Automatyczne drzwi do kurnika - kontrolowane Arduino.: 10 kroków (ze zdjęciami)

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

Ta instrukcja jest przeznaczona do projektowania automatycznych drzwi dla kurczaków z ręcznie zmienianymi czasami otwierania i zamykania. Drzwi można w każdej chwili otworzyć lub zamknąć zdalnie.

Drzwi są zaprojektowane jako modułowe; ościeżnicę, drzwi i sterownik można zbudować i przetestować w miejscu oddalonym od kurnika, a następnie po prostu przykręcić do istniejącego otworu kurnika.

Działa na 9Vdc, więc może być zasilany z wtyczki lub baterii i panelu słonecznego, aby naładować baterię.

Wykorzystuje solenoid do blokowania drzwi zamkniętych i utrzymywania drzwi w pozycji otwartej.

Główne części to:

Arduino UNO 3.

4-cyfrowy, 7-segmentowy wyświetlacz LED

Moduł RTC

Moduł RF

Potencjometry, Siłownik, Elektromagnes 6V - 12V, Enkoder obrotowy z przyciskiem

Drzwi i ich ościeżnica mogą być wykonane ze skrawków drewna. Drzwi obracają się w górę wokół pręta (w moim przypadku wziętego z drukarki) i są obciążone przeciwwagą, aby zmniejszyć moment obrotowy potrzebny do podniesienia drzwi.

Narzędzia do jego budowy obejmują:

PC z Arduino IDE do programowania Arduino, Młotek, Piła, lutownica, Nożyce do drutu, Wiertarka, Śrubokręt.

Zbudowałem te automatyczne drzwi dla kurczaków, aby oszczędzić mi zadania dwa razy dziennie otwierania i zamykania drzwi rano i wieczorem. Kurczaki są świetnymi dostawcami jajek, obornika i rozrywki, ale wczesne wstawanie, by wypuścić je z kurnika – zwłaszcza zimą – było udręką. A potem upewnienie się, że jestem w domu na czas, żeby je zamknąć, naprawdę ograniczyło moją swobodę późnego powrotu do domu.

Kurczaki codziennie wracają do kurnika o zachodzie słońca i budzą się o wschodzie słońca. Godziny, w których wchodzą i wychodzą, nie są dokładne i mają wpływ na pogodę dnia i oświetlenie otoczenia. Jeśli zauważy się, że kurczak spóźnia się na wejście po zamknięciu drzwi, drzwi można zdalnie otworzyć, a następnie zamknąć. Drzwi mogą być zamknięte w ciągu dnia, jeśli właściciel musi uniemożliwić wejście do pomieszczenia.

Ponieważ godziny wschodu i zachodu słońca zmieniają się w ciągu roku i zależą od szerokości geograficznej, każdy kontroler drzwi musi śledzić porę dnia, dzień roku i znać szerokość geograficzną lokalizacji. To wymaganie można spełnić za pomocą oprogramowania lub suntrackera, ale w tym projekcie używa się ręcznie regulowanych ustawień czasu otwarcia i zamknięcia, aby wszystko było prostsze.

Ponieważ czasy wschodu i zachodu zmieniają się tylko o kilka minut z dnia na dzień, ustawienia sterownika drzwi należy zmieniać tylko raz w tygodniu.

Kiedy właściciel ma wyczucie rutyny gnieżdżenia się swoich kurczaków, może łatwo dostosować godziny otwarcia i zamknięcia.

Czas otwarcia można regulować od 3:00 do 9:00, a czas zamykania od 15:00 do 21:00. Czasy te odpowiadają szerokościom geograficznym od 12 do 42 stopni od równika (Darwin do Hobart w Australii) i obejmują najdłuższe i najkrótsze dni w roku..

Zasadniczo kontroler drzwi to zegar z dwoma ustawianymi alarmami z ręcznym sterowaniem.

Krok 1: Rama i drzwi skrzydłowe

Stelaż jest przeznaczony do mocowania nad istniejącym otworem kurnika. Drzwi unoszą się do góry jak brama garażowa. Ta konstrukcja ma przewagę nad drzwiami automatycznymi, które przesuwają się w górę lub na boki w przypadku kurników, w których dach opada nad istniejącymi drzwiami lub istniejącym otworem przylegającym do ściany.

