Automatyczny suwak bramy poniżej 100 USD: 15 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Latem tata zmotywował mnie do zastanowienia się nad zakupem automatyki do bram i jej ustawieniem. Zacząłem więc badania i przyjrzałem się rozwiązaniom w zakresie pakietów na AliExpress i lokalnych dostawcach. Lokalni dostawcy oferowali kompletne rozwiązania, w tym instalację za > 1000 USD. Były to włoskie systemy i miały być bardzo wysokiej jakości. Ale cena była poza naszym budżetem. Systemy na AliExpress były również dość drogie, najtańszy kosztował 500 USD przed opodatkowaniem. Zrezygnowałem z pomysłu zakupu kompletnego systemu i przyjrzałem się niektórym podejściom do majsterkowania.

Po moich wstępnych badaniach doszedłem do wniosku, że zbudowanie go od podstaw będzie bardzo trudne i czasochłonne. To też przy ograniczonych zasobach. Ale potem przyjąłem to jako wyzwanie i zacząłem układać ogólny plan.

Zajęło mi to wiele prób i błędów oraz dużo ciężkiej pracy, ale udało mi się skonfigurować niezawodny system w cenie, której żaden inny system nie może pobić.

Jeśli chcesz zbudować coś takiego, zachęcam Cię do tego, ponieważ wyjaśnię wszystkie problemy, które napotkałem podczas procesu budowania. Mam nadzieję, że będziesz w stanie uzyskać pewien wgląd i uniknąć błędów, które popełniłem.

Jeśli podoba Ci się to, co zrobiłem i wyjaśniłem, rozważ proszę możliwość oddania głosu. Każde wsparcie jest wysoko cenione. _

Obserwuj mnie również na innych platformach, gdy dzielę się moimi postępami między projektami.

Facebook: Warsztat Badara

Instagram: Warsztat Badara

Youtube: Warsztat Badara

Krok 1: Plan

Zacząłem myśleć o tym, jak sobie z tym poradzę. Istnieje wiele sposobów rozwiązania takiego projektu, z których każdy ma swoje zalety i wady.

Pierwszą rzeczą, którą zrobiłem, było zrozumienie istniejącego systemu, z którym pracowałem. Dla mnie oznaczało to moją ciężką, całkowicie metalową, przesuwną bramę. Dla Ciebie może to oznaczać coś innego i sugerowałbym, abyś najpierw w pełni zrozumiał swój system, zanim zdecydujesz się na strategię.

Zdałem sobie sprawę, że moja brama nie była zbyt dobrze zbudowana i miała pewne różnice w jej ruchu. Więc jakakolwiek miałaby być moja metoda tłumaczenia, musiałaby zaspokoić tę wariację. To sprawiło, że pomyślałem o użyciu łańcucha motocyklowego. Używałem ich już wcześniej, więc znałem ich działanie. Są tanie i ogólnodostępne. A ich duże sekcje oznaczają, że niewielka niewspółosiowość nie będzie miała większego znaczenia. Montaż łańcucha na górnej krawędzi działał dla mnie dobrze, ponieważ miałem na górze wspornik do montażu zespołu silnika, aby wszystko mogło porządnie usiąść na górze bramy.

Następnie przyszedł czas na wybór silnika. Kręciłem za niską cenę, więc sięgnąłem do mojego lewego pojemnika na części i znalazłem silnik wycieraczki samochodowej z mojego robota bojowego. Pamiętałem, że ten silnik miał duży moment obrotowy i był bardzo dobrze zbudowany. Byłem więc przekonany, że będzie miał wystarczającą moc, by przejechać bramę.

Na razie miałem cały plan, którego potrzebowałem. Elektronika i sterowanie to zupełnie inna historia i pojawią się później.

Krok 2: „Dokładne” testowanie silnika

Byłem więc pewien, że silnik będzie w stanie przesunąć bramę, ale nie zamierzałem budować całej rzeczy, a potem udowodnić, że się myliłem. Zrobiłem więc to, co powinni robić inżynierowie. Testowanie.

Cóż, myślę, że najpierw powinni wykonać obliczenia, ale nie miałem żadnych wartości do obliczenia. Więc odkurzyłem mojego starego robota bojowego i przywiązałem go do bramy. Robot bojowy wykorzystuje do napędzania dwa silniki wycieraczek przedniej szyby. I to była najbliższa rzecz, jaką udało mi się szybko skonfigurować w imię testów.

