste nemuseli odtiene ručne dávať ani si ich pamätať, pretože v prípade potreby sa automaticky zdvihnú.

Zdroj obrázku:

Krok 1: Proces koncepčného návrhu

Chcel som jednoduchý dizajn a použitie, ktoré by bolo možné nakoniec integrovať do vozidla. To znamená, že by to bola už nainštalovaná funkcia vo vozidle. Avšak, ako je v súčasnej dobe postavené, môže byť použitý aj pre systémy okenných tienidiel. Pre proces vytvárania dizajnu bolo vytvorených niekoľko náčrtov a myšlienok, ale po použití rozhodovacej matice bol teraz vyrobený výrobok rozhodnutým konceptom konštrukcie.

Krok 2: Použitý materiál

Obrázky predstavujú skutočné komponenty použité v projekte. Údajové listy projektu sú v priloženom dokumente. Nie je možné poskytnúť všetky listy s údajmi. Vybudovanie celého produktu ma stálo zhruba 146 dolárov.

Väčšina dielov a komponentov pochádzala z Amazonu alebo obchodu s domácimi potrebami s názvom Lowe's.

Ďalšie používané zariadenia:

Odizolovače drôtov

Kliešte

skrutkovač Phillips

Plochý skrutkovač

Viacmetrový

Prenosný počítač

Program Arduino stiahnutý

Krok 3: Logika: Ako to funguje

Obvod:

Prostredníctvom počítača alebo prenosného počítača sa kód z programátora Arduino odošle do Arduino Uno, ktoré potom načíta kód a vynúti príkazy. Akonáhle je kód nahraný do Arduino Uno, nebude potrebné zostať pripojený k počítaču, aby ste mohli pokračovať v programe, pokiaľ Arduino Uno bude používať iný napájací zdroj. H - mostík v obvode poskytuje výstup 5 voltov, čo je dostatočné na ovládanie Arduino Uno. Umožňuje systému fungovať bez počítača ako zdroja napájania pre Arduino Uno, vďaka čomu je systém prenosný, čo je nevyhnutné, ak sa chce používať vo vozidle.

K Arduino Uno sú pripojené dva koncové spínače, teplotný senzor, svetelný senzor, LED RBG a mostík H - Bridge.

LED RBG indikuje, kde sa nachádza spúšťacia tyč. Keď je spúšť v spodnej polohe, spúšťa dolný koncový spínač, LED dióda svieti červeno. Keď je spínač medzi oboma koncovými spínačmi, LED dióda svieti modro. Keď je spúšť v hornej časti a narazí na horný koncový spínač, LED dióda zobrazí ružovo-červenú farbu.

Koncové spínače sú vypínače obvodu, ktoré informujú systém, aby zastavil pohyb motora.

H - mostík funguje ako relé na ovládanie otáčok motora. funguje to tak, že sa zapne vo dvojici. strieda tok prúdu cez motor, ktorý riadi polaritu napätia a umožňuje zmenu smeru.

Napájanie motora zaisťuje 12 voltová batéria 1,5 A. Batéria je pripojená k mostíku H, takže je možné ovládať smer otáčania motora.

Ručný prepínač medzi batériou a mostíkom H slúži ako súčasť zapnutia/ vypnutia, ktorá simuluje zapnuté alebo vypnuté auto. Keď je spínač zapnutý, čo znamená, že vozidlo je zapnuté, nedôjde k žiadnej akcii. Takto pri jazde vaše vozidlo nebude fungovať. Keď je vypínač vypnutý, systém bude fungovať a fungovať správne, ako keby bolo vozidlo podobne vypnuté.

Teplotný snímač je základným prvkom obvodu, ak nie je dosiahnutá teplota nastavenej prahovej hodnoty, potom sa nevykonajú žiadne opatrenia, aj keď je zaznamenané svetlo. Ak je prah teploty dosiahnutý, kód skontroluje svetelné senzory.

Ak sú splnené parametre senzora svetla a teploty, systém oznámi motoru, aby sa pohyboval.

