Zautomatyzowany system ochrony przeciwsłonecznej Arduino Uno: 9 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Stworzony produkt to automatyczny system osłon przeciwsłonecznych dla pojazdów, jest w pełni autonomiczny i sterowany czujnikami temperatury i światła. Ten system pozwalał, aby cień po prostu zasłonił okno samochodu, gdy samochód osiągnął określoną temperaturę i gdy przez samochód przepuszczono określoną ilość światła. Granice zostały ustawione tak, aby cień nie działał, gdy pojazd jest włączony. Do systemu dodano przełącznik na wypadek, gdybyś chciał podnieść zasłonę, mimo że żaden z parametrów nie został spełniony. Na przykład, jeśli była chłodna noc i chciałbyś, aby Twój samochód był osłonięty, aby zapewnić prywatność, możesz po prostu nacisnąć przełącznik, aby podnieść cień. Możesz także wyłączyć przełącznik, aby całkowicie wyłączyć system.

Stwierdzenie problemu – „Kiedy pojazdy są pozostawione w upale, temperatura we wnętrzu pojazdu może stać się bardzo nieprzyjemna, szczególnie dla siebie podczas ponownego wsiadania do pojazdu lub dla pasażerów pozostawionych w pojeździe. Posiadanie systemu rolet może również służyć jako urządzenie zabezpieczające, aby uniemożliwić komuś zajrzenie do wnętrza pojazdu”. Chociaż istnieją osłony przeciwsłoneczne do samochodów, które są łatwe i proste w montażu, czasami może to być kłopotliwe i możesz zapomnieć o ich założeniu. Dzięki automatycznemu systemowi osłon przeciwsłonecznych nie będziesz musiał ręcznie zakładać rolet ani pamiętać o ich zakładaniu, ponieważ automatycznie podniosą się one w razie potrzeby.

Źródło obrazu:

Krok 1: Proces projektowania koncepcji

Zależało mi na prostym w wykonaniu i użytkowaniu projekcie, który można by w końcu zintegrować z pojazdem. Oznacza to, że byłaby to już zainstalowana funkcja w pojeździe. Jednak w obecnej konstrukcji może być również stosowany w systemach rolet okiennych. Na potrzeby procesu tworzenia projektu powstało kilka szkiców i pomysłów, ale po zastosowaniu matrycy decyzyjnej zdecydowaną koncepcją do zbudowania był teraz wykonany produkt.

Krok 2: Użyte materiały

Zdjęcia przedstawiają rzeczywiste komponenty użyte w projekcie. Arkusze danych projektu znajdują się w załączonym dokumencie. Nie wszystkie arkusze danych mogły być dostarczone. Zbudowanie całego produktu kosztowało mnie około 146 USD.

Większość części i komponentów pochodzi z Amazona lub sklepu z artykułami dla majsterkowiczów o nazwie Lowe's.

Inne używane urządzenia:

Narzędzia do ściągania izolacji

Szczypce

Śrubokręt krzyżakowy

wkrętak płaski

Multimetr

Laptop

Pobrany program Arduino

Krok 3: Logika: jak to działa

Obwody:

Za pośrednictwem komputera lub laptopa kod z programatora Arduino jest przesyłany do Arduino Uno, który następnie odczytuje kod i wymusza wykonywanie poleceń. Po przesłaniu kodu do Arduino Uno nie będzie potrzeby pozostawania w kontakcie z komputerem, aby kontynuować program, o ile Arduino Uno otrzyma inny zasilacz do działania. Mostek H w obwodzie zapewnia napięcie wyjściowe 5 woltów, które wystarcza do sterowania Arduino Uno. Umożliwienie pracy systemu bez komputera jako zasilacza dla Arduino Uno, czyniąc system przenośnym, co jest niezbędne do zastosowania w pojeździe.

Do Arduino Uno podłączone są dwa wyłączniki krańcowe, czujnik temperatury, czujnik światła, dioda LED RBG i mostek H.

Dioda LED RBG ma wskazywać, gdzie znajduje się pręt spustowy. Gdy spust znajduje się w dolnej pozycji wyzwalając dolny wyłącznik krańcowy, dioda LED świeci na czerwono. Gdy wyzwalacz znajduje się pomiędzy obydwoma wyłącznikami krańcowymi, dioda LED świeci na niebiesko. Gdy spust znajduje się na górze, uderzając w górny wyłącznik krańcowy, dioda LED pokazuje różowo-czerwony kolor.

