Automatický posuvník brány pod 100 $: 15 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

V létě mě táta motivoval, abych se podíval na nákup systému automatizace brány a jeho nastavení. Zahájil jsem tedy svůj průzkum a podíval se na řešení balíčků na AliExpress a místních prodejcích. Místní prodejci nabízeli kompletní řešení včetně instalace za> 1000 USD. Byly to italské systémy a měly být velmi kvalitní. Ale cena byla mimo náš rozpočet. Systémy na AliExpress byly také docela drahé, nejlevnější byl 500 $ před zdaněním. Docela jsem rezignoval na myšlenku nákupu kompletního systému a podíval jsem se na nějaké přístupy kutilství.

Po svém počátečním výzkumu jsem dospěl k závěru, že bude velmi obtížné a časově náročné jej postavit od nuly. I to za použití omezených zdrojů. Ale pak jsem to vzal jako výzvu a začal dávat dohromady hrubý plán.

Trvalo mi to mnoho pokusů a omylů a hodně tvrdé práce, ale dokázal jsem nastavit spolehlivý systém za cenu, kterou žádný jiný systém nepřekoná.

Pokud uvažujete o stavbě něčeho takového, doporučil bych vám to, když vysvětlím všechny problémy, se kterými jsem se během svého procesu vytváření setkal. Doufejme, že budete schopni získat nějaký přehled a vyhnout se chybám, kterých jsem se dopustil.

Pokud se vám líbí, co jsem vytvořil a vysvětlil, zvažte prosím, zda mi dáte hlas. Jakákoli podpora je vysoce ceněna. _

Sledujte mě také na jiných platformách, když sdílím svůj pokrok mezi projekty.

Facebook: Badarova dílna

Instagram: Badarova dílna

Youtube: Badar's Workshop

Krok 1: Plán

Začal jsem přemýšlet o tom, jak bych na to šel. Existuje mnoho způsobů, jak lze takový projekt řešit, každý má své vlastní výhody a nevýhody.

První věc, kterou jsem udělal, bylo pochopit stávající systém, se kterým jsem pracoval. Pro mě to znamenalo moji těžkou, celokovovou, posuvnou bránu. Pro vás to může znamenat něco jiného a doporučil bych vám, abyste nejprve plně porozuměli svému systému, než se rozhodnete pro strategii.

Uvědomil jsem si, že moje brána nebyla postavena příliš dobře a měla určité variace v pohybu. Takže ať už bude moje metoda překladu jakákoli, bude muset této variantě vyhovět. To mě přimělo přemýšlet o použití motocyklového řetězu. Použil jsem je dříve, takže jsem byl obeznámen s jejich fungováním. Jsou levné a široce dostupné. A jejich velké části znamenají, že menší nesouosost nebude mít velký význam. Upevnění řetězu na horní hranu se mi osvědčilo, protože jsem měl nahoře držák pro montáž sestavy motoru, takže všechno mohlo úhledně sedět v horní části brány.

Následoval výběr motoru. Střílel jsem za nízkou cenu, a tak jsem se zaryl do levého koše na díly a našel jsem motor stěrače čelního skla z mé sestavy bojového robota. Pamatoval jsem si, že tento motor měl velký točivý moment a byl velmi dobře postavený. Byl jsem si tedy jistý, že bude mít dostatek energie na pohon brány.

Prozatím jsem měl veškerý plán, který jsem potřeboval. Elektronika a ovládání jsou úplně jiný příběh a přijdou později.

Krok 2: Testování motoru „přesně“

Byl jsem tedy přesvědčen, že motor bude schopen pohybovat bránou, ale nehodlal jsem celou věc postavit a pak se ukázalo, že jsem se mýlil. Udělal jsem tedy to, co měli udělat inženýři. Testování.

Myslím, že by měli nejprve provést výpočty, ale neměl jsem žádné hodnoty, ze kterých bych je vypočítal. Oprášil jsem tedy svého starého bojového robota a přivázal ho k bráně. Bojový robot používá k pohonu dva motory stěračů. A byla to nejbližší věc, kterou jsem ve jménu testování dokázal rychle nastavit.

Dal jsem robotu plný plyn a co ty víš, brána se dala do pohybu. Navzdory nedostatku trakce byl robot schopen pohybovat bránou. To pro mě bylo dost dobré, tak jsem pokračoval.

Krok 3: Výroba držáku motoru

Po minulé nehodě jsem věděl, že tyto motory nejsou vtip. A pokud dostanete prst do řetězového kola, můžete ho políbit za dobrou koupi. Když jsem stavěl bojového robota, měl jsem nehodu téměř na prst, takže mluvím ze zkušenosti.

