Sensore di parcheggio a LED ad energia solare: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

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Il nostro garage non ha molta profondità e ha armadietti alla fine che riducono ulteriormente la profondità. L'auto di mia moglie è abbastanza corta da entrare, ma è vicina. Ho realizzato questo sensore per semplificare il processo di parcheggio e per assicurarmi che l'auto si riempisse nel garage prima di andare troppo lontano e colpire gli armadietti.

Una volta progettato, ho deciso di alimentarlo con pannelli solari perché avevo un buon posto dove metterli, e il mio piano è di espandere questo sistema per alimentare più cose nel garage in futuro.

Guarda questo video per una breve panoramica:

Forniture

Contenitori stampati in 3D e diffusore LED

Fermagli stampati in 3D

Arduino Nano, breadboard e cavi jumper

Responsabile dell'energia solare

Pannelli solari

Tagliere saldabile, connettore a 2 fili, connettore a 3 fili, connettore a 4 fili

Striscia LED (60/m) WS2812

14500 batterie agli ioni di litio

Avvitatore elettrico

Sensore ultrasonico

Nastro biadesivo, nastro isolante liquido

Spelafili, saldatore

stampante 3d

Pistola ad aria calda

Viti M3x8mm, dado M3

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Passaggio 1: costruzione del circuito + codice

Scarica e installa lo sketch di arduino. Trovato qui: schizzo del sensore di parcheggio

Il circuito è costituito da un sensore a ultrasuoni, un arduino nano e una striscia LED indirizzabile WS2812B 5V. Inizialmente ero preoccupato per l'utilizzo del sensore a ultrasuoni perché la superficie dell'auto non è piatta, ma dopo i test iniziali, non sembrava essere un problema.

Collega quanto segue ai pin arduino specificati (o cambiali nel codice sulle righe 5-7):

Striscia LED -> pin 8

Sensore a ultrasuoni Trig -> pin 12

Eco del sensore a ultrasuoni -> pin 11

Per modificare il codice in modo che corrisponda alla tua applicazione, puoi modificare le seguenti righe di codice:

9: Questo è il numero di cm, al quale si accendono le luci

10: questa è la soglia per farti sapere che ci sei vicino

11: questo è il numero di cm che ti fa sapere che sei a distanza di sicurezza

12: a questa distanza, le luci iniziano a diventare viola, facendoti sapere di fermarti

13: a questa distanza, le luci iniziano a lampeggiare, facendoti sapere che sei troppo vicino

Qualche altro numero da aggiustare:

15: Questo è il numero in secondi da attendere dopo che l'auto si ferma prima che le luci si spengano e l'Arduino entri in modalità di risparmio energetico.

17: questo numero rappresenta la quantità di fluttuazione della distanza consentita prima che il sensore registri il movimento e si riaccenda.

Ho utilizzato la libreria "Low Power" per mettere l'Arduino in uno stato di sospensione quando non era in uso. Questa guida Sparkfun fornisce una panoramica di come funziona e puoi scaricarla e installarla qui: Low Power Library. Quello che ho scoperto è che la libreria interferiva con il monitor seriale, quindi non saresti in grado di usarlo includendo e usando anche la libreria Low Power.

Passaggio 2: saldatura del circuito

Trasferire i componenti del circuito sulla scheda prototipo e saldare in posizione. Saldare un connettore JST a 4 pin per il sensore a ultrasuoni e un connettore JST a 3 pin per la striscia LED. Ho aggiunto un connettore JST a 2 fili a 5V e massa per alimentare i componenti e arduino esternamente.

Passaggio 3: installazione del sensore a ultrasuoni

Rompi un pezzo a 4 pin della striscia di intestazione femmina, piega i pin e salda a un connettore a 4 pin, in modo da poterlo far scorrere sul sensore a ultrasuoni. Dipingi con nastro isolante liquido.

