Automatický odpadkový koš: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Jedná se o automatický otevírací koš na detekci pohybu. Má připojení wifi a odešle textovou zprávu, když je plná. Toto je vyrobeno pro ECE -297DP na University of Massachusetts - Amherst. Hlavním cílem tohoto kurzu bylo získat zkušenosti s praktickou elektronikou, protože jsem cítil, že stojím za svými vrstevníky a prospělo by mi, kdybych spojil věci, které jsem se naučil ze svých přednášek, se zážitkovou prací.

Potřebné materiály:

- 1x Arduino Uno

- 1x ESP-8266

- 2x Microservos

- 2x ultrazvukový detektor pohybu HC-SR04

- 1x RBG LED

- 3x 330 Ω odpory

- 1x 3.3 Napěťový regulátor

- 2x 100 uF elektrolytický kondenzátor

- 1x keramický kondenzátor 0,1 uF

- 1x Corona Extra 12-pack Longneck Bottle Beer Container

Krok 1: Původní plány a postup

Na začátku semestru jsem neměl plány, co bych chtěl dělat. Skočil jsem do této třídy bez myšlenky. Takže pro začátek jsem vyvinul snadný způsob, jak se pomalu pohybovat ve světě hobby elektroniky.

Kroky:

1. Naučte se základy Arduina

- To bylo provedeno podle průvodce vynálezce SparkFun, který je dodáván se startovací sadou. Umožnilo mi to naučit se základy odporů, LED, piezoelektrických prvků (zvuk), snímání a obecného kódování s Arduinem.

2. Podívejte se na online projekty DIY Arduino

- Cílem bylo najít inspiraci pro výrobu kreativní a užitečné elektroniky

3. Pomocí inspirace najděte, co jsem chtěl vyrobit

- Protože jsem líný člověk a protože moji přátelé, které mám v příštím semestru na pokoji, moc dobře neuklízejí, rozhodl jsem se udělat automatický odpadkový koš.

Původní plán pro to přišel s rozhovorem s jedním z mých vrstevníků, Bryanem Tamem, dalším studentem počítačového inženýrství. Mluvit s ním nahlas o kritice mých návrhů mi pomohlo pochopit proces návrhu. Proces převzetí problému a přemýšlení o řešení bez ohledu na to, jak neproveditelné, a poté debata o tom, jak uvedený projekt udělat. Naučilo mě to, že ambice a kreativita jsou pro projektování ve strojírenství prvořadé.

Zpočátku jsem chtěl vyrobit odpadkový koš, který by automaticky detekoval, kdy je koš plný, a pak zavřel nebo zabalil pytel. Po zkoumání možných způsobů, jak to navrhnout, jsem si uvědomil, že to bylo daleko od mých rukou. Mírně jsem tedy změnil cíl - vytvořit odpadkový koš, který by mohl poslat text, když je plný.

Když jsem se blížil ke konci semestru, měl jsem potíže s integrací komponenty WiFi pro odeslání textu a měl jsem obavy, proto jsem přemýšlel o jiných alternativách jako o poplašném systému. Podíval jsem se směrem k piezoelektrickým prvkům, abych snad vydal otravný zvuk, který se nezastaví, dokud nebude vynesen odpad. Také jsem se podíval na použití LED k vytvoření různých barev pro indikaci úrovně koše.

K vytvoření toho budou zapotřebí dva senzory: jeden pro to, aby zvenčí vycítilo, kdy se nad ním otevře ruka, a druhý pro detekci úrovně odpadu. Původně pouze WiFi modul odeslal text jako alarm, ale na konci semestru jsem se rozhodl přidat světlo na horní část koše, aby to podpořilo.

Toto je návrh projektu, se kterým jsem se setkal a prošel až do konce.

Krok 2: Výzkum

Abych se připravil na toto utrpení, prozkoumal jsem několik věcí.

Nejprve zkoumám obecný způsob kódování Arduina. Cvičení se sadou vynálezců SparkFun nesmírně pomohlo; zvykl jsem si na to, že musím připojit piny k Arduinu a jak používat prkénko.