Na základě těchto zkušeností jsem chtěl, aby byla sestava co nejvíce zastrčená. Rozhodl jsem se tedy namontovat ho na držák, který držel bránu na místě.

Mezi dva úhlové železné kusy jsem nejprve připevnil ocelový plech. Bylo to proto, abych mohl namontovat sestavu motoru na vrchol, aniž bych se musel starat o robustní základnu.

Rozhodl jsem se, že sestavu motoru odstraním ze základny hlavní brány, protože bych na ní mohl chtít pracovat samostatně. Vyjmutí motoru by bylo velmi obtížné, zejména proto, že jsem pracoval ve stísněném prostoru. To se později vyplatilo, protože jsem několikrát sundal sestavu motoru, abych na ní pracoval.

Jak vidíte, připevnil jsem motor k sestavě motoru. Také jsem připevnil řetězové kolo na motoru a pár řetězových kol na obou stranách, aby řetěz vedl na řetězové kolo motoru a nedovolil, aby sklouzl pod zatížením.

Krok 4: Vytvoření držáku řetězu

Celým tématem tohoto projektu bylo udržet nízké náklady, a proto jsem chtěl místo nákupu nového znovu použít staré kousky oceli. Našel jsem starý kus rohové pažby, který byl dostatečně silný pro mé použití.

Pažbu jsem nařezal na míru pomocí své úhlové brusky a poté svařil dohromady, abych vytvořil držák. Pak jsem navařil držák na vršek brány. Důležitá věc, kterou je třeba poznamenat, je, že nechcete svařovat na lakovaném povrchu. V oblasti svaru vždy rozetřete barvu.

Musel jsem svařování předělat třikrát. Poprvé to bylo proto, že jsem nemontoval držák mimo fyzické tvrdé zarážky brány. Když jsem to tedy testoval a omylem jsem přetrhl jeden z vodičů k koncovému spínači, držák vnikl do koncového spínače a zlomil ho. Je tedy důležité vždy namontovat držáky tak, aby nemohly poškodit jinou část systému, pokud elektronické koncové spínače selžou.

Podruhé to bylo proto, že jsem namontoval držáky křivé. Toto byl můj první svařovací projekt a neměl jsem správné svorky, takže jsem těžko zarovnával držák.

Poslední chybou, kterou jsem udělal, bylo vyvrtání otvoru po úplném navaření držáku. A protože svařování dělá ocel mnohem tvrdší, je mnohem těžší ji vyvrtat. Strávil jsem tři vrtáky a hodinu neustálého vrtání, abych udělal jen dvě díry.

Pokud se tedy chystáte udělat něco podobného, poučte se z těchto chyb. Přejdeme k instalaci řetězu.

Krok 5: Instalace řetězu

Nejprve jsem měl na mysli různé nápady, jak namontovat řetěz tak, aby měl tlumení nárazů, aby se zabránilo přetížení motoru při startu ze statické polohy. Ale nic se nezdálo dostatečně jednoduché na implementaci. Takže jsem šel s nejlevnějším a nejjednodušším řešením.

Vzal jsem jeden řetěz a přeřízl prostřední ložisko na koncovce. Potom jsem vzal 3 šroub a usekl hlavu. Zajistil jsem šroub v posledním kusu řetězu a navařil ho. Možná to není nejhezčí řešení. Ale bude to fungovat.

Spojil jsem všechny řetězy konec na konec a poté zajistil konec matice v držáku řetězu na jedné straně. Změřil jsem, abych viděl, kde budu muset přeříznout řetěz na druhé straně. Označil jsem to a zopakoval postup svařování matic.

Poté jsem namontoval řetěz na vršek brány. Použil jsem pár šroubů k zajištění obou konců tak, aby šroub sám nefungoval.

Klíčem v mém případě nebylo příliš utáhnout řetěz, protože by to hodně zatěžovalo motor a řetězová kola. Místo toho se zdálo, že nechat těžký řetěz spočinout na horním okraji brány je nejlepší způsob, jak se vyhnout stálému zatížení motoru.

Tímto způsobem, když motor začne pohybovat bránou, musí nejprve vytáhnout hmotnost řetězu, než skutečně zatáhne bránu. Funguje to jako druh pružiny, aby se zabránilo přetížení motoru.

Mechanická část otvírače brány je kompletní. Můžeme přejít k testování, abychom zjistili, zda skutečně funguje.

Krok 6: Testování

Nyní, když byla dokončena mechanická stránka projektu, jsem ji mohl otestovat, abych zjistil nějaké zápletky a možná úskalí. Použil jsem 12v olověnou baterii a motor jsem k baterii připojil ručně. A ano! Brána se dala do pohybu. Veškeré dosavadní úsilí nebylo zbytečné.