Dałem robotowi pełne gazy i co wiecie brama ruszyła. Mimo braku trakcji robot był w stanie przesunąć bramę. To mi wystarczyło, więc kontynuowałem.

Krok 3: Wykonanie montażu silnika

Z poprzedniego wypadku wiedziałem, że te silniki to nie żarty. A jeśli włożysz palec w zębatkę, możesz ją pocałować, kupując. Miałem wypadek, w którym prawie straciłem palec, kiedy budowałem robota bojowego, więc mówię z doświadczenia.

Bazując na tym doświadczeniu, chciałem, aby montaż był jak najbardziej schowany. Postanowiłem więc zamontować go na wsporniku, który przytrzymywał bramę na miejscu.

Najpierw przymocowałem stalową blachę między dwoma kątownikami. Dzięki temu mogłem zamontować zespół silnika na górze, nie martwiąc się o solidną podstawę.

Zdecydowałem się na zdemontowanie zespołu silnika z głównej podstawy bramy, ponieważ mogę chcieć pracować nad nim osobno. Wyłączenie silnika byłoby bardzo trudne, zwłaszcza że pracowałem w ciasnej przestrzeni. Opłaciło się to później, ponieważ wielokrotnie zdejmowałem zespół silnika, aby nad nim pracować.

Jak widać silnik podłączyłem do zespołu silnika. Zamocowałem również koło zębate do silnika i kilka kół łańcuchowych po obu stronach, aby poprowadzić łańcuch na koło zębate silnika i nie pozwolić mu ślizgać się pod obciążeniem.

Krok 4: Wykonanie wspornika łańcucha

Całym tematem tego projektu było obniżenie kosztów, dlatego chciałem ponownie wykorzystać stare kawałki stali, które miałem, zamiast kupować nowe. Znalazłem stary kawałek kolby kątowej, który był wystarczająco gruby do mojego użytku.

Przyciąłem materiał na wymiar za pomocą szlifierki kątowej, a następnie zespawałem ze sobą, tworząc wspornik. Następnie przyspawałem wspornik na górze bramy. Ważną rzeczą do zapamiętania jest to, że nie chcesz spawać na pomalowanej powierzchni. Zawsze zeszlifuj farbę w obszarze spoiny.

Spawanie musiałem powtórzyć trzy razy. Po raz pierwszy nie zamontowałem wspornika poza fizycznymi twardymi ogranicznikami bramy. Więc kiedy to testowałem i przypadkowo zerwałem jeden z przewodów do wyłącznika krańcowego, wspornik wcisnął się w wyłącznik krańcowy i zerwał go. Dlatego ważne jest, aby zawsze montować wsporniki w taki sposób, aby nie mogły uszkodzić innej części systemu w przypadku awarii elektronicznych wyłączników krańcowych.

Za drugim razem było to, że zamontowałem wsporniki krzywo. To był mój pierwszy projekt spawalniczy i nie miałem odpowiednich zacisków, więc miałem trudności z ustawieniem wspornika.

Ostatnim błędem, który popełniłem, było wywiercenie otworu po całkowitym spawaniu wspornika. A ponieważ spawanie sprawia, że stal jest znacznie twardsza, znacznie trudniej ją wywiercić. Spędziłem trzy wiertła i godzinę ciągłego wiercenia, żeby zrobić dwa otwory.

Więc ucz się na tych błędach, jeśli planujesz zrobić coś podobnego. Przejdźmy do montażu łańcucha.

Krok 5: Instalacja łańcucha

Najpierw miałem na myśli różne pomysły, jak zamontować łańcuch tak, aby amortyzował wstrząsy, aby zapobiec przeciążeniu silnika podczas startu ze statycznej pozycji. Ale nic nie wydawało się dość proste do wdrożenia. Więc wybrałem najtańsze i najprostsze rozwiązanie.

Wziąłem jeden łańcuch i przeciąłem środkowe łożysko na końcu. Następnie wziąłem śrubę 3 i odciąłem łeb. Zabezpieczyłem śrubę w ostatnim kawałku łańcucha i przyspawałem. Może to nie jest najładniejsze rozwiązanie. Ale zadziała.

