Sistema di parasole automatizzato Arduino Uno: 9 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Il prodotto realizzato è un sistema parasole automatico per veicoli, è completamente autonomo ed è controllato da sensori di temperatura e luce. Questo sistema consentirebbe a una tenda di coprire semplicemente il finestrino dell'auto quando l'auto ha raggiunto una certa temperatura e quando una certa quantità di luce è passata attraverso l'auto. I confini sono stati fissati in modo che l'ombra non funzionasse quando un veicolo è acceso. È stato aggiunto un interruttore al sistema nel caso in cui si volesse alzare l'ombra anche se nessuno dei parametri è stato soddisfatto. Ad esempio, se era una notte fresca e volevi che la tua auto fosse coperta per la privacy, potresti semplicemente premere l'interruttore per alzare l'ombra. Puoi anche disattivare l'interruttore per spegnere completamente il sistema.

Dichiarazione del problema – “Quando i veicoli vengono lasciati fuori al caldo, la temperatura interna del veicolo può diventare molto fastidiosa, specialmente per se stessi quando si rientra nel veicolo o per i passeggeri lasciati nel veicolo. Avere un sistema cieco può anche servire come dispositivo di sicurezza per impedire che qualcuno guardi all'interno del tuo veicolo”. Anche se ci sono ombrelloni per auto facili e facili da montare, a volte può essere una seccatura e potresti dimenticare di montarli. Con un sistema parasole automatico, non dovresti alzare manualmente le tende o ricordarti di montarle perché si alzerebbe automaticamente quando necessario.

Fonte immagine:

Fase 1: Processo del concetto di design

Volevo un design semplice da realizzare e utilizzare che potesse essere integrato in un veicolo. Ciò significa che sarebbe una funzionalità già installata per il veicolo. Tuttavia, come attualmente costruito, potrebbe essere utilizzato anche per sistemi di tende da sole. Per il processo di creazione del design sono stati realizzati diversi schizzi e idee, ma dopo aver utilizzato una matrice decisionale il prodotto ora realizzato è stato il concetto deciso da costruire.

Passaggio 2: materiali utilizzati

Le immagini sono dei componenti reali utilizzati nel progetto. Le Schede Dati Progetto sono nel documento allegato. Non è stato possibile fornire tutte le schede tecniche. Mi è costato circa $ 146 per costruire l'intero prodotto.

La maggior parte delle parti e dei componenti provenivano da Amazon o da un negozio di articoli per la casa chiamato Lowe's.

Altri dispositivi utilizzati:

Spelafili

Pinze

cacciavite a stella

cacciavite a testa piatta

Multimetro

Il computer portatile

Programma scaricato da Arduino

Passaggio 3: logica: come funziona

Circuito:

Attraverso un computer o laptop, il codice dal programmatore Arduino viene inviato all'Arduino Uno che poi legge il codice e applica i comandi. Una volta caricato il codice su Arduino Uno, non sarà necessario rimanere connessi al computer per continuare il programma finché Arduino Uno riceve un'alimentazione diversa per l'esecuzione. L'H - Bridge nel circuito fornisce un'uscita di 5 volt che è sufficiente per controllare l'Arduino Uno. Consentendo al sistema di funzionare senza il computer come alimentatore per Arduino Uno, rendendo il sistema portatile, necessario se si desidera essere utilizzato in un veicolo.

Ad Arduino Uno sono collegati due finecorsa, un sensore di temperatura, un sensore di luce, un LED RBG e un H - Bridge.

IL LED RBG serve ad indicare dove si trova l'asta del grilletto. Quando il grilletto è nella posizione inferiore, attivando l'interruttore di limite inferiore, il LED diventa rosso. Quando il trigger si trova tra entrambi i finecorsa, il LED diventa blu. Quando il grilletto è in alto e colpisce l'interruttore di limite superiore, il LED mostra un rosso rosato.

Gli interruttori di limite sono interruttori di interruzione per il circuito per dire al sistema di fermare il movimento del motore.