Wyłączniki krańcowe to wyłączniki odcinające obwód, które informują system o zatrzymaniu ruchu silnika.

H - Bridge działa jako przekaźnik do sterowania obrotem silnika. działa poprzez włączanie w parach. zmienia przepływ prądu przez silnik, który kontroluje polaryzację napięcia, umożliwiając zmianę kierunku.

Akumulator 12 V, 1,5 A zapewnia zasilanie silnika. Akumulator jest podłączony do mostka H, dzięki czemu można sterować kierunkiem obrotów silnika.

Ręczny przełącznik dwustabilny znajduje się między akumulatorem a mostkiem H, który działa jako komponent włączania/wyłączania, symulujący, kiedy samochód jest włączony lub wyłączony. Gdy przełącznik jest włączony, wskazując, że pojazd jest włączony, żadne działanie nie zostanie wykonane. W ten sposób podczas jazdy samochodem zasłona nie będzie działać. Gdy przełącznik jest wyłączony, zachowując się tak, jakby pojazd był podobnie wyłączony, system będzie działał i działał prawidłowo.

Czujnik temperatury jest komponentem trapezowym dla obwodu, jeśli temperatura ustawionego progu nie zostanie osiągnięta, żadne działanie nie zostanie wykonane, nawet jeśli zostanie zauważone światło. Jeśli próg temperatury zostanie osiągnięty, kod sprawdza czujniki światła.

Jeśli parametry czujnika światła i temperatury są spełnione, system nakazuje ruchowi silnika.

Właściwość fizyczna:

Przekładnia jest przymocowana do motoreduktora prądu stałego 12 V 200 obr./min. Przekładnia napędza pręt napędowy, który obraca łańcuch i system zębatek, który kontroluje ruch w górę lub w dół aluminiowego pręta przymocowanego do łańcucha. Metalowy pręt jest połączony z kloszem, co pozwala na jego podnoszenie lub opuszczanie w zależności od tego, w jakim zakresie aktualne parametry kodu żądają ustawienia klosza.

Krok 4: Rozwój projektu

Proces tworzenia:

Krok 1) Zbuduj ramę

Krok 2) Dołącz elementy do ramy; zawiera system zębatek i łańcuchów, a także roletę z usuniętym kołkiem blokującym

Użyłem szczypiec do zdjęcia zaślepki z rolety, aby usunąć kołek blokujący. Jeśli nie będziesz ostrożny, napięcie sprężyny w rolecie zwolni się, jeśli tak się stanie, łatwo nawinąć ją ponownie. Wystarczy przytrzymać roletę i dokręcić mechanizm wewnętrzny do oporu.

Krok 3) Utwórz obwód na płytce stykowej - użyj przewodów połączeniowych, aby podłączyć odpowiedni styk płytki stykowej do styku cyfrowego lub analogowego Arduino.

Krok 4) Utwórz kod w Arduino

Krok 5) Kod testowy; Spójrz na wydruk na monitorze szeregowym, jeśli problemy powodują poprawki w kodzie.

Krok 6) Zakończ projekt; Kod działa z utworzonym obwodem i strukturą produktu.

Wiele forów i filmów instruktażowych zostało wykorzystanych do stworzenia mojego projektu.

Lista referencji:

• https://www.bc-robotics.com/tutorials/controlling-…
• https://learn.adafruit.com/tmp36-czujnik-temperatury…
• https://steps2make.com/2017/10/arduino-temperatura…
• https://learn.adafruit.com/tmp36-czujnik-temperatury…
• 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…

Dzięki próbom i błędom, badaniom i dodatkowej pomocy kolegów oraz profesorów uniwersyteckich udało mi się stworzyć mój końcowy projekt.

Krok 5: Proces tworzenia: Framework

Produkt miał być skonstruowany tak, aby można go było wykonać z częściami dość łatwymi do uzyskania.

Fizyczna rama została wykonana tylko z drewna cedrowego i śrub.

Rama ma 24 cale długości i 18 cali wysokości. jest to mniej więcej w skali 1:3 pełnowymiarowej przeciętnej przedniej szyby pojazdu.

Produkt fizyczny ma dwa plastikowe zestawy zębatek i łańcuchów, dwa metalowe pręty i roletę.

Przekładnia jest połączona z silnikiem prądu stałego, obraca metalowy pręt, który działa jak wał napędowy, który kontroluje ruch łańcucha. Drążek napędowy został dodany, aby klosz przesuwał się równomiernie.

