Automatický systém sluneční clony Arduino Uno: 9 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Vytvořený produkt je automatický systém sluneční clony pro vozidla, je plně autonomní a je řízen teplotními a světelnými senzory. Tento systém by umožnil stínění jednoduše zakrýt okno auta, když auto dosáhlo určité teploty a když prošlo určitým množstvím světla skrz auto. Hranice byly nastaveny tak, aby stínění nefungovalo, když je vozidlo zapnuté. Do systému byl přidán přepínač pro případ, že byste chtěli zvýšit odstín, přestože nebyl splněn ani jeden z parametrů. Pokud byla například chladná noc a chtěli jste, aby bylo vaše auto chráněno soukromím, můžete jednoduše stisknout spínač a zvýšit stín. Můžete také vypnout vypínač a zcela vypnout systém.

Prohlášení o problému - „Když jsou vozidla ponechána v horku, může být vnitřní teplota vozidla velmi nepříjemná, zejména pro sebe při opětovném vstupu do vozidla nebo pro cestující ponechané ve vozidle. Systém žaluzií může také sloužit jako bezpečnostní zařízení, které brání tomu, aby se někdo díval dovnitř vašeho vozidla. “I když existují sluneční clony pro auta, která se snadno a snadno montují, někdy to může být oříšek a možná na to zapomenete. S automatickým systémem sluneční clony byste nemuseli stínidla ručně nasazovat ani pamatovat, protože by se v případě potřeby automaticky zvedli.

Zdroj obrázku:

Krok 1: Proces koncepce návrhu

Chtěl jsem jednoduchý design a použití, které by bylo možné nakonec integrovat do vozidla. To znamená, že by to byla již nainstalovaná funkce pro vozidlo. Nicméně, jak je v současné době konstruován, může být použit také pro systémy okenních stínítek. Pro proces vytváření designu bylo vytvořeno několik skic a nápadů, ale po použití rozhodovací matice byl nyní vyrobený produkt rozhodnutým konceptem pro konstrukci.

Krok 2: Použité materiály

Obrázky obsahují skutečné součásti použité v projektu. Datové listy projektu jsou v přiloženém dokumentu. Nebyly poskytnuty všechny datové listy. Stavba celého produktu mě stála zhruba 146 dolarů.

Většina dílů a součástí pocházela z Amazonu nebo obchodu s domácími potřebami s názvem Lowe's.

Další použitá zařízení:

Odstraňovače drátů

Kleště

Phillips šroubovák

Plochý šroubovák

Multimetr

Notebook

Stažený program Arduino

Krok 3: Logika: Jak to funguje

Obvod:

Prostřednictvím počítače nebo notebooku je kód z programátoru Arduino odeslán do Arduino Uno, které poté načte kód a vynutí příkazy. Jakmile je kód nahrán do Arduino Uno, nebude potřeba zůstat připojen k počítači, aby program pokračoval, pokud Arduino Uno dostane ke spuštění jiný napájecí zdroj. H - můstek v obvodu poskytuje výstup 5 voltů, což je dostačující k ovládání Arduino Uno. Umožnění systému fungovat bez počítače jako napájecího zdroje pro Arduino Uno, díky čemuž je systém přenosný, což je nezbytné, pokud chce být použit ve vozidle.

K Arduino Uno jsou připojeny dva koncové spínače, teplotní senzor, světelný senzor, LED RBG a H - Bridge.

LED RBG indikuje, kde se nachází spoušťová tyč. Když je spoušť v dolní poloze, spouští spodní koncový spínač, LED svítí červeně. Pokud je spoušť mezi oběma koncovými spínači, LED dioda svítí modře. Když je spoušť v horní části a narazí na horní koncový spínač, LED dioda ukazuje růžovo-červenou barvu.

Koncové spínače jsou vypínací spínače obvodu, které systému sdělují, aby zastavil pohyb motoru.

