Автоматическая система защиты от солнца Arduino Uno: 9 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Созданный продукт представляет собой автоматическую солнцезащитную систему для транспортных средств, она полностью автономна и контролируется датчиками температуры и света. Эта система позволила бы тени просто закрывать окно автомобиля, когда автомобиль достиг определенной температуры и когда через автомобиль проходило определенное количество света. Границы выставлены таким образом, чтобы тень не работала при движении автомобиля. В систему был добавлен переключатель на случай, если вы захотите поднять штору, даже если ни один из параметров не был соблюден. Например, если была прохладная ночь и вы хотели, чтобы ваша машина была закрыта для уединения, вы можете просто нажать на переключатель, чтобы поднять штору. Вы также можете выключить переключатель, чтобы полностью выключить систему.

Формулировка проблемы - «Когда автомобили оставляют на жаре, температура в салоне автомобиля может стать очень неудобной, особенно для человека при повторной посадке в автомобиль или для пассажиров, оставшихся в автомобиле. Наличие слепой системы также может служить средством безопасности, чтобы никто не заглядывал внутрь вашего автомобиля ». Несмотря на то, что есть солнцезащитные козырьки для автомобилей, которые легко и просто установить, иногда это может быть проблемой, и вы можете забыть их повесить. С автоматической системой солнцезащитных штор вам не придется вручную поднимать шторы или не забывать их поднимать, потому что они автоматически поднимаются, когда это необходимо.

Источник изображения:

Шаг 1: процесс разработки концепции

Мне нужен был простой в изготовлении и использовании дизайн, который в конечном итоге можно было бы интегрировать в автомобиль. Это означает, что это будет уже установленная функция для автомобиля. Однако в том виде, в котором он построен в настоящее время, он также может использоваться для оконных штор. Для процесса создания дизайна было сделано несколько эскизов и идей, но после использования матрицы решений было решено сконструировать уже созданный продукт.

Шаг 2: Используемые материалы

На фотографиях изображены реальные компоненты, использованные в проекте. Таблицы данных проекта находятся в прилагаемом документе. Не все спецификации могут быть предоставлены. Создание всего продукта обошлось мне примерно в 146 долларов.

Большинство запчастей и компонентов были приобретены на Amazon или в магазине товаров для дома Lowe's.

Другие используемые устройства:

Инструмент для зачистки проводов

Плоскогубцы

отвертка Филлипс

плоская отвертка

Мультиметр

Ноутбук

Скачанная программа Arduino

Шаг 3: Логика: как это работает

Схема:

Через компьютер или ноутбук код от программатора Arduino отправляется на Arduino Uno, который затем считывает код и выполняет команды. После загрузки кода в Arduino Uno отпадет необходимость оставаться подключенным к компьютеру для продолжения программы, если Arduino Uno получит другой источник питания для работы. H-мост в схеме обеспечивает выходное напряжение 5 вольт, которого достаточно для управления Arduino Uno. Позволяя системе работать без компьютера в качестве источника питания для Arduino Uno, делая систему портативной, что необходимо, если вы хотите использовать ее в транспортном средстве.

К Arduino Uno подключены два концевых выключателя, датчик температуры, датчик освещенности, светодиод RBG и H-мост.

СВЕТОДИОД RBG указывает, где находится спусковой крючок. Когда триггер находится в нижнем положении срабатывания нижнего концевого выключателя, светодиод горит красным. Когда триггер находится между обоими концевыми выключателями, светодиод горит синим. Когда спусковой крючок находится вверху и достигает верхнего концевого выключателя, светодиод горит розовато-красным светом.

Концевые выключатели - это выключатели цепи, которые сообщают системе о необходимости остановки двигателя.

H-мост действует как реле для управления вращением двигателя. работает попарно. он чередует ток, протекающий через двигатель, который регулирует полярность напряжения, позволяя изменять направление.

Аккумулятор на 12 В и 1,5 А обеспечивает питание двигателя. Батарея подключена к H-мосту, чтобы можно было контролировать направление вращения двигателя.

Ручной тумблер находится между аккумулятором и H-мостом и действует как компонент включения / выключения для имитации включения или выключения автомобиля. Когда переключатель включен, что указывает на то, что автомобиль включен, никаких действий не происходит. Таким образом, при вождении автомобиля тень не будет работать. Когда переключатель выключен и действует так, как будто автомобиль также выключен, система будет работать и функционировать должным образом.

Датчик температуры является ключевым элементом схемы, если температура не соответствует установленному пороговому значению, никаких действий предприниматься не будет, даже если будет замечен свет. Если температурный порог соблюден, то код проверяет датчики света.

Если параметры датчика освещенности и температуры соблюдены, система сообщает двигателю двигаться.