Během testování jsem si uvědomil pár věcí. Jedním z nich bylo, že kanál brány musí být čistý a vše musí být řádně namazáno. V opačném případě může mít malý motor potíže s pohybem brány.

Další důležitou věcí bylo, že jsem pro svůj motor potřeboval nějaký druh elektronické ochrany proti přetížení pro případ, že by elektronické koncové spínače přestaly fungovat. Pokud se to stalo, nechtěl jsem smažit motor.

Také jsem určil správné napnutí řetězu pro optimální výkon, protože jsem testoval aktuální odběr motoru s různým napětím. Nižší napětí bylo lepší, protože pohltilo všechny nedokonalosti v zarovnání kroutením doleva a doprava bez namáhání motoru.

S těmito výsledky jsem byl připraven začít pracovat na elektrické stránce věci.

Krok 7: Plán elektroniky

Plán na straně elektroniky tedy byl, aby věci byly co nejjednodušší a zároveň měly požadovanou funkčnost.

Napájení bude pocházet z 12V suché olověné baterie, která bude připojena k nabíječce baterií. Ačkoli jsem měl s nabíječkou mnoho problémů, o kterých budu mluvit později.

Mozkový box bude arduino board. Nic fantastického, jen arduino uno. Ovládání motoru bude prostřednictvím 4kanálové reléové desky fungující jako H-můstek. RF komunikace je zpracována pomocí přijímače 433 MHz. Jedna z levných desek za 1 $. I když to zpětně není nejlepší nápad. Více o tom později. Pro snímání proudu bude použit proudový senzor 20A. A nakonec koncové spínače a spínače ručního ovládání budou jen běžné spínače.

Dálkové ovladače, které jsem použil, byly programovatelné dálkové ovladače do auta. I když mi také dělali potíže.

Takže to byl plán. Pojďme se pustit do té hnusné drti.

Krok 8: Výroba elektroniky

Proces výroby elektroniky nebyl nic složitého. Vše jsem sestavil tak, abych v případě potřeby mohl rychle vyměnit díly. Použil jsem záhlaví kolíky a konektory rýče tam, kde to bylo možné, aby bylo možné rychlou demontáž. Poměrně velkou proto desku jsem použil k připojení koncových spínačů a RF desky. Díky velké desce mohu v budoucnu přidat další funkce, aniž bych musel předělat stávající rámec.

V souvislosti s elektronikou jsem narazil na několik problémů. První byla reléová deska. Stopy na reléové desce nebyly navrženy tak, aby zvládaly velké proudy při nízkém napětí. Některé reléové desky mají pocínované stopy, ale moje ne. A jedna ze stop po nějaké době vybuchla. Tak jsem přemostil všechna vedení vysokého proudu drátem vhodné velikosti.

Dalším velkým problémem byla nabíječka způsobující velké rušení EM. Důvodem bylo, že nabíječka byla mimo značku a neměla žádný druh certifikace. A interference zasahovala do obvodu. Náhodně by nereagovalo na RF příkazy. Uvědomil jsem si, že to byl problém EM, když jsem přivedl svůj notebook blízko k programování elektroniky a úplně se to vymklo kontrole. Koupil jsem si celokovovou nabíječku, která byla pro mé použití velmi silná, ale zdá se, že zatím funguje dobře. Později to však změním.

Také jsem se potýkal s problémy s konektory, které jsem použil pro externí přepínače. Jsou velmi křehké a při opakovaném vyjmutí se zlomí. Ještě pro to musím vymyslet nějaké lepší konektory.

RF modul, který jsem použil, je velmi základní modul a jeho dosah není nijak působivý. Ale to bylo to, co jsem měl po ruce a co fungovalo, takže jsem se toho zatím držel. I když mám v plánu upgradovat na lepší modul, zejména proto, že chci, aby rozsah nebyl problém. Nesnáším, když musím chodit směrem k systému, jen aby fungoval.

Krok 9: Uložení elektroniky

Nejprve jsem elektroniku namontoval na kus překližky a plánoval jsem na ni postavit plastovou krabici. Ale pak jsem si uvědomil, že to bude hodně práce. Místo toho jsem si koupil velkou nádobu na jídlo, na které bylo vodotěsné těsnění.

Do spodní části jsem namontoval baterii a nabíječku. Elektroniku jsem namontoval na kus plastu, který byl dodán s krabicí. Vyplnil jsem zářezy pro všechny dráty vycházející z krabice a poté jsem použil trochu silikonového maziva, abych zajistil, že dovnitř nemůže jít žádná voda. Ve snaze maximalizovat dosah jsem také vyrobil 3D tištěný kryt antény.

