Automatický kôš: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Jedná sa o automatický otvárací kôš na detekciu pohybu. Má pripojenie wifi a pošle textovú správu, keď je plná. Toto je vyrobené pre ECE -297DP na University of Massachusetts - Amherst. Hlavným cieľom tohto kurzu bolo získať skúsenosti s praktickou elektronikou, pretože som cítil, že stojím za svojimi rovesníkmi a prospelo by mi skombinovať veci, ktoré som sa naučil z prednášok, so zážitkovou prácou.

Potrebné materiály:

- 1x Arduino Uno

- 1x ESP-8266

- 2x mikroslužby

- 2x ultrazvukový detektor pohybu HC-SR04

- 1x RBG LED

- 3x 330 Ω odpory

- 1x 3,3 regulátora napätia

- 2x 100 uF elektrolytický kondenzátor

- 1 x 0,1 uF keramický kondenzátor

- 1x nádoba na fľašu piva Longneck, 12 balení Corona Extra,

Krok 1: Pôvodné plány a postup

Na začiatku semestra som nemal plány, čo by som chcel robiť. Skočil som do tejto triedy bez myšlienok. Na začiatok som teda vyvinul ľahký spôsob, ako sa pomaly presúvať vo svete hobby elektroniky.

Kroky:

1. Naučte sa základy Arduina

- Vykonalo sa to podľa sprievodcu vynálezcu SparkFun, ktorý je súčasťou štartovacej sady. Umožnilo mi to naučiť sa základy rezistorov, LED diód, piezoelektrických prvkov (zvuk), snímania a všeobecného kódovania s Arduinom.

2. Pozrite sa na online projekty DIY Arduino

- Cieľom bolo nájsť inšpiráciu na výrobu kreatívnej a užitočnej elektroniky

3. Pomocou inšpirácie nájdite, čo som chcel vytvoriť

- Pretože som lenivý človek a pretože moji priatelia, s ktorými sa ubytujem budúci semester, veľmi neupratujú, rozhodol som sa urobiť automatický odpadkový kôš.

Pôvodný plán bol pohovorený s jedným z mojich rovesníkov, Bryanom Tamom, ďalším študentom počítačového inžinierstva. Hlasná diskusia s ním o kritike mojich návrhov mi pomohla porozumieť procesu navrhovania. Proces prijatia problému a premýšľania o riešení, bez ohľadu na to, ako je nerealizovateľný, a potom debaty o tom, ako uvedený projekt urobiť. Naučilo ma to, že ambície a kreativita sú pri projektovaní v strojárstve prvoradé.

Pôvodne som chcel vyrobiť odpadkový kôš, ktorý by automaticky zistil, či je kôš plný, a potom zatvoril alebo zabalil tašku. Po skúmaní možných spôsobov, ako to navrhnúť, som zistil, že sa mi to veľmi vymklo z rúk. Mierne som teda zmenil cieľ - vyrobiť odpadkový kôš, ktorý by mohol odoslať text, keď je plný.

Blížil som sa ku koncu semestra a mal som problémy s integráciou komponentu WiFi na odoslanie textu a bol som znepokojený, preto som premýšľal nad inými alternatívami ako poplašným systémom. Pozrel som sa na piezo prvky, aby som snáď vydal nepríjemný zvuk, ktorý sa nezastaví, kým nevynesú smeti. Tiež som sa zameral na používanie LED diód na výrobu rôznych farieb na označenie úrovne odpadu.

Na to sú potrebné dva senzory: jeden na to, aby zvonku rozoznal, kedy sa nad ním otvorí ruka, a druhý na zistenie úrovne odpadu. Pôvodne odoslal text ako alarm iba modul WiFi, ale na konci semestra som sa rozhodol pridať svetlo na vrch odpadkového koša, aby to podporilo.

Toto je návrh projektu, ktorého som sa držal a prešiel som až do konca.

Krok 2: Výskum

Aby som sa pripravil na toto utrpenie, preskúmal som niekoľko vecí.

Najprv skúmam všeobecný spôsob kódovania Arduina. Cvičenie so súpravou vynálezcov SparkFun nesmierne pomohlo; zvyknem si na to, že musím piny pripojiť k Arduinu a ako používať dosku na chlieb.