Fyzický kompenzátor:

K jednosmernému motoru s prevodovkou 12 000 ot./min. Je pripojený prevodový stupeň. Prevodovka poháňa hnaciu tyč, ktorá otáča reťazou a reťazovým systémom, ktorý riadi pohyb hore alebo dole hliníkovej tyče, ktorá je pripevnená k reťazi. Kovová tyč je spojená s tienidlom, čo umožňuje jeho zdvíhanie alebo spúšťanie v závislosti od toho, v čom aktuálne parametre kódu vyžadujú, aby bol tieň.

Krok 4: Vývoj projektu

Proces tvorby:

Krok 1) Zostavte rám

Krok 2) Pripojte komponenty k rámu; obsahuje prevodové a reťazové systémy, tiež roletu s odstráneným zaisťovacím kolíkom

Kliešťami som odstránil koncový kryt z tienidla valca, aby som odstránil zaisťovací kolík. Ak nie ste opatrní, napätie pružiny vo valcovom tieni sa odvinie, ak sa tak stane, je možné previnutie ľahko previnúť. Držte tienidlo valčeka a otáčajte vnútorným mechanizmom, kým nie je pevné.

Krok 3) Vytvorte obvod na doske - pomocou prepojovacích káblov pripojte správny kolík do digitálneho alebo analógového kolíka Arduino.

Krok 4) Vytvorte kód v Arduine

Krok 5) Testovací kód; V prípade problémov opravte kód a pozrite sa na výtlačok na sériovom monitore.

Krok 6) Dokončite projekt; Kód pracuje s vytvorenou štruktúrou obvodu a produktu.

Na pomoc pri vytvorení môjho projektu bolo použitých mnoho fór a výukových videí.

Zoznam referencií:

• https://www.bc-robotics.com/tutorials/controlling-…
• https://learn.adafruit.com/tmp36-temperature-senso…
• https://steps2make.com/2017/10/arduino-temperature…
• https://learn.adafruit.com/tmp36-temperature-senso…
• https://forum.allaboutcircuits.com/threads/start-s…
• https://www.instructables.com/id/Control-DC-Motor-…
• https://forum.allaboutcircuits.com/threads/start-s…
• https://www.arduino.cc/
• https://forum.allaboutcircuits.com/threads/start-s…
• https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/a…
• https://forum.allaboutcircuits.com/threads/start-s…
• https://www.energyefficientsolutions.com/Radiant-B…

Vďaka pokusom a omylom, výskumu a ďalšej pomoci kolegov a vysokoškolských profesorov som mohol vytvoriť svoj konečný projekt.

Krok 5: Proces vytvárania: Rámec

Výrobok mal byť skonštruovaný tak, aby bolo možné ho vyrobiť z častí, ktoré je ľahké získať.

Fyzický rám bol vyrobený len z cédrového dreva a skrutiek.

Rám je 24 palcov dlhý a 18 palcov vysoký. je to zhruba mierka 1: 3 priemerného čelného skla vozidla v plnej veľkosti.

Fyzický výrobok má dve plastové súpravy ozubených kolies a reťaze, dve kovové tyče a roletu.

K jednosmernému motoru je pripojený prevodový stupeň, ktorý otáča kovovou tyčou, ktorá funguje ako hnací hriadeľ, ktorý riadi pohyb reťaze. Bola pridaná tyč vodiča, aby sa tieň pohyboval rovnomerne.

Prevod a reťaz umožňujú inému kovovému prútu zdvihnúť a spustiť tienidlo a pôsobia ako spúšť pre dva koncové spínače..

Roleta pôvodne mala pri kúpe v sebe uzamykací mechanizmus a ja som ju vytiahol. Vďaka tomu bolo možné roletovú roletu vytiahnuť nahor a spustiť nadol bez zaistenia do polohy, akonáhle sa pohyb zdvíhania zastavil.