H -Bridge funguje jako relé pro řízení otáčení motoru. funguje to zapnutím ve dvojicích. střídá tok proudu motorem, který řídí polaritu napětí, což umožňuje změnu směru.

Napájení motoru zajišťuje 12voltová 1,5 A baterie. Baterie je připojena k H - můstku, takže lze řídit směr otáčení motoru.

Ruční přepínač je mezi baterií a H -můstkem a slouží jako součást Zapnuto/ Vypnuto, která simuluje zapnuté nebo vypnuté auto. Když je spínač zapnutý, což znamená, že je vozidlo zapnuté, nedojde vůbec k žádné akci. Tak při řízení vozidla stínidlo nebude fungovat. Když je spínač vypnutý, systém funguje, jako by byl podobně vypnutý, a bude fungovat správně.

Teplotní čidlo je základním prvkem obvodu, pokud není splněna teplota nastaveného prahu, neprovede se žádná akce, i když si všimnete světla. Pokud je prahová hodnota teploty splněna, kód zkontroluje světelná čidla.

Pokud jsou splněny parametry senzoru světla a teploty, systém oznámí motoru pohyb.

Fyzický kompenzátor:

K stejnosměrnému motoru s převodovkou 12 000 ot./min je připojeno ozubené kolo. Ozubené kolo pohání hnací tyč, která otáčí systémem řetěz a řetězová kola, který ovládá pohyb nahoru nebo dolů hliníkové tyče, která je připevněna k řetězu. Kovová tyč je připojena ke stínítku, což umožňuje její zvedání nebo spouštění v závislosti na tom, v čem aktuální parametry kódu požadují, aby stínidlo bylo.

Krok 4: Vývoj projektu

Proces tvorby:

Krok 1) Sestavte rámeček

Krok 2) Připojte součásti k rámu; zahrnuje ozubené a řetězové systémy, také válečkové stínítko s odstraněným zajišťovacím čepem

Pomocí kleští jsem sundal koncový kryt z roletového stínítka a odstranil zajišťovací kolík. Pokud si nedáte pozor, napětí pružiny v roletovém odstínu se uvolní, pokud k tomu dojde, je snadné jej znovu navinout. Držte stínítko válečku a otáčejte vnitřním mechanismem, dokud není těsné.

Krok 3) Vytvořte obvod na prkénku - pomocí propojovacích vodičů připojte správný pin na prkénko k digitálnímu nebo analogovému pinu Arduino.

Krok 4) Vytvořte kód v Arduinu

Krok 5) Testovací kód; Podívejte se na výtisk na sériovém monitoru, pokud problémy opravují kód.

Krok 6) Dokončete projekt; Kód pracuje s vytvořenou strukturou obvodu a produktu.

K vytvoření projektu mi pomohla řada fór a výukových videí.

Seznam doporučení:

• 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…

Díky pokusům a omylům, výzkumu a další pomoci kolegů a vysokoškolských profesorů se mi podařilo vytvořit svůj konečný projekt.

Krok 5: Proces vytváření: Framework

Výrobek měl být zkonstruován tak, aby jej bylo možné vyrobit s díly, které lze celkem snadno získat.

Fyzický rám byl vyroben pouze z cedrového dřeva a šroubů.

Rám je dlouhý 24 palců a vysoký 18 palců. je to zhruba měřítko 1: 3 průměrného čelního skla vozidla v plné velikosti.

Fyzický výrobek má dvě plastové soupravy ozubených kol a řetězu, dvě kovové tyče a válečkové stínítko.

K stejnosměrnému motoru je připojeno ozubené kolo, které otáčí kovovou tyčí, která funguje jako hnací hřídel, která ovládá pohyb řetězu. Byla přidána tyč řidiče, aby se stín pohyboval rovnoměrně.

Ozubené kolo a řetěz umožňují zvedání a spouštění stínění jinou kovovou tyčí a působí jako spoušť pro dva koncové spínače..