1. Usuń istniejące drzwi.

2. Wybierz rozmiar ramy, który pasuje do istniejącego otworu. Ważne są dwa wymiary ramy - wysokość ramy i szerokość drewna. Drzwi otwierają się na poziomym czopie, a długość od czopu do ramy (na rysunku „D”) jest taka sama jak szerokość drewna. Oznacza to, że gdy drzwi są otwarte, część drzwi powyżej czopa nie koliduje ze ścianą kurnika.

3. Wybierz materiał na ramę, który jest wytrzymały i odporny na warunki atmosferyczne. Użyłem czerwonej gumy, która okazała się mocna, ale ciężka. Sosna zewnętrzna byłaby łatwiejsza do pracy.

4. Same drzwi powinny być lekkie, sztywne i odporne na warunki atmosferyczne.

Krok 2: Wymiarowanie prętów obrotowych i drzwi skrzydłowych

Wymiary drzwi skrzydłowych powinny być takie, aby szerokość drzwi mieściła się na wewnętrznych krawędziach ramy. Wysokość drzwi jest mniejsza niż wewnętrzna wysokość ramy.

1. Znajdź pręt o średnicy około 5 mm (1/4 cala) i długości równej szerokości ramy. Użyłem pręta ze zdemontowanej drukarki, ale wystarczy pręt gwintowany. Innym źródłem prętów są metalowe suszarki do ubrań. Pręt można ciąć za pomocą przecinaka do śrub lub piły do metalu. Zeskrob powłokę z metalu za pomocą ostrza.

2. Wytnij dwa rowki w ramie na długości „D” (na schemacie w poprzednim kroku) od górnego otworu ramy i głębokości średnicy pręta obrotowego.

3. Znajdź zawias, którego średnica sworznia jest taka sama lub nieco większa niż pręta obrotowego. Wybij kołek młotkiem i punktakiem. Jeśli nie masz punktaka, użyj dużego gwoździa lub podobnej szpilki.

Na szczęście trzpień pręta drukarki, którego użyłem, idealnie pasował do pierwszego zawiasu, który wyszedł z mojego pojemnika na śmieci.

4. Ciężar dolnej części drzwi wahadłowych poniżej osi obrotu i górnej części powyżej osi obrotu musi być podobny, aby odciążyć serwomotor otwierający drzwi. Można to osiągnąć za pomocą ciężkich śrub i nakrętek, które zostały wywiercone w górnej części drzwi.

Krok 3: Serwomotor i ramiona podnoszące

Użyłem serwomotoru MR-996. Posiada moment obrotowy: 9,4 kgf·cm (4,8 V) lub 11 kgf·cm (7,2 V). Oznacza to, że dla 20 cm drzwi poniżej osi, silnik może podnieść 11kg/20 = 550g przy 7,2V.

Z przeciwwagą nad prętem obrotowym, drzwi mogą być cięższe i/lub dłuższe. Jako przeciwwagi użyłem dwóch dużych śrub i nakrętek, pokazanych na zdjęciach.

Serwo jest dostarczane z plastikowym ramieniem, które pasuje do wielowypustowego wału wyjściowego serwomechanizmu. Odetnij jedną stronę tego ramienia ostrym nożem lub przecinakami do drutu.

2. Ramię podnoszące wykonane jest z dwóch długości aluminium, górne ramię to wspornik L, dolne ramię to płaski kawałek aluminium.

Załączone schematy pokazują, jak obliczyć wymiary każdego ramienia. Wynikowe wymiary są oparte na szerokości ramy „d” i położeniu punktu podnoszenia zamontowanego na drzwiach.

Górne ramię ma wycięcia, dzięki którym ramię omija silnik serwo podczas podnoszenia drzwi.

Krok 4: Blokada elektromagnesu i wsparcie otwierania drzwi

1. Elektrozawór zamontowany na ramie służy dwóm celom:

a) zamknąć drzwi, gdy są zamknięte, i

b) zapobiec zamknięciu drzwi po otwarciu.

Solenoid jest napędzany przez FET z wyjścia sterownika. Cofa się na kilka sekund, gdy drzwi są w trakcie otwierania lub zamykania.

2. Zabezpiecz kawałek drewna, jak pokazano na zdjęciu. Będzie krótszy niż szerokość ramy i zamontowany tuż pod prętem obrotowym.

