Arduino Uno automatiseret solskærmsystem: 9 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Det produkt, der er skabt, er et automatisk solskærmssystem til køretøjer, det er fuldt autonomt og styres af temperatur- og lyssensorer. Dette system ville tillade en skygge til blot at dække bilens vindue, når bilen nåede en bestemt temperatur, og når en vis mængde lys blev passeret gennem bilen. Grænser blev sat, så skyggen ikke ville fungere, når et køretøj er tændt. En switch blev tilføjet til systemet, hvis du ville hæve skyggen, selvom ingen af parametrene var opfyldt. For eksempel, hvis det var en kølig nat, og du ville have din bil dækket af privatlivets fred, kunne du blot trykke på kontakten for at hæve skyggen. Du kan også slukke for kontakten for at slukke systemet helt.

Problemformulering - “Når køretøjer ikke sidder inde i varmen, kan køretøjets indre temperatur blive meget ubehagelig, især for en selv, når man kommer ind i bilen igen eller for passagerer, der er tilbage i bilen. At have et blindsystem kan også tjene som en sikkerhedsenhed til at forhindre nogen i at se inde i dit køretøj.” Selvom der er solskærme til biler, der er lette og enkle at sætte op, kan det nogle gange være besværligt, og du kan glemme at sætte det op. Med et automatisk solafskærmningssystem behøver du ikke manuelt at sætte skærmene op eller huske at sætte dem op, fordi det automatisk stiger, når det er nødvendigt.

Billedkilde:

Trin 1: Designkonceptproces

Jeg ville have et enkelt at lave og bruge design, der i sidste ende kunne integreres i et køretøj. Det betyder, at det ville være en allerede installeret funktion til køretøjet. Men som den er konstrueret i øjeblikket, kan den også bruges til vinduesskærmsystemer. Til designoprettelsesprocessen blev der lavet flere skitser og ideer, men efter brug af en beslutningsmatrix var det nu fremstillede produkt det besluttede koncept at konstruere.

Trin 2: Brugte materialer

Billederne er af faktiske komponenter, der blev brugt i projektet. Projektdatabladene er i det vedhæftede dokument. Ikke alle datablade kunne leveres. Det kostede mig cirka $ 146 at bygge hele produktet.

De fleste dele og komponenter kom fra Amazon eller en boligforbedringsbutik kaldet Lowe's.

Andre anvendte enheder:

Wire strippere

Tang

Phillips skruetrækker

Flad skruetrækker

Multi-meter

Bærbar

Arduino downloadet program

Trin 3: Logik: Sådan fungerer det

Kredsløb:

Gennem en computer eller bærbar computer sendes kode fra Arduino -programmereren til Arduino Uno, der derefter læser koden og håndhæver kommandoerne. Når koden er uploadet til Arduino Uno, er det ikke nødvendigt at forblive forbundet til computeren for at fortsætte programmet, så længe Arduino Uno får en anden strømforsyning til at køre. H - broen i kredsløbet giver en effekt på 5 volt, hvilket er nok til at styre Arduino Uno. Tillader systemet at fungere uden computeren som strømforsyning til Arduino Uno, hvilket gør systemet bærbart, hvilket er nødvendigt, hvis det ønskes brugt i et køretøj.

To endestopkontakter, en temperatursensor, en lyssensor, en RBG LED og en H - bro er forbundet til Arduino Uno.

RBG -LED'en angiver, hvor aftrækkeren er placeret. Når aftrækkeren er i bundposition, der udløser den nederste grænsekontakt, viser LED'en rødt. Når aftrækkeren er mellem begge grænsekontakter, viser LED'en blå. Når aftrækkeren øverst rammer den øverste grænsekontakt, viser LED'en en lyserød-rød.

Grænsekontakterne er afbryderkontakter for kredsløbet til at fortælle systemet at stoppe motorens bevægelse.

H - broen fungerer som et relæ til motorrotationsstyring. det virker ved at tænde parvis. den veksler strømmen gennem motoren, som styrer spændingspolariteten, så retningsændringer kan forekomme.

Et 12 Volt, 1,5 Amp batteri giver strøm til motoren. Batteriet er forbundet til H - broen, så motorens rotationsretning kan kontrolleres.

En manuel vippekontakt er mellem batteriet og H - broen for at fungere som en tænd/ sluk -komponent for at simulere, når bilen er tændt eller slukket. Når kontakten er tændt, hvilket indikerer, at køretøjet er tændt, vil der ikke blive foretaget nogen handling overhovedet. På den måde fungerer skyggen ikke, når du kører i dit køretøj. Når kontakten er slukket, og som om bilen er på lignende måde, fungerer systemet og fungerer korrekt.

Temperatursensoren er keystone -komponenten i kredsløbet, hvis en temperatur på en indstillet tærskel ikke overholdes, vil der ikke blive foretaget nogen handling, selvom der bliver bemærket lys. Hvis temperaturgrænsen er opfyldt, kontrollerer koden lyssensorerne.