Połączyłem wszystkie łańcuchy od końca do końca, a następnie zabezpieczyłem koniec nakrętki we wsporniku łańcucha z jednej strony. Zmierzyłem, żeby zobaczyć, gdzie będę musiał przeciąć łańcuch po drugiej stronie. Zaznaczyłem to i powtórzyłem procedurę zgrzewania nakrętek.

Następnie zamontowałem łańcuch na szczycie bramy. Użyłem kilku śrub, aby zabezpieczyć dwa końce tak, aby śruba nie poluzowała się.

Kluczem w moim przypadku było nie napinanie zbyt mocno łańcucha, ponieważ spowodowałoby to duże obciążenie silnika i zębatek. Zamiast tego, pozostawienie ciężkiego łańcucha na górnej krawędzi bramy wydawało się najlepszym sposobem na uniknięcie stałego obciążenia silnika.

W ten sposób, gdy silnik zacznie przesuwać bramę, musi najpierw pociągnąć ciężar łańcucha, zanim faktycznie pociągnie bramę. Działa to jak sprężyna, aby uniknąć przeciążenia silnika.

Mechaniczna część otwieracza bramy jest kompletna. Możemy przejść do testów, aby sprawdzić, czy to rzeczywiście działa.

Krok 6: Testowanie

Teraz, gdy mechaniczna strona projektu została ukończona, mogłem ją przetestować, aby znaleźć pewne załamania i możliwe pułapki. Użyłem akumulatora kwasowo-ołowiowego 12 V i po prostu ręcznie podłączyłem silnik do akumulatora. I tak! Brama zaczęła się poruszać. Wszystkie dotychczasowe wysiłki nie poszły na marne.

Podczas testów zdałem sobie sprawę z kilku rzeczy. Jednym z nich było to, że kanał bramy musiał być czysty i wszystko musiało być odpowiednio nasmarowane. W przeciwnym razie mały silnik może mieć trudności z poruszaniem bramy.

Kolejną ważną rzeczą było to, że musiałem mieć jakieś elektroniczne zabezpieczenie przed przeciążeniem dla mojego silnika na wypadek, gdyby elektroniczne wyłączniki krańcowe przestały działać. Nie chciałem usmażyć silnika, gdyby tak się stało.

Określiłem również właściwe napięcie łańcucha dla optymalnej wydajności, testując pobór prądu silnika przy różnych napięciach. Niższe napięcie było lepsze, ponieważ pochłaniało wszystkie niedoskonałości wyrównania, poruszając się w lewo i w prawo, bez obciążania silnika.

Dzięki tym wynikom byłem gotowy do rozpoczęcia prac nad elektryką.

Krok 7: Plan elektroniki

Tak więc plan po stronie elektroniki polegał na tym, aby wszystko było tak proste, jak to możliwe, przy zachowaniu pożądanej funkcjonalności.

Zasilanie będzie pochodzić z akumulatora kwasowo-ołowiowego 12 V, który będzie podłączony do ładowarki akumulatora. Chociaż miałem sporo problemów z ładowarką, o czym opowiem później.

Pudełko na mózg będzie płytą arduino. Nic nadzwyczajnego, po prostu arduino uno. Sterowanie silnikiem będzie odbywać się za pośrednictwem 4-kanałowej płyty przekaźnikowej działającej jako mostek H. Komunikacja radiowa jest obsługiwana za pomocą modułu odbiornika 433 MHz. Jedna z tanich tablic za 1 $. Chociaż z perspektywy czasu nie jest to najlepszy pomysł. Więcej o tym później. Obecne wykrywanie będzie wykorzystywało czujnik prądu 20A. I wreszcie wyłączniki krańcowe i wyłączniki do obsługi ręcznej będą zwykłymi wyłącznikami.

Piloty, których użyłem były programowalnymi pilotami samochodowymi. Chociaż sprawiały mi też kłopoty.

Więc taki był plan. Przejdźmy do sedna sprawy.

Krok 8: Budowa elektroniki

Proces budowy elektroniki nie był niczym skomplikowanym. Zmontowałem wszystko w taki sposób, aby w razie potrzeby szybko wymienić części. Tam, gdzie to możliwe, użyłem pinów nagłówka i złączy widełkowych, aby umożliwić szybki demontaż. Użyłem stosunkowo dużej płyty proto do podłączenia wyłączników krańcowych i płyty RF. Posiadanie dużej tablicy pozwala mi dodawać więcej funkcji w przyszłości bez konieczności przerabiania istniejącego frameworka.