Pak jsem zvláště cvičil používání serva, protože jsem věděl, že takhle bych potřeboval ovládat víko, aby se točilo. Nejprve si nacvičte ovládání jejich načasování a poté kombinujte použití s podmíněnými, abych mohl ovládat, kdy jsou aktivovány.

Pak jsem zkoumal, jaké senzory použít. Existovaly dva typy: Ultrazvukový senzor (HC-SR04) a infračervený senzor (PIR Motion Sensor). Ultrazvukový senzor vysílá impuls, který je poté odrazen zpět a je přečten HC-SR04, vypočítá čas v tomto intervalu, aby určil vzdálenost mezi ním a místem odrazu. Rozhodl jsem se použít ultrazvukový senzor pro vnitřní senzor, protože detekce vzdálenosti by byla užitečnější, zejména proto, že odpad nevyzařuje mnoho záření. Pak jsem se rozhodl, že bude jednodušší použít HC-SR04 pro vnitřní i vnější senzor.

Při zkoumání ESP-8266 jsem se hodně naučil, jak funguje wifi. Dozvěděl jsem se o přístupových bodech a staničních bodech. Také jsem se dozvěděl o webových serverech jako o možné možnosti. Na konci. ESP je vlastní deska, kterou lze naprogramovat zcela samostatně na Arduino. Je tedy dokonce možné vytvořit celý tento projekt pouze pomocí něj. Abych naprogramoval ESP, připojil jsem ho k Arduinu a připojil GND v Arduinu na Reset, aby se deaktivoval a fungoval jako komunikátor mezi ESP a kabelem USB.

Poté jsem se dozvěděl, že mohu přimět ESP, aby fungoval jako klient, který chce přistupovat nebo požadovat data z webové stránky. Když jsem to věděl, použil jsem web IFTTT.com k vytvoření apletu, který propojil webhooky se zprávami SMS v mém celku tak, že když je spuštěna událost (když klient požaduje data z konkrétní adresy URL, odešle text).

Další věc, kterou jsem zkoumal, byly regulátory napětí, diody a odpory. Pro připojení LED k Arduinu byly potřeba odpory. Diody a regulátory napětí byly možným řešením pro napájení ESP-8266, protože pro Vcc vyžaduje přísně 3,3 V. Nejjednodušším řešením byl regulátor napětí. Ačkoli na Arduinu existuje možnost 3,3 V, vzal jsem to jako příležitost dozvědět se více.

Poté jsem se dozvěděl o kondenzátorech, které jsou nezbytné pro fungující regulátor napětí. Kondenzátory pomáhají vyrovnat napětí v případě, že příliš „poskakuje“nebo „škytá“. 2 elektrolytický a 1 keramický kondenzátor je obvyklé pro regulátory napětí.

Většina výzkumu se pokoušela ladit můj kód, protože při jeho tvorbě došlo k mnoha chybám.

Krok 3: Narazené potíže a jak jsem je překonal

Většina obtíží na začátku semestru byla prostě skutečnost, že jsem nezkušený. Nikdy předtím mě ani nenapadlo něco stavět, takže jsem se bál, abych nebyl příliš ambiciózní nebo příliš jednoduchý. Proto jsem výběr nápadu tak dlouho odkládal.

K překonání tohoto problému rozhodně pomohlo mluvit se seniorem, který měl zkušenosti. Bryan dokázal kritizovat mé nápady a říci mi, které se ubírají správným směrem a které špatným směrem. Pomohl mi uvědomit si, že musím vzít v úvahu úroveň svých dovedností, zdroje, ke kterým jsem měl přístup, a řízení času.

Časové řízení pro mě bylo také velmi obtížné. Už vím, že mám slabost, pokud jde o řízení času, zejména proto, že tento semestr byl neuvěřitelně nabitý, protože jsem byl přetížen 21 kredity.

Byly doby, kdy jsem práci na svém projektu musel obětovat, ale abych to překonal, věnoval jsem práci na projektu nejméně jednu hodinu výzkumu o víkendech a každý druhý týden o víkendech, abych mohl pracovat na M5.