L'H - Bridge funge da relè per il controllo della rotazione del motore. funziona accendendosi in coppia. alterna il flusso di corrente attraverso il motore, che controlla la polarità della tensione consentendo il cambio di direzione.

Una batteria da 12 Volt, 1,5 Ampere fornisce alimentazione al motore. La batteria è collegata al ponte H in modo che la direzione di rotazione del motore possa essere controllata.

Un interruttore manuale si trova tra la batteria e il ponte H per agire come un componente On/Off per simulare quando l'auto è accesa o spenta. Quando l'interruttore è acceso, indicando che il veicolo è acceso, non verrà eseguita alcuna azione. In questo modo quando si guida il veicolo l'ombra non funzionerà. Quando l'interruttore è spento, comportandosi come se il veicolo fosse spento allo stesso modo, il sistema funzionerà e funzionerà correttamente.

Il sensore di temperatura è il componente chiave del circuito, se non viene raggiunta una temperatura di una soglia impostata, non verrà eseguita alcuna azione anche se si nota la luce. Se la soglia di temperatura è soddisfatta, il codice controlla i sensori di luce.

Se i parametri del sensore di luce e temperatura sono soddisfatti, il sistema dice al motore di muoversi.

Componente fisico:

Un ingranaggio è collegato a un motoriduttore CC da 12 V 200 giri/min. L'ingranaggio aziona un'asta di guida che fa ruotare una catena e un sistema di pignoni che controlla il movimento verso l'alto o verso il basso di un'asta di alluminio che è attaccata alla catena. L'asta metallica è collegata al paralume, consentendone l'alzata o l'abbassamento a seconda di quanto i parametri di codice attuali richiedono che il paralume si trovi.

Passaggio 4: sviluppo del progetto

Processo di creazione:

Passaggio 1) Costruisci la cornice

Passaggio 2) Fissare i componenti al telaio; include sistemi di ingranaggi e catene, anche tenda a rullo con perno di bloccaggio rimosso

Ho usato le pinze per togliere il cappuccio dall'ombra del rullo per rimuovere il perno di bloccaggio. Se non si fa attenzione, la tensione della molla nella tenda a rullo si svolgerà, se ciò accade è facile da riavvolgere. Basta tenere la tenda a rullo e ruotare il meccanismo interno finché non è ben stretto.

Passaggio 3) Realizzare il circuito sulla breadboard: utilizzare i cavi dei ponticelli per collegare il pin corretto della breadboard al pin digitale o analogico di Arduino.

Passaggio 4) Crea codice in Arduino

Passaggio 5) Codice di prova; Guarda la stampa sul monitor seriale, se i problemi apportano correzioni al codice.

Passaggio 6) Termina il progetto; Il codice funziona con il circuito creato e la struttura del prodotto.

Molti forum e video tutorial sono stati utilizzati per aiutarmi a creare il mio progetto.

Lista di referenze:

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

Con prove ed errori, ricerche e assistenza aggiuntiva da parte di colleghi e professori universitari sono stato in grado di creare il mio progetto finale.

Passaggio 5: Processo di creazione: Framework

Il prodotto doveva essere costruito in modo da poter essere realizzato con parti abbastanza facili da ottenere.

La struttura fisica era fatta solo di legno di cedro e viti.

La cornice è lunga 24 pollici per 18 pollici di altezza. è approssimativamente una scala 1: 3 di un parabrezza medio di un veicolo di dimensioni normali.

Il prodotto fisico ha due kit di ingranaggi e catene in plastica, due aste di metallo e una tenda a rullo.

Un ingranaggio è collegato al motore a corrente continua, fa ruotare un'asta metallica che funge da albero motore che controlla il movimento della catena. L'asta del driver è stata aggiunta per far muovere l'ombra in modo uniforme.

L'ingranaggio e la catena consentono a una diversa asta metallica di sollevare e abbassare la tenda, e funge da grilletto per i due finecorsa..