Potom som obzvlášť nacvičil používanie serva, pretože som vedel, že takto budem musieť ovládať veko, aby sa otáčalo. Najprv si precvičte ovládanie ich načasovania a potom kombinujte používanie s podmienkami, aby som mohol ovládať, kedy sú aktivované.

Potom som skúmal, aké senzory použiť. Existovali dva typy: ultrazvukový snímač (HC-SR04) a infračervený snímač (snímač pohybu PIR). Ultrazvukový senzor vyšle impulz, ktorý sa potom odrazí späť, a číta ho HC-SR04, pričom vypočíta čas v tomto intervale, aby sa určila vzdialenosť medzi ním a polohou odrazu. Rozhodol som sa použiť ultrazvukový snímač pre vnútorný snímač, pretože detekcia vzdialenosti by bola užitočnejšia, najmä preto, že odpadky nevyžarujú veľa žiarenia. Potom som sa rozhodol, že bude jednoduchšie použiť HC-SR04 pre vnútorný aj vonkajší snímač.

Pri skúmaní ESP-8266 som sa veľa dozvedel o tom, ako funguje wifi. Dozvedel som sa o prístupových bodoch a bodoch staníc. Dozvedel som sa tiež o webových serveroch ako o možnej možnosti. Na koniec. ESP je vlastná doska, ktorú je možné naprogramovať úplne oddelene na Arduino. Preto je dokonca možné vytvoriť celý tento projekt iba pomocou neho. Aby som naprogramoval ESP, pripojil som ho k Arduinu a pripojil GND v Arduino na Reset, aby som ho deaktivoval a fungoval ako komunikátor medzi ESP a káblom USB.

Potom som sa dozvedel, že môžem prinútiť ESP pôsobiť ako klient, ktorý chce získať prístup k údajom z webovej stránky alebo o ne požiadať. Keď som to vedel, použil som webovú stránku IFTTT.com na vytvorenie apletu na celkové prepojenie webhooks s textovými správami SMS tak, aby pri spustení udalosti (keď klient požaduje údaje z konkrétnej adresy URL, odoslal by text).

Ďalšou vecou, ktorú som skúmal, boli regulátory napätia, diódy a odpory. Na pripojenie LED k Arduinu boli pre LED potrebné rezistory. Diódy a regulátory napätia boli možným riešením napájania ESP-8266, pretože na napájanie jednosmerným prúdom vyžaduje striktne 3,3 V. Najľahším riešením bol regulátor napätia. Aj keď v Arduine je možnosť 3,3 V, bral som to ako príležitosť dozvedieť sa viac.

Potom som sa dozvedel o kondenzátoroch, ktoré sú nevyhnutné pre funkčný regulátor napätia. Kondenzátory pomáhajú vyrovnať napätie v prípade, že príliš „poskakuje“alebo „škytá“. 2 elektrolytický a 1 keramický kondenzátor sú obvyklé sady pre regulátory napätia.

Väčšina výskumu sa pokúšala ladiť môj kód, pretože pri jeho vytváraní bolo veľa chýb.

Krok 3: Stretnuté ťažkosti a ako som ich prekonal

Väčšina ťažkostí na začiatku semestra bola jednoducho skutočnosť, že som nemal skúsenosti. Nikdy predtým som ani neuvažoval nad tým, že by som niečo postavil, takže som sa bál, či budem príliš ambiciózny alebo príliš jednoduchý. Preto som výber nápadu tak dlho odkladal.

Aby sme to prekonali, rozhodne pomohlo rozprávanie sa so seniorom, ktorý mal skúsenosti. Bryan dokázal kritizovať moje nápady a povedať mi, ktoré sa uberajú správnym smerom a ktoré zlým. Pomohol mi uvedomiť si, že musím zvážiť svoju úroveň znalostí, zdroje, ku ktorým som mal prístup, a časový manažment.

Časový manažment bol pre mňa tiež veľmi ťažký. Už viem, že mám slabosť, pokiaľ ide o časový manažment, najmä preto, že tento semester bol neskutočne nabitý, pretože som bol preťažený 21 kreditmi.

Boli chvíle, keď som musel obetovať práci na svojom projekte, ale aby som to prekonal, venoval som práci na projekte najmenej jednu hodinu výskumu cez víkendy a každý druhý týždeň cez víkendy ísť na M5 pracovať na ňom.