Jest kilka problemów, które napotkałem w związku z elektroniką. Pierwsza była tablica przekaźnikowa. Ścieżki na płytce przekaźników nie zostały zaprojektowane do obsługi dużych prądów przy niskich napięciach. Niektóre płytki przekaźników mają cynowane ślady, ale moje nie. A jeden ze śladów po pewnym czasie wybuchł. Zmostkowałem więc wszystkie linie wysokoprądowe odpowiednim rozmiarem przewodu.

Kolejnym dużym problemem była ładowarka powodująca wiele zakłóceń EM. Wynikało to z faktu, że ładowarka była niemarkowa i nie miała żadnych certyfikatów. A interferencja mieszała się z obwodem. Losowo nie reagowałby na polecenia rf. Zdałem sobie sprawę, że był to problem EM, kiedy zbliżyłem laptopa do elektroniki w celu programowania i całkowicie wymknął się spod kontroli. Kupiłem w pełni metalową ładowarkę do ciała, która była bardzo przeciążona do mojego użytku, ale wydaje się, że na razie działa dobrze. Jednak zmienię to później.

Miałem też problemy ze złączami, których użyłem do zewnętrznych przełączników. Są bardzo kruche i pękają przy wielokrotnym wyjmowaniu. Muszę jeszcze wymyślić do tego jakieś lepsze złącza.

Użyty przeze mnie moduł RF jest bardzo prostym modułem i jego zasięg wcale nie jest imponujący. Ale to było to, co miałem pod ręką i co działało, więc utknąłem z tym na razie. Chociaż planuję uaktualnienie do lepszego modułu, szczególnie dlatego, że chcę, aby zakres nie był problemem. Nienawidzę iść w kierunku systemu tylko po to, żeby zadziałał.

Krok 9: Obudowa elektroniki

Na początku po prostu zamontowałem elektronikę na kawałku sklejki i planowałem zbudować na nim plastikowe pudełko. Ale wtedy zdałem sobie sprawę, że będzie to dużo pracy. Więc zamiast tego kupiłem duży pojemnik na żywność, który miał wodoodporną uszczelkę.

Zamontowałem akumulator i ładowarkę na dole. Zamontowałem elektronikę na kawałku plastiku, który był dołączony do pudełka. Wypełniłem nacięcia na wszystkie przewody wychodzące z pudełka, a następnie użyłem trochę smaru silikonowego, aby upewnić się, że woda nie przedostanie się do środka. Zrobiłem też wydrukowaną w 3D osłonę anteny, próbując zmaksymalizować zasięg.

Pudełko działa idealnie. To jasne, więc mogę zobaczyć, czy wszystko jest w porządku, bez konieczności otwierania. I przetrwał kilka poważnych deszczów, więc powinno być dobrze. Chociaż jednym z problemów jest ciepło wewnątrz pudełka, ponieważ jest ono przejrzyste, a słońce może szybko nagrzać elektronikę. Prostym rozwiązaniem jest przykrycie go inną otwartą pokrywą, aby uniknąć bezpośredniego światła słonecznego.

Krok 10: Wyłącznik krańcowy

Wyłącznik krańcowy bramy był poważnym problemem, ponieważ musiałem przejść przez kilka iteracji projektu, aby działał niezawodnie.

Na początku po prostu przykleiłem dwa przełączniki dźwigniowe po obu stronach mocowania i przykleiłem zderzaki na bramce, aby trafić w przełączniki. W zasadzie był to solidny pomysł, ponieważ widziałem, jak działa w drukarkach 3D. Ale po kilku testach oba przełączniki uległy uszkodzeniu i zderzaki się urwały. Zaktualizowałem do większych przełączników i dodałem piankę przed zderzakami w nadziei, że uniknę uderzenia. Ale i tak się zerwali.

Zdałem sobie sprawę, że brama ma dużą bezwładność, gdy uderza w wyłącznik krańcowy, a zatem posiadanie wyłącznika krańcowego siłowego prawdopodobnie nie zadziała. Poszedłem na rynek elektroniczny w poszukiwaniu pomysłów i znalazłem przełącznik rolkowy.