La tenda a rullo originariamente aveva un meccanismo di bloccaggio quando è stata acquistata e l'ho tolta. Ciò ha dato alla tenda a rullo la possibilità di essere sollevata e abbassata senza bloccarsi in una posizione una volta arrestato il movimento di sollevamento.

Passaggio 6: configurazione del cablaggio

Il cablaggio doveva essere organizzato in modo ordinato e i fili dovevano essere separati in modo che non si verificassero interferenze tra i fili. Nessuna saldatura è stata eseguita durante questo progetto.

Un sensore di luce Ywrobot LDR viene utilizzato come rilevatore di luce, è una fotoresistenza collegata al pin analogico A3 su Arduino UNO

Un sensore di temperatura DS18B20 viene utilizzato come parametro di temperatura impostato per il progetto, si legge in gradi Celsius e l'ho convertito in lettura in Fahrenheit. Il DS18B20 comunica su un bus 1-Wire. Una libreria deve essere scaricata e integrata nello sketch del codice Arudino in modo che il DS18B20 possa essere utilizzato. Il sensore di temperatura è collegato al pin digitale 2 di Arduino UNO

Un LED RBG viene utilizzato come indicatore della posizione della tenda. Il rosso è quando l'ombra è completamente alzata o abbassata ed è blu quando è in movimento. Pin rosso su LED collegato al pin digitale 4 su Arduino UNO. Pin blu su LED collegato al pin digitale 3 su Arduino UNO

I micro finecorsa sono stati utilizzati come punti di arresto per la posizione dell'ombra e il movimento del motore arrestato. Finecorsa in basso collegato al pin digitale 12 su Arduino UNO. Finecorsa in alto collegato al pin 11 digitale di Arduino UNO. Entrambi sono stati impostati sulla condizione iniziale di zero quando non sono stati attivati/premuti

Un L298n Dual H-Bridge è stato utilizzato per il controllo della rotazione del motore. Era necessario per gestire l'amperaggio della batteria che veniva fornito. L'alimentazione e la messa a terra della batteria da 12 V sono collegate all'H-Bridge, che fornisce alimentazione al motoriduttore da 12 V a 200 giri/min. L'H-Bridge è collegato ad Arduino UNO

La batteria ricaricabile da 12 Volt 1,5 A fornisce alimentazione al motore

Per questo progetto è stato utilizzato un motoriduttore CC reversibile spazzolato da 12 Volt 0,6 A 200 giri/min. Era troppo veloce per funzionare a pieno ciclo di lavoro mentre era controllato con Pulse Width Modulation (PWM)