Ďalším problémom, ktorý som mal, bolo to, že som nevedel o väčšine častí. Nevedel som, ako fungujú a aké káble sa kde spájajú. Aby som to prekonal, naučil som sa cennú výhodu vyhľadania technických listov online, ktoré mi pomohlo porozumieť tomu, čo je potrebný vstup napätia a kde je potrebné zapojiť VCC, GND a vstupy. Pamätám si, ako som konkrétne pracoval na pokuse o pripojenie serva k detektorom pohybu a bol som frustrovaný, pretože serva vôbec nefungovali.

To ma viedlo k vyskúšaniu rôznych serv, dúfajúc, že s nimi nie je niečo v poriadku. Stále však nefungovali, čo znamenalo, že to muselo byť buď moje zapojenie, alebo môj kód. Potom som sa pokúsil použiť externý zdroj napájania pripojením serva k 4 batériám AA, ako som sa dočítal, že niekedy USB na počítači PC neposkytuje dostatočné napätie na ich napájanie. Nakoniec som sa rozhodol jednoducho pozrieť na technický list a zistil som, že je to len preto, že moje zapojenie bolo po celú dobu nesprávne.

Mojou najťažšou prekážkou bolo pokúsiť sa integrovať komponent WiFi do Arduina. Hľadal som online mnoho návodov a jednoducho som porozumel programovaniu, pretože som ho ťažko chápal. Jedna konkrétna webová stránka mi však pomohla a zoznámila ma s IFTTT. Veril som, že som dosiahol víťazstvo, ale neuvedomil som si, že dosky sú oddelené a skončil som s programovaním dosiek s iným kódom. Týždeň som bol zaseknutý a pokúšal som sa zistiť, ako ich pripojiť, ale internet nepomohol. Aby som prekonal túto prekážku, nakoniec som jednoducho požiadal o pomoc doktora Mallocha. Som veľmi hrdý človek a chcem robiť veci sám. Predtým mi pomohol, nebol to však môj veľký problém, skôr diskusia o možných spôsoboch, ako pristupovať k môjmu projektu. Jednoduchá otázka od doktora Mallocha okamžite vyriešila integráciu môjho ESP-8266.

Tento projekt mi pomohol dostať sa na moje miesto a uvedomiť si, že by som mal pracovať a viac žiadať ľudí o pomoc, pretože inžinierstvo nie je sólo projekt, ale tímová dynamika.

Krok 4: Zmeny v M5 pomôžu zefektívniť proces vzdelávania

M5 bola pre mňa v tomto semestri fantastická pomôcka. Už to prináša množstvo zdrojov pre nových prieskumníkov a skúsených veteránov.

Myslím si, že M5 by mohlo pomôcť zefektívniť proces učenia sa tým, že by sa konalo viac workshopov o širšej škále tém a ich väčšia informovanosť. Sotva som počul o workshopoch, ktoré prebiehali na M5, a jediné, o ktorých som vedel, boli spájkovacie dielne.

Pomohli by aj ďalšie workshopy ako „Ako postupovať pri navrhovaní“alebo „Ako používať 3D tlačiareň“. Možno majú tieto workshopy, ale nikdy som o nich nepočul.

Krok 5: Čo som nakoniec dosiahol

Dokázal som vyrobiť automatický odpadkový kôš

Dôležitejšie však je, že som sa naučil dôležitosti riadenia času, ako stavať obvody a používať elektronické súčiastky. Dozvedel som sa o Arduine, vlnách a snímaní, odporoch, breadboardoch, WiFi, ESP-8266, webových serveroch, regulátoroch napätia, diódach atď. Dokázal som dosiahnuť presne to, čo som mal na mysli. Zoznámte sa s praktickou úrovňou elektroniky a obvodov.

Tiež to vo mne vyvolalo tvorivý oheň, pretože vytváranie tohto projektu, aj keď bolo niekedy veľmi frustrujúce, bolo veľmi zábavné a obohacujúce. Pochopenie toho, ako časť funguje, alebo uvedenie kódu do prevádzky tak, ako som chcel, stálo za hodiny vylepšení a zmien, ktoré som musel urobiť. Pomohlo mi to pochopiť, že toto je to, čo som chcel robiť. Na začiatku semestra som váhal s elektrotechnikou a počítačovou technikou, pretože som v nej nemal skúsenosti, aby som vedel, či sa mi to páči alebo nie. Ako napríklad to, že niekto nevie, či má rád šport, videohry alebo koníčky, pokiaľ to neskúsi.