Další problém, který jsem měl, byl nedostatek znalostí většiny částí. Nevěděl jsem, jak fungují a kde se kde připojují dráty. Abych to překonal, naučil jsem se cennou výhodu vyhledávání katalogových listů online, což mi pomohlo pochopit, jaký je nezbytný napěťový vstup a kde je třeba zapojit VCC, GND a vstupy. Pamatuji si, že jsem konkrétně pracoval na pokusu o připojení serva k detektorům pohybu a byl jsem frustrovaný, protože serva vůbec nefungovala.

To mě přimělo vyzkoušet různá serva v naději, že s nimi není něco v pořádku. Stále však nefungovaly, což znamenalo, že to muselo být buď moje zapojení, nebo můj kód. Poté jsem se pokusil použít externí zdroj napájení připojením serva ke 4 bateriím AA, jak jsem se dočetl, že někdy USB na PC nemusí dávat dostatečné napětí k jejich napájení. Nakonec jsem se rozhodl jednoduše se podívat na datový list a uvědomil jsem si, že to bylo jen proto, že moje zapojení bylo po celou dobu nesprávné.

Mojí nejtěžší překážkou bylo pokusit se integrovat WiFi komponentu do Arduina. Hledal jsem mnoho návodů online a jednoduše pochopit programování, protože pro mě bylo těžké to pochopit. Jedna konkrétní webová stránka mi však pomohla a seznámila mě s IFTTT. Věřil jsem, že jsem dosáhl vítězství, ale neuvědomil jsem si, že desky jsou oddělené a skončil jsem s programováním desek s jiným kódem. Týden jsem se zasekl ve snaze zjistit, jak je připojit, ale internet nepomohl. Abych tuto překážku překonal, nakonec jsem jednoduše požádal o pomoc doktora Mallocha. Jsem velmi hrdý člověk a mám sklon dělat věci sám. Dříve mi pomohl, ale nebyl to můj velký problém, ale spíše diskuse o možných způsobech, jak přistoupit k mému projektu. Jednoduše požádání Dr. Mallocha okamžitě vyřešilo integraci mého ESP-8266.

Tento projekt mi pomohl dostat mě na své místo a uvědomit si, že bych měl pracovat a žádat lidi o pomoc více, protože inženýrství není sólový projekt, ale týmová dynamika.

Krok 4: Změny na M5 pomohou zefektivnit proces učení

M5 byl pro mě v tomto semestru fantastický nástroj. Již přichází se spoustou zdrojů pro nové průzkumníky a zkušené veterány.

Myslím, že M5 by mohlo pomoci zefektivnit proces učení tím, že by se konalo více workshopů o širší škále témat a jejich větší ohlašování. Sotva jsem slyšel o workshopech, které probíhaly na M5, a jediné, o kterých jsem věděl, byly dílny na pájení.

Pomohly by i další workshopy jako „Jak postupovat při navrhování“nebo „Jak používat 3D tiskárnu“. Možná mají tyto workshopy, ale nikdy jsem o nich neslyšel.

Krok 5: Co jsem nakonec dosáhl

Byl jsem schopen vyrobit automatický odpadkový koš

Ještě důležitější je, že jsem se naučil důležitost řízení času, jak stavět obvody a používat elektronické součástky. Dozvěděl jsem se o Arduinu, vlnách a snímání, odporech, prkénkách, WiFi, ESP-8266, webových serverech, regulátorech napětí, diodách atd. Dokázal jsem dosáhnout přesně toho, co jsem měl na mysli. Chcete-li porozumět praktické úrovni o elektronice a obvodech.

Také to ve mně vyvolalo kreativní oheň, protože vytváření tohoto projektu, i když bylo někdy velmi frustrující, bylo velmi zábavné a obohacující. Konečně porozumět tomu, jak část funguje, nebo jak kód fungovat, jak jsem chtěl, stálo za hodiny vylepšení a změn, které jsem musel udělat. Pomohlo mi to pochopit, že to je to, co jsem chtěl dělat. Na začátku semestru jsem váhal ohledně elektrotechniky a počítačového inženýrství, protože jsem v tom neměl zkušenosti, abych věděl, jestli se mi to líbí nebo ne. Stejně jako to, že někdo neví, jestli má rád sport, videohry nebo koníčky, pokud to nezkusí.