Krok 5: Kontroler

1. Użyłem Arduino Uno 3 jako podstawy kontrolera. Istnieje łącznie 17 pinów wejściowych i wyjściowych.

2. Kontroler utrzymuje czas za pomocą kontrolera I2C RTC z podtrzymaniem bateryjnym. Lepiej byłoby mieć zapasowy akumulator, aby zaoszczędzić wysiłku związanego z otwieraniem kontrolera co roku w celu wymiany baterii zegara czasu rzeczywistego. Czas jest ustawiany za pomocą regulatora obrotowego i wyświetlany na 4-cyfrowej 7-segmentowej diodzie LED. Można użyć wyświetlacza LCD i wyświetlić więcej informacji, takich jak liczba otwieranych i zamykanych drzwi.

3. Czasy otwierania i zamykania są regulowane za pomocą potencjometrów liniowych 10 kΩ. Mógłbym użyć enkodera obrotowego i wyświetlacza LED do ustawienia czasów otwarcia/zamknięcia, ale zdecydowałem, że łatwiej byłoby użytkownikowi po prostu podejść i zobaczyć czasy z panelu z daleka. Czasy muszą się zmieniać tylko co tydzień.

4. Bezprzewodowy adapter RF (https://www.adafruit.com/product/1097) dla wygody ręcznego otwierania i zamykania na odległość. Adres breloka:

5. Pudełko, które wybrałem do umieszczenia kontrolera, było małe, więc musiałem dodać do niego mniejsze pudełko, aby pasowało do odbiornika pilota.

6. W załączeniu schemat spiekania.

Krok 6: Kod

Kod zapętla się i wykonuje następujące czynności:

1. skanuje stan przełączników panelu, 2. odczytuje RTC i przelicza czas na minuty dnia (od 0 do 1440).

3. odczytuje dwa analogowe potencjometry i konwertuje na całkowite czasy otwarcia i zamknięcia. Aby zapewnić dokładniejszą rozdzielczość ustawień czasu, godziny otwarcia i zamknięcia są ograniczone odpowiednio do 3 nad 9 rano i od 15 do 9 wieczorem.

4. odczytuje wejście RF, aby sprawdzić, czy naciśnięto przycisk pilota.

5. porównuje aktualny czas z czasem otwarcia i zamknięcia i odczytuje tryb, aby określić, czy otworzyć lub zamknąć drzwi.

Dodanie ręcznego przełącznika otwierania i zamykania skomplikowało projekt oprogramowania, ponieważ system musiał przełączać się między trybami „ręcznym” i „automatycznym”, tj. czasowym. Rozwiązałem to bez dodawania kolejnego przełącznika „trybu”, prosząc użytkownika o dwukrotne naciśnięcie przełącznika otwierania lub zamykania, aby wrócić do trybu automatycznego.

Pojedyncze naciśnięcie przycisku otwierania lub zamykania powoduje przejście kontrolera w tryb ręczny. Istnieje szansa, że gdyby drzwi zostały otwarte po czasie zamknięcia, na przykład w celu wpuszczenia spóźnionego kurczaka do kurnika, użytkownik zapomni ustawić drzwi z powrotem w tryb automatyczny. Tak więc tryb ręczny jest sygnalizowany przez wyświetlacz LED pokazujący "Otwórz" lub "Zamknij" jako przypomnienie.

Biblioteki wyświetlaczy LED, które otrzymałem od:

Krok 7: Lista części kontrolera

Arduino Uno 34-cyfrowy 7-segmentowy moduł

Silnik serwo MG 996R

Rezystor 1k Ohm

FET: FQP30N06L.

Potencjometry 2 x 10kOhm (ustawione czasy otwarcia/zamknięcia)

Enkoder obrotowy z wbudowanym przyciskiem

Przewód połączeniowy

Konwerter DC-DC 1A: dla serwomechanizmu i elektromagnesu

1 x przełącznik dwustabilny SPDT (przełącznik zestawu godzin/minut)

1 x SPDT wycentruj chwilowe-wyłączone-chwilowe (do ręcznego otwierania/zamykania)

1 x SPDT center off (dla wygaszania/widoku czasu/selektora ustawień czasu)