Mojím najväčším úspechom bolo, že som mohol sebavedomo povedať, že chcem pokračovať v elektrotechnike a počítačovom inžinierstve.

Krok 6: Ako by mohol niekto iný nasledovať v mojich stopách

Ak je niekto v rovnakej situácii, v akej som bol ja na začiatku semestra, odporučil by som urobiť rovnaké kroky, aké som načrtol v časti „Pôvodné plány a postup“. To mi skutočne pomohlo pomaly rozpoznať, čo by ma zaujímalo a čo by som mohol robiť.

Konkrétne pre tento projekt nižšie načrtnem, ako ho vytvoriť.

Krok 1: Choďte na IFTTT.com, zaregistrujte svoje telefónne číslo a potom vytvorte aplet. Vyberte „ak“ako webhooky a „to“ako SMS. Akonáhle je vytvorený, vyhľadajte vo vyhľadávacom poli Maker Webhooks a kliknite na dokumentáciu. Vyplňte informácie svojim vlastným názvom udalosti a skopírujte adresu URL. Toto je adresa URL, ktorú použijete pre kód ESP-8266 uvedený v spodnej časti.

Krok 1: Pripojte ESP-8266 ako taký:

RXD -> RX

TXD -> TX

VCC -> VCC

CH_PD VCC

GPIO0 -> GND

GND -> GND

Potom pripojte GND na Arduine k resetovaniu, aby ste ho deaktivovali.

Krok 2: V spodnej časti zadajte kód a nahrajte ho na ESP-8266 (najskôr si stiahnite dosku esp-8266 do IDE). Potom odpojte ESP-8266.

Krok 3: Pripojte serva k pinom 8 a 9 k Arduinu

Krok 4: Pripojte prvý snímač HC-SR04 k pinom 10 a 13 (pre triggery a echo). Potom pripojte druhý k pinom 11 a 12 (opäť pre trig a echo).

Krok 5: Pripojte RGB LED k pinom 4 (červený), 5 (zelený) a 6 (modrý).

Krok 6: Pripojte GPIO2 k pinu 2

Krok 7: V spodnej časti zadajte kód (ECE_297_DP) a nahrajte ho do Arduina.

Krok 8: Nájdite starý recyklovaný pivný box a kus lepenky na veko. Horúce lepidlo nanuk naneste na servá a potom za horúca prilepte serva na vnútornú stranu robota na každej strane. Prilepte viečko na nanuky. Prilepte dva senzory k veku (vnútorný je ten, ktorý detekuje odpadky (kolíky 11 a 12) a vonkajší je ten, ktorý detekuje pohyb (kolíky 10 a 13). Potom prilepte LED diódu na vrch veka. A zalepte zapojenie za škatuľu, aby ste skryli škaredé vedenie.

Krok 7: Čo by som urobil ďalej

Pokiaľ ide o projekt vpred, mal som niekoľko nápadov na implementáciu okrem LED aj zvukového alarmu. Pretože som dostal ESP-8266 do práce, rozhodol som sa, že nie. Ak by som sa však mal pohnúť dopredu, bolo by zaujímavé pridať jeden a naštvať ľudí na vynášanie koša.

Tiež by som rád pracoval na definitívnejšom projekte, pretože toto je väčšinou dôkaz koncepčného projektu. Ak by som sa mal pohnúť dopredu, použil by som skutočný odpadkový kôš alebo mohutnejší plastový kontajner. Okrem toho by som chcel byť efektívnejší pri zapojení, pretože je veľmi chaotický.

Jednou z alternatív k ESP-8266, na ktorú som sa pozeral, zatiaľ čo som sa obával, že ho nemôžem integrovať, bolo použitie modulu Bluetooth. Môj priateľ Sean mi spomenul, že predtým v minulosti urobil projekt, kde musel odoslať údaje zo svojho projektu do svojho telefónu a použil modul Bluetooth. Povedal, že to bolo relatívne jednoduché. WiFi modul som však dostal do práce skôr, ako som do neho urobil akúkoľvek serióznu detektívnu prácu. Myslím, že by bolo zaujímavé sledovať, kam by ma táto cesta viedla.

Okrem toho by som rád implementoval časť „automatické balenie vrecia na odpadky“, ale tá je v súčasnej dobe stále mimo mojej ligy. Možno sa v budúcnosti k tomuto projektu znova vrátim a pokúsim sa ho zefektívniť.