Физический компонент:

Шестерня прикреплена к мотор-редуктору постоянного тока 12 В, 200 об / мин. Зубчатая передача приводит в движение приводную штангу, которая вращает систему цепи и звездочек, которая управляет движением вверх или вниз алюминиевого стержня, прикрепленного к цепи. Металлический стержень соединяется с шторами, что позволяет поднимать или опускать его в зависимости от того, какие параметры текущего кода требуют, чтобы штора была штора.

Шаг 4: Разработка проекта

Процесс создания:

Шаг 1) Создайте каркас

Шаг 2) Присоедините компоненты к раме; включает в себя зубчатую и цепную системы, а также роликовую шторку со снятым стопорным штифтом

Я использовал плоскогубцы, чтобы снять заглушку с жалюзи ролика, чтобы удалить стопорный штифт. Если не соблюдать осторожность, натяжение пружины в роликовой шторке размотается, если это произойдет, ее легко перемотать. Просто удерживайте роликовую шторку и крутите внутренний механизм до упора.

Шаг 3) Сделайте схему на макетной плате - используйте перемычки для подключения правильного контакта макета к цифровому или аналоговому контакту Arduino.

Шаг 4) Создайте код в Arduino

Шаг 5) Тестовый код; Посмотрите распечатку на серийном мониторе, если проблемы, исправьте код.

Шаг 6) Завершите проект; Код работает с созданной схемой и структурой продукта.

Многие форумы и обучающие видео помогли мне создать свой проект.

Список литературы:

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

Методом проб и ошибок, исследованиями и дополнительной помощью коллег и профессоров колледжей я смог создать свой окончательный проект.

Шаг 5: Процесс создания: фреймворк

Изделие должно было быть сконструировано таким образом, чтобы его можно было изготавливать из деталей, которые было довольно легко получить.

Физическая рама была сделана только из кедрового дерева и шурупов.

Рама 24 дюйма в длину и 18 дюймов в высоту. это примерно масштаб 1: 3 от среднего лобового стекла в натуральную величину.

Физический продукт состоит из двух пластиковых комплектов шестерен и цепей, двух металлических стержней и роликовой шторки.

К двигателю постоянного тока подключена шестерня, она вращает металлический стержень, который действует как приводной вал, управляющий движением цепи. Стержень привода был добавлен, чтобы штора двигалась равномерно.

Шестерня и цепь позволяют другому металлическому стержню поднимать и опускать штору и действуют как спусковой механизм для двух концевых выключателей..

Роликовая шторка изначально имела запирающий механизм при покупке, и я вынул ее. Это давало роликовую шторку возможность подниматься и опускаться без фиксации в положении после прекращения подъемного движения.

Шаг 6: Настройка проводки

Электропроводка должна быть аккуратно организована, а провода должны быть разделены, чтобы между ними не возникало помех. Во время этого проекта пайка не производилась.

Датчик освещенности Ywrobot LDR используется в качестве детектора света, это фоторезистор, подключенный к аналоговому выводу A3 на Arduino UNO

Датчик температуры DS18B20 используется в качестве заданного параметра температуры для проекта, он считывается в градусах Цельсия, и я преобразовал его в считывание в градусах Фаренгейта. DS18B20 обменивается данными по шине 1-Wire. Библиотека должна быть загружена и интегрирована в эскиз кода Arudino, чтобы можно было использовать DS18B20. Датчик температуры подключен к цифровому выводу 2 на Arduino UNO

Светодиод RBG используется в качестве индикатора положения тени. Красный - это когда штора полностью поднята или полностью опущена, а синий - в подвижном состоянии. Красный вывод светодиода подключен к цифровому выводу 4 на Arduino UNO. Синий контакт светодиода подключен к цифровому контакту 3 на Arduino UNO

Микро-концевые выключатели использовались в качестве точек остановки для положения тени и остановленного движения двигателя. Концевой выключатель внизу подключен к цифровому выводу 12 на Arduino UNO. Концевой выключатель наверху подключен к цифровому выводу 11 на Arduino UNO. Оба были установлены в нулевое начальное состояние, когда не были запущены / нажаты

Для управления вращением двигателя использовался двойной H-мост L298n, необходимый для работы с током аккумуляторной батареи. Питание и земля от аккумулятора 12 В подключены к Н-мосту, который обеспечивает питание мотор-редуктора 12 В, 200 об / мин. H-мост подключен к Arduino UNO

Перезаряжаемый аккумулятор 12 Вольт 1,5 А обеспечивает питание двигателя

Для этого проекта использовался щеточный реверсивный мотор-редуктор постоянного тока 12 В, 0,6 А, 200 об / мин. Был слишком быстрым, чтобы работать с полным рабочим циклом при управлении с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