Elektromagnes: Push Pull 6-12 V 10 MM skok

Odbiornik Adafruit Simple RF M4 - 315MHz typu chwilowego

Pilot 2-przyciskowy RF - 315 MHz

Skrzynka

Krok 8: Zasilanie i panel słoneczny oraz dobór baterii

1. Chociaż Arduino może działać z napięciem 12 V DC, spowoduje to, że wbudowany liniowy regulator będzie się nagrzewał. Serwo działa lepiej przy wyższym napięciu (<7,2V), więc kompromisem było uruchomienie układu 9Vdc i użycie konwertera DC-DC do zasilania elektrozaworu i serwomechanizmu przy 6V. Przypuszczam, że konwerter DC-DC można wyeliminować, a Arduino, serwomotor i elektromagnes działają na tym samym zasilaniu 6 V (1 A). Zalecany jest kondensator 100uF do odfiltrowania Arduino z serwomechanizmu i elektromagnesu.

2. Wykonany przeze mnie sterownik pobierał prąd spoczynkowy około 200mA. Kiedy elektrozawór i serwo działały, pobór prądu wynosił około 1A.

Wyświetlacz LED można wyłączyć za pomocą przełącznika, aby oszczędzać energię baterii.

Biorąc pod uwagę, że otwieranie lub zamykanie drzwi trwało około 7 sekund, a operacje otwierania i zamykania odbywały się tylko dwa razy dziennie, 1 A w oszacowaniu dziennego zużycia energii został pominięty.

Może zasilać pakiet wtyczek 1A 9V, ale sieć i pakiet wtyczek musiałyby być osłonięte przed warunkami atmosferycznymi.

3. Dzienne zużycie energii jest obliczane jako 24h x 200mA = 4800mAh. Akumulator kwasowo-ołowiowy o pojemności 7 Ah z panelem słonecznym o mocy 20 W powinien wystarczyć na jeden dzień autonomii w obszarach o średniorocznym nasłonecznieniu wynoszącym 5 godzin. Ale przy większej liczbie baterii i większym panelu będzie więcej dni autonomii.

Do oszacowania rozmiaru baterii i panelu użyłem następującego kalkulatora internetowego:

www.telcoantennas.com.au/site/solar-power-…

Krok 9: Instrukcja obsługi użytkownika

Drzwi działają w trybie automatycznym lub ręcznym.

Tryb automatyczny oznacza, że drzwi otwierają się lub zamykają zgodnie z ustawieniami czasu otwarcia lub zamknięcia. Tryb automatyczny jest oznaczany pustym wyświetlaczem, gdy przełącznik wyświetlacza jest ustawiony na „Blank”. Gdy tryb zmieni się z ręcznego na automatyczny, słowo „AUTO” będzie migać przez 200 ms.

Drzwi przechodzą w tryb ręczny po każdym uruchomieniu pilota lub przełącznika na kontrolerze. Tryb ręczny jest oznaczany, gdy wyświetlacz pokazuje „OPEn” lub „CLSd”, a przełącznik wyświetlacza jest ustawiony na „Blank”.

W trybie ręcznym ustawienia czasu otwarcia/zamknięcia są ignorowane. Do użytkownika należy pamiętać, aby zamknąć drzwi, jeśli zostały otwarte ręcznie, lub otworzyć drzwi, jeśli zostały ręcznie zamknięte, lub ustawić z powrotem w trybie automatycznym.

Aby powrócić do trybu automatycznego, użytkownik musi nacisnąć przycisk Zamknij po raz drugi, jeśli drzwi są już zamknięte, lub przycisk Otwórz po raz drugi, jeśli drzwi są już zamknięte.

Brama uruchamia się w trybie automatycznym na początku dnia (12:00).

Krok 10: Dzwonki i gwizdki

Niektóre przyszłe ulepszenia mogą obejmować:

Bezprzewodowy dzwonek do sygnalizacji otwarcia/zamknięcia drzwi

„Alarm zablokowania” powinien być pobierany przez system z prądem równym solenoidowi i serwo przez ponad 10 sekund.

Bluetooth i aplikacja do konfiguracji kontrolera.

Otwieranie i zamykanie kontrolowane przez Internet.

Zamień wyświetlacz LED na LCD, aby wyświetlić więcej informacji.

Pozbądź się potencjometrów do ustawiania czasu otwarcia/zamknięcia i użyj przełącznika dwustabilnego i istniejącego przełącznika obrotowego, aby ustawić czas otwarcia/zamknięcia.