Przekładnia i łańcuch umożliwiają podnoszenie i opuszczanie klosza za pomocą innego metalowego pręta oraz działają jako spust dla dwóch wyłączników krańcowych..

W momencie zakupu roleta pierwotnie miała w sobie mechanizm blokujący i wyjąłem go. Dało to możliwość podnoszenia i opuszczania rolety bez blokowania w danej pozycji po zatrzymaniu ruchu podnoszenia.

Krok 6: Konfiguracja okablowania

Okablowanie musiało być starannie zorganizowane, a przewody musiały być rozdzielone, aby między przewodami nie było żadnych zakłóceń. Podczas tego projektu nie wykonano żadnego lutowania.

Czujnik światła Ywrobot LDR służy jako detektor światła, jest to fotorezystor podłączony do analogowego pinu A3 w Arduino UNO

Czujnik temperatury DS18B20 jest używany jako zadany parametr temperatury dla projektu, odczytuje go w stopniach Celsjusza, a ja przekonwertowałem go na odczyt w Fahrenheita. DS18B20 komunikuje się za pośrednictwem magistrali 1-Wire. Bibliotekę należy pobrać i zintegrować ze szkicem kodu Arudino, aby można było używać DS18B20. Czujnik temperatury jest podłączony do cyfrowego pinu 2 w Arduino UNO

Dioda LED RBG służy jako wskaźnik położenia zasłony. Czerwony jest wtedy, gdy klosz jest całkowicie podniesiony lub całkowicie opuszczony, a niebieski, gdy jest w ruchu. Czerwony pin na diodzie LED podłączony do cyfrowego pinu 4 w Arduino UNO. Niebieski pin na diodzie LED podłączony do cyfrowego pinu 3 w Arduino UNO

Mikrowyłączniki krańcowe zostały wykorzystane jako punkty zatrzymania pozycji cienia i zatrzymania ruchu silnika. Wyłącznik krańcowy na dole podłączony do cyfrowego pinu 12 na Arduino UNO. Wyłącznik krańcowy na górze podłączony do cyfrowego pinu 11 na Arduino UNO. Oba zostały ustawione na stan początkowy zero, gdy nie zostały uruchomione/naciśnięte

Do sterowania obrotem silnika zastosowano podwójny mostek H L298n. Był potrzebny do obsługi dostarczonego prądu akumulatora. Zasilanie i uziemienie z akumulatora 12 V są połączone z mostkiem H, który zapewnia zasilanie dla motoreduktora 12 V 200 obr./min. Mostek H jest podłączony do Arduino UNO

Akumulator 12 V 1,5 A zapewnia zasilanie silnika

W tym projekcie zastosowano szczotkowany, rewersyjny silnik prądu stałego 12 V 0,6 A 200 obr./min. Był zbyt szybki, aby działać w pełnym cyklu pracy podczas sterowania za pomocą modulacji szerokości impulsu (PWM)