Box funguje perfektně. Je to jasné, takže vidím, zda je vše uvnitř dobré, aniž bych to musel otevírat. A přežilo několik vážných dešťových kouzel, takže by to mělo být dobré. Ačkoli jedna starost je teplo uvnitř krabice, protože je jasné a slunce může rychle zahřát elektroniku. Jednoduchým řešením je přikrýt jej dalším otevřeným krytem, aby se zabránilo přímému slunečnímu světlu.

Krok 10: Koncový spínač

Koncový spínač pro bránu byl vážným bolestivým bodem, protože jsem musel projít několika iteracemi návrhu, aby fungoval spolehlivě.

Nejprve jsem jen nalepil dva páčkové spínače na obou stranách držáku a nalepil nárazníky na bránu, abych trefil spínače. V zásadě to byl solidní nápad, protože jsem viděl, že funguje ve 3D tiskárnách. Po několika testech se ale oba spínače poškodily a nárazníky se odlomily. Upgradoval jsem na větší spínače a přidal pěnu před nárazníky v naději, že se vyhnu nárazu. Ale přesto se zlomili.

Uvědomil jsem si, že brána má velkou setrvačnost, když narazí na koncový spínač, a proto nebude mít koncový spínač nuceného zastavení pravděpodobně fungovat. Šel jsem na trh s elektronikou hledat nápady a našel jsem válečkový spínač.

Vyrobil jsem k tomu 3D tištěný držák a 3D tištěnou rampu. Tímto způsobem by byl spínač aktivován, pokud jde o jeho limit, ale nebude v cestě, pokud se brána z nějakého důvodu vůbec nezastaví nebo se stále otáčí v důsledku setrvačnosti.

Krok 11: Programování elektroniky

Programování elektroniky bylo celkem jednoduché. Pro RF přijímač jsem použil knihovnu rcswitch, která zpracovává všechny drobné detaily přijímání signálu z dálkových ovladačů. Zbytek byl jen hromada smyček pro kontrolu různých podmínek. Jednou z těchto podmínek byla kontrola nadproudové ochrany. K tomu jsem použil počitadlo smyčky. Pokud chcete, abych to vysvětlil podrobněji, najdete přiložený kód a komentář.

Krok 12: Odhalené problémy a jejich řešení

Během tohoto projektu jsem se potýkal se spoustou mechanických a elektrických problémů. Už jsem několik zmínil, ale uvedu je níže.

1. Koncové spínače s tvrdým zastavením: To se stalo problémem, protože koncové spínače by dostaly velkou sílu i poté, co by došlo k přerušení napájení brány. Tak těžká hmota má spoustu setrvačnosti. A žádný pevný vypínač, na který jsem myslel, nestačil absorbovat tuto setrvačnost. Oprava je použít rolovací koncové spínače jako já.

2. Umístění koncových spínačů uvnitř tvrdých limitů: Vaše fyzické umístění koncového spínače musí být takové, aby i když koncový spínač nefunguje, brána se nemůže vejít do spínače a zničit ho. To se stalo problémem, když se jeden z vodičů koncového spínače odlomil a brána se stočila do spínače, čímž se zničil držák a spínač. Opravil jsem to posunutím držáku řetězu ven, aby za žádných okolností nemohl zasáhnout koncový spínač.

3. Příliš vysoké napnutí řetězu: Když jsem řetěz poprvé nasadil, utáhl jsem ho natolik, že na hřídel motoru kolmo k jeho rovině pohybu působilo velkou silou. Z tohoto důvodu byl motor neúčinný, protože bojoval s velkým třením. To by nebyl problém, kdybych udělal správný držák motoru s ložisky a vším, ale neměl jsem na to odborné znalosti. Navíc brána nebyla po celé délce rovná, takže se řetěz pohyboval zleva doprava. Abych tento problém vyřešil, jednoduše jsem uvolnil řetěz. Nefunguje to hladce.

4. EM interference z nabíječky: Nabíječka baterií, kterou jsem chtěl použít, produkovala tolik EMI, že přijímač byl neúčinný a riskantní. Zkoušel jsem použít stínění, ale věřím, že kombinace vodivého a vyzařovaného EMI byla příliš velká na to, aby obvod zvládl. Oprava pro toto není trvalé řešení, ale použil jsem mnohem větší nabíječku s kovovým tělem, která je téměř 20krát silnější, než je potřeba. Ale zatím to funguje.