Roletové stínítko v sobě původně mělo při nákupu uzamykací mechanismus a já jsem ho vytáhl. To dalo roletovému stínění schopnost být vytaženo nahoru a spuštěno dolů, aniž by bylo zajištěno do polohy, jakmile se pohyb zvedání zastavil.

Krok 6: Nastavení zapojení

Zapojení muselo být úhledně uspořádáno a dráty musely být odděleny, aby mezi dráty nedocházelo k žádnému rušení. Během tohoto projektu nebylo provedeno pájení.

Jako světelný detektor se používá světelný senzor Ywrobot LDR, je to fotoodpor připojený k analogovému kolíku A3 na Arduino UNO

Jako nastavený teplotní parametr projektu se používá teplotní senzor DS18B20, který se načítá ve stupních Celsia a já jsem jej převedl na čtení ve stupních Fahrenheita. DS18B20 komunikuje přes 1-Wire sběrnici. Aby bylo možné DS18B20 používat, je nutné stáhnout knihovnu a integrovat ji do skici kódu Arudino. Teplotní čidlo je připojeno k digitálnímu pinu 2 na Arduino UNO

LED RBG se používá jako indikátor polohy stínu. Červená je, když je stín zcela nahoře nebo úplně dole, a modrá, když je v pohyblivém stavu. Červený pin na LED připojen k digitálnímu pinu 4 na Arduino UNO. Modrý pin na LED připojený k digitálnímu pinu 3 na Arduino UNO

Mikro koncové spínače byly použity jako body zastavení polohy stínu a zastavení pohybu motoru. Koncový spínač ve spodní části připojen k digitálnímu kolíku 12 na Arduino UNO. Koncový spínač v horní části připojen k digitálnímu kolíku 11 na Arduino UNO. Oba byly nastaveny na počáteční stav nula, když nebyly spuštěny/ stisknuty

Pro řízení otáčení motoru byl použit duální H-můstek L298n. Byl potřebný pro zvládání poskytovaného proudu baterie. Napájení a uzemnění z 12V baterie je připojeno k H-Bridge, který poskytuje energii pro převodový motor 12V 200 ot./min. H-Bridge je připojen k Arduino UNO

Napájení motoru zajišťuje dobíjecí baterie 1,5 V, 12V

Pro tento projekt byl použit kartáčovaný stejnosměrný motor 0,6 A 200 ot./min. Byl příliš rychlý na to, aby fungoval v plném pracovním cyklu, a přitom byl řízen modulací šířky pulsu (PWM)