Segna le posizioni per il sensore e la striscia LED sull'armadio in cui verrà montato il rilevatore. Fissare il supporto del sensore a ultrasuoni stampato in 3D nella posizione prescelta con nastro biadesivo. Praticare dei fori nel muro per far passare il filo.

Passaggio 4: installazione della striscia LED

Taglia una striscia LED a una lunghezza adatta a te. (Il mio era lungo 20 LED ed era distanziato di 60 LED/m). Saldare un connettore a 3 pin al lato di ingresso e dipingere con nastro isolante liquido.

Se si posizionano i LED così come sono sul muro, i pixel hanno un angolo di visione limitato e quindi molta luce viene sprecata. Puoi vedere la differenza nella foto sopra. La copertura che ho progettato per diffondere la luce ha uno spessore di circa 0,5 mm, che sembrava fornire l'equilibrio ottimale tra luminosità e quantità di diffusione.

Scegli il punto in cui vuoi posizionare i LED. Idealmente, dovrebbero essere centrati davanti al conducente, vicino all'altezza degli occhi dal sedile del conducente. Incastrare i due pezzi posteriori del supporto, far scorrere la striscia LED nel supporto, rimuovere l'adesivo dal retro della striscia LED e premere in posizione. Far scorrere le coperture sul supporto e utilizzare del nastro biadesivo per montarle nella posizione selezionata.

Nota: lo schizzo è programmato per 20 LED, quindi se usi una quantità diversa, ricorda di cambiare il numero sulla riga 5 per rispecchiarlo. Se si utilizza un numero dispari di LED, è impostato in modo che funzioni ancora come previsto.

Passaggio 5: installazione di Arduino e collegamento del tutto

Utilizzare due viti e dadi M3 per fissare la breadboard saldabile all'involucro, far scorrere i connettori attraverso le aperture sul lato e avvitare il coperchio in posizione.

Scegli un punto comodo per fissare l'involucro vicino ai LED e al sensore a ultrasuoni e aggiungi una vite in modo da poterlo appendere in posizione utilizzando il supporto per il buco della serratura. L'ho posizionato direttamente accanto al sensore a ultrasuoni in modo da evitare di dover realizzare una prolunga a quattro fili per il sensore.

Collegare il sensore e il LED. Usa staffe per cavi stampate in 3D per aiutare con la gestione dei cavi e per evitare che i cavi si muovano troppo.

Passaggio 6: aggiunta di pannelli solari

Ho deciso di aggiungere l'energia solare a questo progetto in modo da non dovermi preoccupare delle batterie, e quindi non l'ho collegato costantemente al muro. La configurazione solare è modulare, quindi ho intenzione di realizzare più progetti di garage che ne trarranno energia e posso migliorare i pannelli solari o il controller di carica e la batteria secondo necessità.

Il gestore di energia solare utilizzato in questo progetto richiede una tensione minima di 6 V e una potenza di almeno 5 W per caricare la batteria. La cosa complicata dei piccoli progetti solari è che le batterie agli ioni di litio hanno bisogno di almeno 1 amp di corrente per caricarsi. In questo caso, avevo due pannelli 5v classificati a 0,5 A ciascuno. Poiché il power manager necessita di almeno 6v, i pannelli devono essere cablati in serie, sommando la loro tensione. In questa disposizione, la corrente rimane a 0,5 A, ma poiché la potenza fornita dai pannelli combinati è di 5 W, quando il regolatore di carica abbassa la tensione, avrà una corrente sufficiente per caricare la batteria.

Nota: la tensione del pannello solare varia notevolmente durante il giorno e raggiunge il picco a valori superiori alla tensione nominale. Per questo motivo non si vuole collegare un Arduino o una batteria direttamente al pannello.