Zrobiłem do niego wydrukowany w 3D wspornik i wydrukowaną w 3D rampę. W ten sposób przełącznik zostałby uruchomiony, gdy dojdzie do jego granicy, ale nie stanie na przeszkodzie, jeśli z jakiegoś powodu brama w ogóle się nie zatrzyma lub dalej się toczy z powodu bezwładności.

Krok 11: Programowanie elektroniki

Programowanie elektroniki było dość proste. W przypadku odbiornika RF użyłem biblioteki rcswitch, która obsługuje wszystkie najdrobniejsze szczegóły odbierania sygnału z pilotów. Reszta to tylko kilka pętli if do sprawdzenia różnych warunków. Jednym z tych warunków było sprawdzenie zabezpieczenia nadprądowego. Użyłem licznika pętli, aby to sprawdzić. Możesz znaleźć załączony kod i komentarz, jeśli chcesz, abym wyjaśnił to bardziej szczegółowo.

Krok 12: Ujawnione problemy i ich rozwiązanie

W trakcie tego projektu napotkałem wiele problemów mechanicznych i elektrycznych. Wspomniałem o kilku wcześniej, ale wymienię je poniżej.

1. Wyłączniki krańcowe z twardym zatrzymaniem: Stało się to problemem, ponieważ wyłączniki krańcowe otrzymywały dużą siłę nawet po odcięciu zasilania bramy. Tak ciężka masa ma dużą bezwładność. I żaden twardy wyłącznik, jaki przyszło mi do głowy, nie wystarczył, aby wchłonąć tę bezwładność. Rozwiązaniem jest użycie krańcówek rolkowych, tak jak ja.

2. Umieszczenie wyłączników krańcowych w granicach sztywnych: Fizyczne umieszczenie wyłącznika krańcowego musi być takie, aby nawet jeśli wyłącznik krańcowy nie działa, brama nie może wtoczyć się do wyłącznika i go zniszczyć. Stało się to problemem, gdy jeden z przewodów wyłącznika krańcowego zerwał się i brama wtoczyła się do przełącznika, niszcząc wspornik i przełącznik. Naprawiłem to, przesuwając wspornik łańcucha na zewnątrz, aby w żadnych okolicznościach nie mógł uderzyć w wyłącznik krańcowy.

3. Zbyt wysokie napięcie łańcucha: Kiedy po raz pierwszy założyłem łańcuch, naciągnąłem go tak mocno, że wywierał dużą siłę na wał silnika prostopadle do jego płaszczyzny ruchu. Z tego powodu silnik był nieskuteczny, ponieważ walczył z dużym tarciem. Nie byłby to problem, gdybym wykonał odpowiednie mocowanie silnika z łożyskami i wszystkim, ale nie miałem do tego doświadczenia. Dodatkowo brama nie była prosta na swojej długości, więc łańcuch przesuwał się od lewej do prawej. Aby rozwiązać ten problem, po prostu poluzowałem łańcuch. Nie działa płynnie.

4. Zakłócenia EM z ładowarki: Ładowarka, której chciałem użyć, wytwarzała tak dużo EMI, że odbiornik był nieefektywny i podejrzany. Próbowałem zastosować ekranowanie, ale uważam, że połączenie przewodzącego i promieniowanego EMI było zbyt trudne dla obwodu. Rozwiązanie tego problemu nie jest rozwiązaniem trwałym, ale użyłem znacznie większej, metalowej ładowarki, która jest prawie 20 razy wydajniejsza niż potrzebna. Ale na razie to działa.

5. Zasięg RF: Odbiornik RF, którego użyłem, nie był najlepszy. To był jeden z tych tanich za dolara. Zasięg, choć nie straszny, to za mało, żebym czuł się komfortowo. Na razie zoptymalizowałem go za pomocą anteny przewodowej, ale będę szukał lepszego rozwiązania RF.