Krok 7: Data návrhu projektu

K vypracování projektu nebylo potřeba mnoho experimentálních dat, výpočtů, grafů nebo křivek. Světelný senzor by mohl být použit pro velký rozsah jasu a teplotní senzor má rozsah od -55 ° C do 155 ° C, což více než vyhovuje našemu teplotnímu rozsahu. Samotné stínítko je vyrobeno z vinylové tkaniny a připevněno k hliníkové tyči a vybrána byla baterie 12V, protože jsem nechtěl mít problém s napájením. Motor 12V byl vybrán, aby zvládl napětí a proud dodávaný z baterie a na základě předchozích znalostí, že by měl být dostatečně silný, aby fungoval pod silami, které by byly použity. Byly provedeny výpočty, aby se potvrdilo, že skutečně zvládne točivý moment, který by byl aplikován na hřídel motoru 0,24 palce. Protože přesný typ hliníkové tyče nebyl znám kvůli použití osobních potřeb, byl pro výpočty použit hliník 2024. Průměr tyče je asi 0,25 palce a délka je 18 palců. Pomocí online kalkulačky hmotnosti kovového obchodu je hmotnost tyče 0,0822 lb. Použitá vinylová tkanina byla uříznuta z většího kusu o hmotnosti 1,5 lb. Použitý čtvercový kus látky měří 12 palců na šířku 18 palců a je poloviční velikosti původní kus. Z tohoto důvodu je hmotnost našeho kusu látky přibližně 0,75 lb. Celková kombinovaná hmotnost tyče a látky je 0,8322 lb. Točivý moment způsobený těmito kombinovanými zátěžemi působí ve středu hmotnosti tyče a byl vypočítán vynásobením celkovou hmotnost o poloměru hřídele 0,24 palce. Celkový točivý moment bude působit na střed tyče s hodnotou 0,2 lb-in. Tyč je vyrobena z jednoho materiálu s jednotným průměrem a má na jednom konci podpěru řetězu a na druhém konci hřídel motoru. Protože podpěra řetězu a hřídel motoru jsou ve stejné vzdálenosti od středu tyče, je točivý moment způsobený hmotností rozdělen na oba konce rovnoměrně. Hřídel motoru proto musel zvládnout polovinu točivého momentu kvůli hmotnosti nebo 0,1 lb-in. Náš stejnosměrný motor má maximální točivý moment 0,87 lb-in při 200 otáčkách za minutu, což více než pojme sluneční clonu a tyč, takže motor byl implementován, takže testování mohlo začít. Výpočty mě přiměly uvědomit si, že motor by neměl fungovat za maximálních podmínek, takže pracovní cyklus by musel být snížen ze 100 procent. Pracovní cyklus byl kalibrován pokusem a omylem, aby se určila ideální rychlost pro zvedání a spouštění sluneční clony.

Krok 8: Skica Arduino

K programování kódu jsem použil Arduino IDE. Stáhněte si programátora prostřednictvím webové stránky

Použití je jednoduché, pokud jste ho nikdy předtím nepoužívali. Na YouTube nebo na internetu je mnoho výukových videí, která se naučí kódovat program v softwaru Arduino.

Jako hardware pro svůj projekt jsem použil mikrokontrolér Arduino UNO. Měl jen tolik digitálních pinových vstupů, které jsem potřeboval.

Přiložený soubor je mým kódem pro vytištění projektu a sériového monitoru. Jak je patrné v dokumentu, který zobrazuje výtisk, uvádí, že stín je úplně nahoru nebo úplně dolů a při pohybu nahoru nebo dolů.

Aby bylo teplotní čidlo DS18B20 použitelné, byla použita knihovna s názvem OneWire. Tuto knihovnu najdete na kartě Skica, když je otevřený program Arduino.

Aby kód fungoval, ujistěte se, že při odesílání kódu používáte správný port a desku, pokud ne, Arduino vydá CHYBU a nebude správně fungovat.

Krok 9: Konečný produkt

Vložil jsem všechny kabely do krabice, abych je chránil před poškozením nebo odstraněním, což způsobilo, že obvod nemusí fungovat.

Video zobrazuje všechna možná nastavení pro automatickou sluneční clonu. Stín stoupá a světlo je zakryto, aby se stín vrátil dolů. To funguje pouze proto, že byl splněn teplotní práh, pokud by teplota nebyla dostatečně teplá, stín by se vůbec nepohyboval a zůstal by dole v klidové poloze. Teplotu požadovanou pro fungování systému lze podle potřeby změnit a upravit. Přepínač ve videu má demonstrovat, kdy je vozidlo zapnuté nebo když chcete přestat dodávat energii motoru.

Produkt je plně přenosný a autonomní. Je navržen tak, aby byl předmětem, který je zabudován do vozidla jako automatický stínící systém, ale může použít současnou konstrukci pro venkovní stínící systémy nebo uvnitř domu pro okna.

Pro vnitřní použití může být produkt případně připojen k domácímu termostatu fyzicky nebo pomocí Bluetooth přizpůsobení obvodu a kódu, což umožní ovládat produkt pomocí mobilní aplikace. Nejde o původní záměr ani o to, jak je výrobek konstruován, pouze o potenciální využití designu.