Passaggio 7: dati di progettazione del progetto

Non sono stati necessari molti dati sperimentali, calcoli, grafici o curve per sviluppare il progetto. Il sensore di luce può essere utilizzato per un'ampia gamma di luminosità e il sensore di temperatura ha un intervallo da -55°C a 155°C che si adatta più che bene al nostro intervallo di temperatura. Il paralume stesso è realizzato in tessuto vinilico e attaccato a un'asta di alluminio ed è stata scelta una batteria da 12 V perché non volevo avere problemi con l'alimentazione. È stato selezionato un motore a 12 V per gestire la tensione e la corrente fornite dalla batteria e in base alla precedente conoscenza che dovrebbe essere abbastanza potente da funzionare sotto le forze che sarebbero state applicate. Sono stati effettuati calcoli per confermare che potrebbe effettivamente gestire la coppia che verrebbe applicata sull'albero da 0,24 pollici del motore. Poiché il tipo esatto di asta di alluminio era sconosciuto a causa dell'utilizzo di forniture personali, per i calcoli è stato utilizzato l'alluminio 2024. Il diametro dell'asta è di circa 0,25 pollici e la lunghezza è di 18 pollici. Utilizzando il calcolatore del peso del negozio di metalli online, il peso dell'asta è 0,0822 libbre. Il tessuto in vinile utilizzato è stato tagliato da un pezzo più grande del peso di 1,5 libbre. Il pezzo quadrato di tessuto utilizzato misura 12 pollici di lunghezza per 18 pollici di larghezza ed è la metà delle dimensioni di il pezzo originale. Per questo motivo il peso del nostro pezzo di tessuto è di circa 0,75 libbre. Il peso totale combinato per l'asta e il tessuto è di 0,8322 libbre. La coppia dovuta a questi carichi combinati agisce nel centro di massa dell'asta ed è stata calcolata moltiplicando il peso totale per il raggio di 0,24 pollici dell'albero. La coppia complessiva agirà al centro dell'asta con un valore di 0,2 lb-in. L'asta è realizzata in un materiale con diametro uniforme e ha un supporto della catena su un'estremità e l'albero del motore sull'altra estremità. Poiché il supporto della catena e l'albero del motore sono a distanze uguali dal centro dell'asta, la coppia dovuta al peso è condivisa equamente da ciascuna estremità. L'albero del motore doveva quindi gestire metà della coppia dovuta al peso o 0,1 libbre-pollice. Il nostro motore DC ha una coppia massima di 0,87 lb-in a 200 giri/min, che sarà più che sufficiente per l'ombrellone e l'asta, quindi il motore è stato implementato in modo che i test possano iniziare. I calcoli mi hanno fatto capire che il motore non dovrebbe funzionare alle condizioni massime, quindi il ciclo di lavoro dovrebbe essere ridotto dal 100%. Il ciclo di lavoro è stato calibrato per tentativi ed errori per determinare la velocità ideale sia per alzare che per abbassare la tenda da sole.

Passaggio 8: schizzo Arduino

Per programmare il codice ho usato Arduino IDE. Scarica il programmatore attraverso il sito

È semplice da usare se non l'hai mai usato prima. Ci sono molti video tutorial su YouTube o su Internet per imparare a codificare un programma nel software Arduino.

Ho usato un microcontrollore Arduino UNO come hardware per il mio progetto. Aveva solo gli ingressi pin digitali di cui avevo bisogno.

Il file allegato è il mio codice per il progetto e la stampa del monitor seriale. Come si può notare nel documento che mostra la stampa, si afferma quando l'ombra è completamente alta o completamente abbassata e quando si sposta verso l'alto o verso il basso.

Per rendere utilizzabile il sensore di temperatura DS18B20 è stata utilizzata una libreria denominata OneWire. Questa libreria si trova nella scheda Schizzo quando il programma Arduino è aperto.

Affinché il codice funzioni, assicurati di utilizzare la porta e la scheda corrette durante il caricamento del codice, in caso contrario Arduino darà un ERRORE e non funzionerà correttamente.

Passaggio 9: prodotto finale

Ho messo tutti i cablaggi all'interno della scatola per proteggerli dal danneggiamento o dalla rimozione che potrebbero causare il mancato funzionamento del circuito.

Il video mostra tutte le possibili impostazioni per l'ombrellone automatizzato. L'ombra si alza, quindi la luce viene coperta per far abbassare l'ombra. Funziona solo perché è stata raggiunta la soglia di temperatura, se la temperatura non fosse abbastanza calda l'ombra non si muoverebbe affatto e rimarrebbe in basso in posizione di riposo. La temperatura necessaria per il funzionamento del sistema può essere modificata e regolata a piacimento. L'interruttore a levetta nel video serve a dimostrare quando il veicolo è acceso o quando si desidera interrompere l'alimentazione del motore.

Il prodotto è completamente portatile e autonomo. È progettato per essere un elemento integrato in un veicolo come sistema di ombreggiatura automatico, ma può utilizzare la costruzione attuale per i sistemi di ombreggiatura esterni o all'interno di una casa per le finestre.

Per uso interno, il prodotto può essere eventualmente collegato ad un termostato di casa fisicamente o con un adattamento Bluetooth al circuito e al codice, rendendo possibile il controllo del prodotto con un'app mobile. Questo non è l'intento originale o il modo in cui il prodotto è costruito, solo un potenziale uso del design.