5. Dosah RF: RF přijímač, který jsem použil, nebyl nejlepší. Byl to jeden z těch levných 1 $. Dosah, i když není nijak hrozný, mi na pohodlí nestačí. Prozatím jsem to jen optimalizoval pomocí drátové antény, ale budu hledat lepší řešení RF.

6. Kopírování dálkových ovladačů RF: Byl to tak hloupý problém, když jsem na to konečně přišel, zasmál jsem se. Takže jsem věnoval těmto programovatelným dálkovým ovladačům, které se mohou naučit kódy z jiných dálkových ovladačů. Použil jsem jeden z nich jako základní linku a poté jsem se pokusil zkopírovat kódy toho druhého do druhého. Po několika hodinách hraní jsem zjistil, že nemůžete kopírovat dálkový ovladač z jiného podobného ovladače. Kódy můžete kopírovat pouze ze standardních dálkových ovladačů. Trvalo mi nespočet hodin, než jsem na to přišel. Snažte se tedy nespadnout do stejné pasti. Oprava je použít jakýkoli jiný standardní dálkový ovladač a poté jej zkopírovat do všech programovatelných dálkových ovladačů.

7. Vrtání do tvrdé oceli: Byl to nepříjemný problém. Když jsem na bránu namontoval řetězové konzoly, chtěl jsem do nich vyvrtat díru. Tehdy jsem zjistil, že ocel ztvrdla, protože jsem ji svařil. Pokusil jsem se tím projít, zlomil jsem mnoho kousků. Doporučuji tedy před svařováním vrtat. Ušetří vám spoustu starostí.

To byly některé z problémů, se kterými jsem se během své stavby setkal. Do tohoto seznamu se přidám, když budu přemýšlet o dalších problémech.

Krok 13: Dokončení stavby (Je stavba někdy dokončena?)

Dokončil jsem stavbu tím, že jsem dal všechno dohromady. Skříň elektroniky přešla na své místo a připojila se k napájení. Dokončil jsem 3D tištěné pouzdro pro ruční pohybové spínače a namontoval je tam, kde k nim byl snadný přístup. Na dráty jsem nasadil návleky a přivázal je na místo, aby se žádný drát nezachytil v pohyblivých částech. Demontoval jsem sestavu motoru, abych ji namaloval. Také jsem namaloval držáky řetězu, protože už začaly rezivět.

A bylo to. Automatický posuvník brány byl připraven k použití. Jsou to dva měsíce, co jsem to dokončil a stále to funguje podle očekávání. Až se vrátím domů, budu to vylepšovat, takže tomu opravdu nemohu říkat hotová stavba. Ale prozatím hotovo.

Utratil jsem za to více než 100 $ s ohledem na všechny věci, které jsem koupil, které jsem rozbil nebo nikdy nepoužil. Ale přesto budu rozpisovat kusovník, abych ukázal, že to lze udělat pod 100 dolarů, pokud tomu věnujete pozornost.

Krok 14: Kusovník

Mnoho dílů včetně oceli, motoru atd. Bylo recyklováno. Proto nemají nejlepší tloušťku nebo museli být vyčištěny. Ale nakonec jsem ušetřil spoustu peněz.

1. Motor stěrače větrného štítu AliExpress = 10 $ z vrakoviště
2. 12V olověná baterie 4,5 Ah = 10 $
3. 12V nabíječka baterií = 10 $
4. Motocyklový řetěz = 20 $ (méně ze smetiště)
5. Reléový modul AliExpress = 3 $
6. Arduino Uno AliExpress = 4 $
7. Aktuální senzor AliExpress = 2 $
8. RF modul AliExpress = 2 $
9. RF Remote AliExpress = 5 $
10. Bydlení = 15 $
11. Koncový spínač AliExpress = 5 $
12. Různé (ocel, drát atd.) = 14 $

Celkem = 100 $

Krok 15: Závěr

Tento projekt běží již dva roky. A nebyly žádné další problémy. Bez ohledu na to každou chvíli provádím přírůstková vylepšení. Upgradoval jsem dálkové ovladače, přidal vodotěsné spínače, znovu provedl zapojení, přidal snímání napětí, upgradoval nabíječku a mnoho dalšího.

Stavba se ukázala jako velmi spolehlivá díky vysokému teplu a dešti. Jsem hrdý na to, co jsem dokázal postavit, a to také za velmi nízkou cenu. Brzy budu stavět další systém pro některé příbuzné s několika dalšími vylepšeními mého původního návrhu.

Doufám, že jste se z mé cesty touto stavbou něco naučili. Pokud máte nějaké dotazy nebo připomínky, zeptejte se.