Usa il filo per saldare i pannelli in serie e aggiungi un connettore JST a 2 pin in modo da poterli collegare e scollegare facilmente dal power manager. Trova una superficie piana che riceva molto sole per montare i pannelli. Per me, avevo un punto in cui potevo facilmente fissarli usando del nastro biadesivo. Ho pulito prima la superficie, poi ho fissato i pannelli. La presa sembra abbastanza forte, ma il tempo dirà se questo è sufficiente per resistere ad alcuni dei forti venti che abbiamo qui intorno. Ho usato delle fascette per tenere il filo in posizione mentre torna nel garage.

Molti generatori elettrici possono essere utilizzati anche come carico quando viene loro applicata una tensione. Nel caso di un microfono, può essere utilizzato come altoparlante. Un generatore può anche funzionare come un motore. Un LED può essere utilizzato per misurare la presenza di luce. Se viene applicata una tensione a un pannello solare, assorbirà corrente e credo che emetterà luce (non sono sicuro di quale frequenza). In un caso come questo, è necessario installare un diodo di blocco da qualche parte nel circuito per evitare che il pannello solare scarichi la batteria quando non è presente la luce solare. Ho pensato che il circuito del gestore di alimentazione avesse questo integrato, ma dopo alcuni giorni di pioggia, la batteria era completamente scarica.

Ho usato un diodo che ho trovato in giro e l'ho saldato all'estremità del filo che si collegava al terminale 5V sul controller di carica. Se si salda nello stesso punto, l'estremità del diodo con la fascia dovrebbe puntare verso il regolatore di carica e lontano dal terminale positivo del pannello solare. Ciò bloccherà la dispersione di corrente nel pannello. Ho usato un connettore del filo di saldatura termoretraibile per saldarlo in posizione, perché stavo installando il mio dopo aver installato il sistema.

Passaggio 7: aggiunta di Solar Power Manager

Il gestore dell'alimentazione ha opzioni per la connessione utilizzando cavi jumper femmina o cavi USB. Nessuno di questi è particolarmente conveniente per la distanza a cui volevo far passare il filo, quindi ho saldato i fili alla parte inferiore della scheda dove erano collegati i pin 5v e di terra.

Fissare due dadi a leva Wago a 5 pin alla custodia utilizzando nastro biadesivo. Ciò consentirà di alimentare più dispositivi da questo gestore di alimentazione. È in grado di emettere fino a 1 A di corrente a 5 V, quindi se le tue applicazioni future richiederanno più corrente di quella, dovresti esplorare l'utilizzo di altri gestori di alimentazione.

Sul retro del power manager, ci sono una serie di interruttori, in modo che tu possa impostare la tensione approssimativa dei tuoi pannelli solari, quindi cambialo in modo che corrisponda alla configurazione solare che stai utilizzando. Nel mio caso, l'ho impostato su 9v, poiché i pannelli nella disposizione in serie sono classificati come 10v.

Il power manager viene fornito con i distanziatori, quindi rimuovine due e usa quei fori per avvitare il power manager all'enclosure usando viti M3x8. Fai passare i fili che sono saldati a 5v e messi a terra attraverso il foro nella parte inferiore e agganciali ai dadi della leva Wago.

Trova un buon posto per il power manager e aggiungi una vite al muro. Usa il buco della serratura sulla custodia per appenderlo in posizione. Esegui il cavo dall'Arduino al gestore dell'alimentazione e aggancialo in posizione utilizzando i connettori 5v e Wago di terra. Fai molta attenzione a non collegarlo al contrario, le schede Arduino sono dotate di alcune protezioni, ma potresti potenzialmente friggere le tue qui se colleghi il pin 5v al contrario. Utilizzare supporti per cavi per mantenere il cavo in posizione lungo il muro.

Fai lo stesso con il filo proveniente dal pannello solare. Assicurati di scollegare i pannelli solari prima di collegare i cavi all'ingresso sul controller di alimentazione, in modo da non cortocircuitarli accidentalmente o danneggiare la scheda.

Al termine, fissare il coperchio alla custodia, accendere l'interruttore per la batteria e ricollegare i pannelli solari.

Passaggio 8: testarlo

Primo premio nella sfida della velocità delle strisce LED