Mým největším úspěchem bylo, že jsem mohl sebevědomě říci, že chci pokračovat v elektrotechnice a počítačovém inženýrství.

Krok 6: Jak by někdo jiný mohl následovat v mých stopách

Pokud je někdo ve stejné situaci, v jaké jsem byl na začátku semestru, doporučil bych udělat stejné kroky, jaké jsem nastínil v „Původní plány a postup“. To mi opravdu pomohlo pomalu vybrat, co mě zajímalo a co bych mohl dělat.

Konkrétně pro tento projekt níže nastíním, jak si jej vyrobit.

Krok 1: Pokračujte na IFTTT.com, zaregistrujte své telefonní číslo a poté vytvořte aplet. Zvolte „if“, aby byly webhooky, a „that“jako SMS. Jakmile bude vytvořen, vyhledejte ve vyhledávacím poli Maker Webhooks a klikněte na dokumentaci. Vyplňte informace svým vlastním názvem události a zkopírujte adresu URL. Toto je adresa URL, kterou použijete pro kód ESP-8266, který najdete ve spodní části.

Krok 1: Připojte ESP-8266 jako takový:

RXD -> RX

TXD -> TX

VCC -> VCC

CH_PD VCC

GPIO0 -> GND

GND -> GND

Poté připojte GND na Arduinu k Reset na něm a deaktivujte jej.

Krok 2: Zadejte kód dole a nahrajte jej na ESP-8266 (nejprve si stáhněte desku esp-8266 na IDE). Poté odpojte ESP-8266.

Krok 3: Připojte serva k pinům 8 a 9 na Arduinu

Krok 4: Připojte první senzor HC-SR04 k pinům 10 a 13 (pro spouštění a ozvěnu). Poté připojte druhý k pinům 11 a 12 (opět pro trig a echo).

Krok 5: Připojte RGB LED k pinům 4 (červená), 5 (zelená) a 6 (modrá).

Krok 6: Připojte GPIO2 ke kolíku 2

Krok 7: Zadejte kód dole (ECE_297_DP) a nahrajte jej do Arduina.

Krok 8: Najděte starý recyklovaný pivní box a kousek lepenky na víko. Horké lepidlo nanuk naneste na servo a poté za horka přilepte serva na vnitřní stranu robota na každé straně. Přilepte víčko na tyčinky nanuku. Přilepte dva senzory k víku (vnitřní je ten, který detekuje odpadky (kolíky 11 a 12) a vnější je ten, který detekuje pohyb (kolíky 10 a 13). Poté přilepte LED k horní části víka. A zalepte kabeláž za krabici, abyste skryli ošklivé zapojení.

Krok 7: Co bych udělal dále

Pohybem vpřed v projektu jsem měl několik nápadů, jak implementovat kromě LED také zvukový alarm. Protože jsem dostal ESP-8266 do práce, rozhodl jsem se, že ne. Pokud bych se však pohnul vpřed, bylo by zajímavé přidat jeden a naštvat lidi, aby vynášeli odpadky.

Také bych rád pracoval na definitivnějším projektu, protože toto je většinou důkaz koncepčního projektu. Pokud bych se měl pohnout kupředu, použil bych skutečný odpadkový koš nebo mohutnější plastový kontejner. Navíc bych chtěl být efektivnější s elektroinstalací, protože je velmi špinavá.

Jednou alternativou k ESP-8266, na kterou jsem se díval, zatímco jsem se obával, že ji nebudu moci integrovat, bylo použití modulu Bluetooth. Můj přítel Sean mi zmínil, že v minulosti již vytvořil projekt, kdy musel odeslat data ze svého projektu do svého telefonu a použít modul Bluetooth. Řekl, že to bylo relativně snadné. Než jsem do toho udělal nějakou vážnou detektivní práci, dostal jsem do práce modul WiFi. Myslím, že by bylo zajímavé sledovat, kam by mě ta cesta vedla.

Kromě toho bych rád implementoval část „automatické balení sáčku na odpadky“, ale ta je aktuálně mimo moji ligu. Možná se v budoucnu k tomuto projektu vrátím a pokusím se ho zefektivnit.