Krok 6: Nastavenie zapojenia

Kábel musel byť úhľadne usporiadaný a vodiče museli byť oddelené, aby medzi vodičmi nedochádzalo k rušeniu. Počas tohto projektu nebolo vykonané žiadne spájkovanie.

Svetelný senzor Ywrobot LDR sa používa ako svetelný detektor, je to fotoodpor pripojený k analógovému kolíku A3 na Arduino UNO

Ako nastavený teplotný parameter projektu sa používa teplotný snímač DS18B20, ktorý ukazuje hodnoty v stupňoch Celzia a ja som ho previedol na hodnoty uvedené vo Fahrenheite. DS18B20 komunikuje prostredníctvom 1-vodičovej zbernice. Aby bolo možné DS18B20 používať, je potrebné stiahnuť a integrovať do náčrtu kódu Arudino knižnicu. Snímač teploty je pripojený k digitálnemu kolíku 2 na Arduino UNO

LED RBG sa používa ako indikátor polohy tienidla. Červená je, keď je odtieň úplne hore alebo úplne dole, a modrá, keď je v pohyblivom stave. Červený kolík na LED pripojený k digitálnemu kolíku 4 na Arduino UNO. Modrý kolík na LED pripojený k digitálnemu kolíku 3 na Arduino UNO

Mikro koncové spínače boli použité ako body zastavenia polohy tienidla a zastavenia pohybu motora. Koncový spínač v spodnej časti pripojený k digitálnemu kolíku 12 na Arduino UNO. Koncový spínač v hornej časti pripojený k digitálnemu kolíku 11 na Arduino UNO. Obe boli nastavené na počiatočný stav nula, keď neboli spustené/ stlačené

Na ovládanie otáčania motora bol použitý duálny H-mostík L298n. Bol potrebný na zvládnutie poskytovaného prúdu batérie. Napájanie a uzemnenie z batérie 12V je pripojené k mostíku H, ktorý poskytuje energiu pre prevodový motor s výkonom 200 otáčok za minútu. H-Bridge je spojený s Arduino UNO

Napájanie motora zaisťuje nabíjateľná batéria 12Volt 1,5A

Na tento projekt bol použitý 12 Volt 0,6 A 200 ot./min. Bol príliš rýchly na to, aby fungoval v plnom pracovnom cykle, pričom bol ovládaný moduláciou pulznej šírky (PWM)

Krok 7: Údaje o projekte

Na vypracovanie projektu nebolo potrebné veľa experimentálnych údajov, výpočtov, grafov alebo kriviek. Svetelný senzor by mohol byť použitý pre veľký rozsah jasu a teplotný snímač má rozsah od -55 ° C do 155 ° C, čo viac ako vyhovuje nášmu teplotnému rozsahu. Samotné tienidlo je vyrobené z vinylovej tkaniny a pripevnené k hliníkovej tyči a vybrala sa batéria 12V, pretože som nechcel mať problém s napájaním. Motor 12V bol zvolený tak, aby zvládal napätie a prúd dodávaný z batérie, a na základe predchádzajúcich znalostí, že by mal byť dostatočne výkonný, aby fungoval pod silami, ktoré budú pôsobiť. Vykonali sa výpočty, aby sa potvrdilo, že skutočne zvládne krútiaci moment, ktorý by bol aplikovaný na hriadeľ motora 0,24 palca. Pretože presný typ hliníkovej tyče nebol známy kvôli použitiu osobných potrieb, na výpočty bol použitý hliník 2024. Priemer tyče je asi 0,25 palca a dĺžka je 18 palcov. Pomocou online kalkulačky hmotnosti obchodu s kovovými materiálmi je hmotnosť tyče 0,0822 libry. Použitá vinylová tkanina bola nastrihaná z väčšieho kusu s hmotnosťou 1,5 libry. Použitý štvorcový kus látky meria 12 palcov široký a 18 palcov široký a je polovičnou veľkosťou. pôvodný kus. Z tohto dôvodu je hmotnosť nášho kusu látky približne 0,75 lb. Celková kombinovaná hmotnosť tyče a tkaniny je 0,8322 lb. Krútiaci moment spôsobený týmito kombinovanými zaťaženiami pôsobí v strede hmotnosti tyče a bol vypočítaný vynásobením celková hmotnosť v polomere hriadeľa 0,24 palca. Celkový krútiaci moment bude pôsobiť v strede tyče s hodnotou 0,2 lb-in. Tyč je vyrobená z jedného materiálu s jednotným priemerom a má na jednom konci podporu reťaze a na druhom konci hriadeľ motora. Pretože podpera reťaze a hriadeľ motora sú v rovnakej vzdialenosti od stredu tyče, krútiaci moment spôsobený hmotnosťou je na každom konci rozdelený rovnako. Hriadeľ motora preto musel zvládnuť polovicu krútiaceho momentu kvôli hmotnosti alebo 0,1 lb-in. Náš jednosmerný motor má maximálny krútiaci moment 0,87 lb-in pri 200 otáčkach za minútu, ktorý viac než pojme slnečnú clonu a tyč, takže motor bol implementovaný, takže testovanie sa mohlo začať. Vďaka výpočtom som si uvedomil, že motor by nemal pracovať za maximálnych podmienok, takže by sa musel pracovný cyklus znížiť zo 100 percent. Pracovný cyklus bol kalibrovaný pokusom a omylom, aby sa určila ideálna rýchlosť pre zdvíhanie a spúšťanie slnečného tienidla.