6. Kopiowanie pilotów RF: To był taki głupi problem, kiedy w końcu to rozgryzłem, roześmiałem się. Kupiłem więc te programowalne piloty, które potrafią uczyć się kodów z innych pilotów. Użyłem jednego z nich jako linii bazowej, a następnie próbowałem skopiować kody tego jednego do drugiego. Po wielu godzinach manipulacji dowiedziałem się, że nie można skopiować pilota z innego podobnego pilota. Możesz kopiować kody tylko ze standardowych pilotów. Zajęło mi niezliczone godziny, aby to rozgryźć. Staraj się więc nie wpaść w tę samą pułapkę. Naprawa polega na użyciu dowolnego innego standardowego pilota, a następnie skopiowaniu go do wszystkich programowalnych pilotów.

7. Wiercenie w twardej stali: To był denerwujący problem. Kiedy zamontowałem uchwyty łańcucha na bramie, chciałem wywiercić w nich dziurę. Wtedy dowiedziałem się, że stal stwardniała, bo ją spawałem. Złamałem wiele kawałków, próbując przez to przejść. Więc radzę wiercić przed spawaniem. Zaoszczędzi ci wielu kłopotów.

To były niektóre z problemów, które napotkałem podczas mojej budowy. Będę dodawał do tej listy, gdy myślę o kolejnych sprawach.

Krok 13: Ukończenie kompilacji (Czy kompilacja kiedykolwiek została ukończona?)

Sfinalizowałem kompilację, składając wszystko razem. Skrzynka elektroniki znalazła się na swoim miejscu i została podłączona do zasilania. Sfinalizowałem obudowę wydrukowaną w 3D dla ręcznych przełączników ruchu i zamontowałem je w łatwo dostępnym miejscu. Założyłem tuleje na przewody i związałem je, aby uniknąć zaczepienia drutu o ruchome części. Rozebrałem zespół silnika, aby go pomalować. Pomalowałem też wsporniki łańcucha, ponieważ już zaczęły rdzewieć.

I to było to. Automatyczny suwak bramy był gotowy do użycia. Minęły dwa miesiące odkąd go skończyłem i nadal działa zgodnie z oczekiwaniami. Będę wprowadzał ulepszenia, kiedy wrócę do domu, więc naprawdę nie mogę nazwać tego skończoną kompilacją. Ale na razie skończone.

Wydałem na to ponad 100 dolarów, biorąc pod uwagę wszystkie rzeczy, które kupiłem, które zepsułem lub nigdy nie użyłem. Ale nadal wymienię BOM, aby pokazać, że można to zrobić poniżej 100 USD, jeśli się na to zdecydujesz.

Krok 14: Zestawienie materiałów

Wiele części, w tym stal, silnik itp., zostało poddanych recyklingowi. Dlatego nie mają najlepszej grubości lub musiały zostać oczyszczone. Ale w końcu zaoszczędziłem dużo pieniędzy.

1. Silnik wycieraczek osłony wiatrowej AliExpress = 10 USD ze złomowiska
2. Akumulator kwasowo-ołowiowy 12 V 4,5 Ah = 10 USD
3. Ładowarka 12 V = 10 USD
4. Łańcuch motocyklowy = 20 USD (mniej ze złomowiska)
5. Moduł przekaźnikowy AliExpress = 3 USD
6. Arduino Uno AliExpress = 4 USD
7. Czujnik prądu AliExpress = $2
8. Moduł RF AliExpress = $2
9. Zdalne AliExpress = 5 USD
10. Obudowa = $15
11. Wyłącznik krańcowy AliExpress = 5 USD
12. Różne (stal, drut itp.) = 14 USD

Razem = 100 USD

Krok 15: Wniosek

Ten projekt działa już od dwóch lat. I nie było dalszych problemów. Niezależnie od tego, od czasu do czasu wprowadzam stopniowe ulepszenia. Zmodernizowałem piloty, dodałem wodoodporne przełączniki, poprawiłem okablowanie, dodałem wykrywanie napięcia, zmodernizowałem ładowarkę i wiele więcej.

Konstrukcja okazała się bardzo niezawodna podczas wysokich temperatur i deszczu. Jestem dumny z tego, co udało mi się zbudować, i to bardzo niskim kosztem. Wkrótce zbuduję kolejny system dla niektórych krewnych z kilkoma ulepszeniami w moim oryginalnym projekcie.

Mam nadzieję, że nauczyłeś się czegoś podczas mojej podróży przez ten build. Jeśli masz jakieś pytania lub komentarze, proszę pytaj.