Шаг 7: данные проектирования проекта

Для разработки проекта не потребовалось много экспериментальных данных, расчетов, графиков или кривых. Датчик освещенности может использоваться для большого диапазона яркости, а датчик температуры имеет диапазон от -55 ° C до 155 ° C, что более чем соответствует нашему температурному диапазону. Сам абажур сделан из виниловой ткани и прикреплен к алюминиевому стержню, и была выбрана батарея 12 В, потому что я не хотел иметь проблем с питанием. Двигатель 12 В был выбран для того, чтобы справляться с напряжением и током, подаваемыми от батареи, и исходя из предыдущих знаний, он должен быть достаточно мощным, чтобы работать под воздействием прилагаемых сил. Были сделаны расчеты, чтобы подтвердить, что он действительно может выдерживать крутящий момент, который будет приложен к валу двигателя 0,24 дюйма. Поскольку точный тип алюминиевого стержня был неизвестен из-за использования личных принадлежностей, для расчетов использовался алюминий 2024. Диаметр стержня составляет около 0,25 дюйма, а длина - 18 дюймов. Используя калькулятор веса в интернет-магазине металла, вес стержня составляет 0,0822 фунта. Используемая виниловая ткань была вырезана из большего куска весом 1,5 фунта. Используемый квадратный кусок ткани имеет размеры 12 дюймов в длину на 18 дюймов в ширину и составляет половину размера оригинальный кусок. По этой причине вес нашего куска ткани составляет приблизительно 0,75 фунта. Общий общий вес стержня и ткани составляет 0,8322 фунта. Крутящий момент из-за этих комбинированных нагрузок действует в центре масс стержня и был рассчитан путем умножения на общий вес на радиус вала 0,24 дюйма. Общий крутящий момент будет действовать в центре стержня со значением 0,2 фунт-дюйма. Стержень изготовлен из одного материала одинакового диаметра и имеет опору для цепи на одном конце и вал двигателя на другом конце. Поскольку опора цепи и вал двигателя находятся на равных расстояниях от центра стержня, крутящий момент из-за веса распределяется между каждым концом поровну. Следовательно, валу двигателя необходимо было выдерживать половину крутящего момента из-за веса или 0,1 фунт-дюйма. Наш двигатель постоянного тока имеет максимальный крутящий момент 0,87 фунта на дюйм при 200 об / мин, что более чем вмещает солнцезащитный козырек и штангу, поэтому двигатель был реализован, поэтому можно было начать тестирование. Расчеты заставили меня понять, что двигатель не должен работать в максимальных условиях, поэтому рабочий цикл придется уменьшить со 100 процентов. Рабочий цикл был откалиброван методом проб и ошибок, чтобы определить идеальную скорость как для подъема, так и для опускания солнцезащитного козырька.

Шаг 8: эскиз Arduino

Для программирования кода я использовал Arduino IDE. Загрузите программатор через сайт

Он прост в использовании, если вы никогда не использовали его раньше. На YouTube или в Интернете есть множество обучающих видео, чтобы узнать, как кодировать программу в программном обеспечении Arduino.

Я использовал микроконтроллер Arduino UNO в качестве оборудования для своего проекта. У него было ровно столько цифровых входов, сколько мне было нужно.

Прикрепленный файл - это мой код проекта и распечатка серийного монитора. Как это заметно в документе, который отображает распечатку, здесь говорится, что тень полностью или полностью опущена, а также когда она движется вверх или вниз.

Чтобы датчик температуры DS18B20 можно было использовать, была использована библиотека OneWire. Эта библиотека находится на вкладке Sketch, когда открыта программа Arduino.

Чтобы код работал, убедитесь, что при загрузке кода используются правильный порт и плата, в противном случае Arduino выдаст ОШИБКУ и не будет работать правильно.

Шаг 9: конечный продукт

Я поместил всю проводку внутрь коробки, чтобы защитить их от повреждения или снятия, что может привести к неработоспособности схемы.

На видео показаны все возможные настройки автоматического зонта. Тень поднимается, затем свет перекрывается, чтобы тень снова опустилась. Это работает только потому, что температурный порог был достигнут: если температура была недостаточно высокой, тень не двигалась бы вообще и оставалась бы внизу в положении покоя. Температура, необходимая для работы системы, может быть изменена и отрегулирована по желанию. Тумблер на видео предназначен для демонстрации того, когда автомобиль включен или когда требуется прекратить подачу питания на двигатель.

Изделие полностью портативное и автономное. Он разработан как элемент, который встроен в автомобиль в качестве автоматической системы затемнения, но может использовать текущую конструкцию для наружных систем затенения или внутри дома для окон.

Для использования в помещении продукт может быть подключен к домашнему термостату физически или с адаптацией Bluetooth к цепи и коду, что позволит управлять продуктом с помощью мобильного приложения. Это не первоначальный замысел или способ создания продукта, а только возможное использование дизайна.