Hvis lys- og temperatursensorparametrene er opfyldt, fortæller systemet motoren at bevæge sig.

Fysisk komponent:

Et gear er fastgjort til en 12V 200rpm gearet DC -motor. Gearet driver en drivstang, der roterer et kæde- og tandhjulssystem, der styrer op- eller nedadgående bevægelse af en aluminiumsstang, der er fastgjort til kæden. Metalstangen er forbundet til skærmen, så den kan hæves eller sænkes afhængigt af, hvad de aktuelle kodeparametre anmoder om, at skyggen er ved.

Trin 4: Projektudvikling

Oprettelsesproces:

Trin 1) Byg ramme

Trin 2) Fastgør komponenter til rammen; inkluderer gear- og kædesystemer, også rulleskærm med låsestift fjernet

Jeg brugte en tang til at tage endehætten af rulleskærmen for at fjerne låsestiften. Hvis den ikke er forsigtig, vil fjederspændingen i rulleskygge slappe af, hvis det sker, er det let at vindes op igen. Bare hold rulleskærmen og drej den indvendige mekanisme, indtil den er stram.

Trin 3) Lav kredsløb på breadboard - brug jumperwires til at forbinde den korrekte breadboard -pin til Arduino digital eller Analog pin.

Trin 4) Opret kode i Arduino

Trin 5) Testkode; Se udskriften på den serielle skærm, hvis der foretages rettelser til koden.

Trin 6) Afslut projekt; Koden fungerer med oprettet kredsløb og produktstruktur.

Mange fora og tutorialvideoer blev brugt til at hjælpe mig med at oprette mit projekt.

Liste over referencer:

• 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…

Med forsøg og fejl, forskning og yderligere assistance fra kolleger plus universitetsprofessorer kunne jeg oprette mit sidste projekt.

Trin 5: Oprettelsesproces: Framework

Produktet skulle konstrueres, så det kunne fremstilles med dele, der var ret lette at få fat i.

Den fysiske ramme var lavet af bare cedertræ og skruer.

Rammen er 24 tommer lang og 18 tommer høj. det er nogenlunde en 1: 3 skala af en fuld størrelse gennemsnitlig køretøjs forrude.

Det fysiske produkt har to plastgear og kædesæt, to metalstænger og en rulleskærm.

Et gear er forbundet til DC -motoren, det roterer en metalstang, der fungerer som en drivaksel, der styrer kædebevægelsen. Driverstangen blev tilføjet for at få skyggen til at bevæge sig jævnt.

Gearet og kæden tillader en anden metalstang at løfte og sænke skyggen og fungerer som en udløser for de to endestopkontakter..

Rulleskærmen havde oprindeligt en låsemekanisme i den, da den blev købt, og jeg tog den ud. Dette gav rulleskyggen muligheden for at blive trukket op og sænket ned uden at låse sig fast, når løftebevægelsen stoppede.

Trin 6: Opsætning af ledninger

Ledningerne skulle organiseres pænt og ledninger skulle adskilles, så der ikke forekom interferens mellem ledninger. Der blev ikke loddet under dette projekt.

En Ywrobot LDR lyssensor bruges som lysdetektor, det er en fotomodstand, der er forbundet til analog pin A3 på Arduino UNO

En DS18B20 Temperatursensor bruges som en indstillet temperaturparameter for projektet, den læser op i Celsius, og jeg konverterede den til udlæsning i Fahrenheit. DS18B20 kommunikerer over en 1-tråds bus. Et bibliotek skal downloades og integreres i Arudino -kodeskitsen, så DS18B20 kan bruges. Temperatursensoren er forbundet til digital pin 2 på Arduino UNO

En RBG LED bruges som en indikator for, hvor skygge positionen er. Rød er, når skyggen er helt oppe eller helt nede, og er blå, når den er i bevægelse. Rød pin på LED tilsluttet digital pin 4 på Arduino UNO. Blå pin på LED tilsluttet digital pin 3 på Arduino UNO

Mikrobegrænsningskontakter blev brugt som stoppunkter for skygge -position og standset motorbevægelse. Grænsekontakt i bunden forbundet til digital pin 12 på Arduino UNO. Grænsekontakt øverst tilsluttet digital pin 11 på Arduino UNO. Begge blev indstillet til starttilstanden nul, når de ikke blev udløst/ trykket

En L298n Dual H-Bridge blev brugt til motorrotationsstyring. Var nødvendig for at håndtere batteristrøm, der blev leveret. Strøm og jord fra 12V batteriet er forbundet til H-broen, som giver strøm til 12V 200rpm gearmotoren. H-broen er forbundet til Arduino UNO

12Volt 1,5A genopladeligt batteri leverer strøm til motoren

En 12Volt 0,6 A 200rpm børstet reversibel gearet DC -motor blev brugt til dette projekt. Var for hurtig til at fungere ved fuld driftscyklus, mens den blev styret med Pulsbreddemodulation (PWM)