Krok 7: Dane projektowe projektu

Do opracowania projektu potrzeba było niewiele danych eksperymentalnych, obliczeń, wykresów czy krzywych. Czujnik światła może być używany do szerokiego zakresu jasności, a czujnik temperatury ma zakres od -55°C do 155°C, co więcej niż mieści się w naszym zakresie temperatur. Sam klosz jest wykonany z tkaniny winylowej i przymocowany do aluminiowego pręta, a bateria 12V została wybrana, ponieważ nie chciałem mieć problemu z zasilaniem. Wybrano silnik 12 V, aby poradzić sobie z napięciem i prądem dostarczanym z akumulatora i w oparciu o wcześniejszą wiedzę, że powinien on być wystarczająco mocny, aby działać pod przyłożonymi siłami. Wykonano obliczenia, aby potwierdzić, że rzeczywiście może on wytrzymać moment obrotowy, który zostanie przyłożony na wał 0,24 cala silnika. Ponieważ dokładny typ pręta aluminiowego nie był znany ze względu na korzystanie z materiałów osobistych, do obliczeń użyto aluminium 2024. Średnica pręta wynosi około 0,25 cala, a długość 18 cali. Korzystając z internetowego kalkulatora wagi w sklepie metalowym, waga pręta wynosi 0,0822 funta. Użyta tkanina winylowa została wycięta z większego kawałka o wadze 1,5 funta. Zastosowany kwadratowy kawałek tkaniny ma długość 12 cali i szerokość 18 cali i jest o połowę mniejszy niż oryginalny kawałek. Z tego powodu waga naszego kawałka tkaniny wynosi około 0,75 funta. Całkowita łączna waga pręta i tkaniny wynosi 0,8322 funta. Moment obrotowy spowodowany tymi połączonymi obciążeniami działa w środku masy pręta i został obliczony przez pomnożenie masa całkowita o promień wału 0,24 cala. Całkowity moment obrotowy będzie działał na środku pręta o wartości 0,2 funta-cala. Pręt wykonany jest z jednego materiału o jednakowej średnicy i posiada z jednej strony podpórkę łańcuchową, a z drugiej wał silnika. Ponieważ wspornik łańcucha i wał silnika znajdują się w równych odległościach od środka pręta, moment obrotowy wynikający z ciężaru jest dzielony równo na każdy koniec. Dlatego wał silnika musiał wytrzymać połowę momentu obrotowego ze względu na ciężar lub 0,1 funta na cal. Nasz silnik prądu stałego ma maksymalny moment obrotowy 0,87 funta-cala przy 200 obr./min, co więcej niż pomieści osłonę przeciwsłoneczną i drążek, więc silnik został wdrożony, aby można było rozpocząć testowanie. Obliczenia uświadomiły mi, że silnik nie powinien pracować w maksymalnych warunkach, więc cykl pracy musiałby zostać zmniejszony ze 100 procent. Cykl pracy został skalibrowany metodą prób i błędów, aby określić idealną prędkość zarówno podnoszenia, jak i opuszczania osłony przeciwsłonecznej.

Krok 8: Szkic Arduino

Do programowania kodu wykorzystałem Arduino IDE. Pobierz programator przez stronę

Jest prosty w użyciu, jeśli nigdy wcześniej go nie używałeś. Istnieje wiele filmów instruktażowych na YouTube lub w Internecie, aby dowiedzieć się, jak kodować program w oprogramowaniu Arduino.

Użyłem mikrokontrolera Arduino UNO jako sprzętu do mojego projektu. Miał tylko tyle wejść cyfrowych, ile potrzebowałem.

Załączony plik to mój kod do projektu oraz wydruk monitora szeregowego. Jak widać w dokumencie, który wyświetla wydruk, stwierdza, kiedy cień jest całkowicie w górę lub całkowicie w dół oraz kiedy przesuwa się w górę lub w dół.

Aby czujnik temperatury DS18B20 był użyteczny, zastosowano bibliotekę o nazwie OneWire. Ta biblioteka znajduje się w zakładce Szkic, gdy program Arduino jest otwarty.

Aby kod działał, upewnij się, że podczas przesyłania kodu używany jest odpowiedni port i płyta, jeśli nie, Arduino zgłosi BŁĄD i nie będzie działać poprawnie.

Krok 9: Produkt końcowy

Całe okablowanie umieściłem w pudełku, aby chronić je przed uszkodzeniem lub usunięciem, co może spowodować, że obwód może nie działać.

Film przedstawia wszystkie możliwe ustawienia automatycznej osłony przeciwsłonecznej. Zasłona podnosi się, a następnie światło zostaje zasłonięte, aby ponownie opuścić cień. Działa to tylko dlatego, że osiągnięto próg temperatury, jeśli temperatura nie byłaby wystarczająco wysoka, klosz w ogóle nie poruszałby się i pozostawałby na dole w pozycji spoczynkowej. Temperaturę wymaganą do pracy systemu można dowolnie zmieniać i regulować. Przełącznik dwustabilny na filmie ma zademonstrować, kiedy pojazd jest włączony lub kiedy chcesz przestać dostarczać zasilanie do silnika.

Produkt jest całkowicie przenośny i autonomiczny. Został zaprojektowany jako element wbudowany w pojazd jako automatyczny system zacieniający, ale może wykorzystywać obecną konstrukcję do systemów zacieniających na zewnątrz lub wewnątrz domu na okna.

Do użytku w pomieszczeniach produkt może być ostatecznie podłączony do termostatu domowego fizycznie lub z adaptacją Bluetooth do obwodu i kodu, umożliwiając sterowanie produktem za pomocą aplikacji mobilnej. Nie jest to pierwotna intencja ani sposób konstrukcji produktu, a jedynie potencjalne wykorzystanie projektu.