Krok 8: Skica Arduino

Na programovanie kódu som použil Arduino IDE. Stiahnite si programátora prostredníctvom webovej stránky

Použitie je jednoduché, ak ste ho nikdy predtým nepoužívali. Na YouTube alebo na internete je veľa výukových videí, ktoré sa naučia kódovať program v softvéri Arduino.

Ako hardvér som pre svoj projekt použil mikrokontrolér Arduino UNO. Mal dostatok digitálnych pinových vstupov, ktoré som potreboval.

Priložený súbor je mojím kódom pre vytlačenie projektu a sériového monitora. Ako je zrejmé z dokumentu, ktorý zobrazuje výtlačok, uvádza, že tieň je úplne hore alebo úplne dole a pri pohybe nahor alebo nadol.

Aby bol teplotný senzor DS18B20 použiteľný, bola použitá knižnica s názvom OneWire. Táto knižnica sa nachádza na karte Náčrt, keď je otvorený program Arduino.

Aby kód fungoval, uistite sa, že pri odosielaní kódu používate správny port a dosku, ak nie, Arduino poskytne CHYBU a nepracuje správne.

Krok 9: Konečný produkt

Vložil som všetky káble do krabice, aby som ich chránil pred poškodením alebo odstránením, ktoré by mohlo spôsobiť, že obvod nebude fungovať.

Video zobrazuje všetky možné nastavenia automatizovanej slnečnej clony. Tienidlo stúpa a potom je zakryté svetlo, aby sa tieň vrátil nadol. Funguje to len preto, že bol dosiahnutý teplotný prah, ak by teplota nebola dostatočne teplá, tieň by sa vôbec nepohol a zostal dole v pokojovej polohe. Teplotu potrebnú na fungovanie systému je možné meniť a upravovať podľa potreby. Prepínač vo videu má demonštrovať, kedy je vozidlo zapnuté alebo keď chce prestať dodávať energiu motoru.

Výrobok je úplne prenosný a autonómny. Je navrhnutý tak, aby bol predmetom, ktorý je zabudovaný do vozidla ako automatický tieniaci systém, ale môže použiť súčasnú konštrukciu pre vonkajšie tieniace systémy alebo vo vnútri domu pre okná.

Na použitie v interiéri môže byť výrobok nakoniec pripojený k domácemu termostatu fyzicky alebo pomocou adaptácie Bluetooth na obvod a kód, čo umožní ovládať výrobok pomocou mobilnej aplikácie. Nejde o pôvodný zámer ani o to, ako je výrobok konštruovaný, iba o potenciálne využitie dizajnu.