Trin 7: Projektdesigndata

Ikke mange eksperimentelle data, beregninger, grafer eller kurver var nødvendige for at udvikle projektet. Lyssensoren kan bruges til et stort lysområde, og temperatursensoren har et område fra -55 ° C til 155 ° C, som mere end rummer vores temperaturområde. Selve skærmen er lavet af vinylstof og fastgjort til en aluminiumsstang, og der blev valgt et 12V batteri, fordi jeg ikke ønskede at have et problem med strøm. En 12V motor blev valgt for at håndtere spændingen og strømmen fra batteriet og baseret på tidligere viden om, at den skulle være kraftig nok til at fungere under de kræfter, der ville blive påført. Beregninger blev foretaget for at bekræfte, at den faktisk kunne håndtere det moment, der ville blive påført motorens 0,24 tommer aksel. Da den nøjagtige type aluminiumsstang var ukendt på grund af brug af personlige forsyninger, blev Aluminium 2024 brugt til beregninger. Diameteren på stangen er omkring 0,25 tommer og længden er 18 tommer. Ved hjælp af online metalforretningens vægtberegner er stangens vægt 0,0822 lb. Det anvendte vinylstof blev skåret fra et større stykke, der vejer 1,5 lb. Det firkantede stykke stof, der bruges, måler 12 tommer lang med 18 tommer bredt og er halvt så stort som det originale stykke. Af denne grund er vægten af vores stykke stof ca. 0,75 lb. Den samlede kombinerede vægt for stangen og stoffet er 0,8322 lb. Drejningsmomentet på grund af disse kombinerede belastninger virker i stangens massemidtpunkt og blev beregnet ved at multiplicere totalvægt med akslen 0,24 tommer radius. Det samlede drejningsmoment vil virke i midten af stangen med en værdi på 0,2 lb-in. Stangen er lavet af et materiale med ensartet diameter og har en kædestøtte i den ene ende og motorens aksel i den anden ende. Da kædestøtten og motorens aksel er lige store afstande fra midten af stangen, deles drejningsmomentet på grund af vægten af hver ende ligeligt. Motorens aksel havde derfor brug for at håndtere halvdelen af drejningsmomentet på grund af vægt eller.1 lb-in. Vores jævnstrømsmotor har et maksimalt drejningsmoment på 0,87 lb-in ved 200 o / min, hvilket mere end kan rumme solafskærmning og stang, så motoren blev implementeret, så afprøvning kunne begynde. Beregningerne fik mig til at indse, at motoren ikke skulle fungere ved maksimale forhold, så arbejdscyklussen skulle reduceres fra 100 procent. Driftscyklussen blev kalibreret ved forsøg og fejl for at bestemme den ideelle hastighed til både at hæve og sænke solskærmen.

Trin 8: Arduino Sketch

Til programmering af kode brugte jeg Arduino IDE. Download programmøren via webstedet

Det er enkelt at bruge, hvis du aldrig har brugt det før. Der er mange vejledningsvideoer på YouTube eller internettet for at lære at kode et program i Arduino -software.

Jeg brugte en Arduino UNO mikrokontroller som hardware til mit projekt. Det havde lige nok digitale pinindgange, som jeg havde brug for.

Den vedhæftede fil er min kode til projektet og den serielle monitorudskrivning. Som det kan ses i det dokument, der viser udskriften, står der, når skyggen er helt op eller helt ned, og når den bevæger sig op eller ned.

For at få DS18B20 temperatursensoren anvendelig blev et bibliotek kaldet OneWire brugt. Dette bibliotek findes under fanen Skitse, når Arduino -programmet er åbent.

For at koden fungerer, skal du sørge for, at den rigtige port og bord bruges, når du uploader koden, hvis ikke Arduino giver et FEJL og ikke fungerer korrekt.

Trin 9: Slutprodukt

Jeg lagde alle ledninger inde i kassen for at beskytte dem mod at blive beskadiget eller fjernet, hvilket forårsager, at kredsløbet muligvis ikke fungerer.

Videoen viser alle mulige indstillinger for den automatiserede solskærm. Skyggen går op, derefter dækkes lyset for at bringe skyggen ned igen. Dette virker kun, fordi temperaturgrænsen er overholdt, hvis temperaturen ikke var varm nok, ville skyggen slet ikke bevæge sig og ville forblive nede i bunden i hvilestilling. Temperaturen, der kræves for at systemet kan fungere, kan ændres og justeres efter ønske. Vippekontakten i videoen skal vise, hvornår køretøjet er tændt, eller når man vil stoppe med at levere strøm til motoren.

Produktet er helt bærbart og autonomt. Det er designet til at være et emne, der er indbygget i et køretøj som et automatisk skygge system, men kan bruge den nuværende konstruktion til udendørs skygge systemer eller inde i et hus til vinduer.

Til indendørs brug kan produktet i sidste ende tilsluttes fysisk til en hustermostat eller med en Bluetooth -tilpasning til kredsløbet og koden, hvilket gør det muligt at styre produktet med en mobilapp. Dette er ikke den oprindelige hensigt eller hvordan produktet er konstrueret, kun en potentiel brug af design.