Автоматическая дверь курятника - под управлением Arduino: 10 шагов (с изображениями)

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

Это руководство предназначено для проектирования автоматической дверцы для кур с регулируемым вручную временем открытия и закрытия. Дверь можно открыть или закрыть дистанционно в любой момент.

Дверь имеет модульную конструкцию; раму, дверь и контроллер можно сконструировать и протестировать вдали от курятника, а затем просто прикрутить болтами к существующему проему курятника.

Он работает от 9 В постоянного тока, поэтому может питаться от розетки или аккумулятора и солнечной панели для зарядки аккумулятора.

Он использует соленоид для блокировки двери в закрытом состоянии и для удержания двери в открытом положении.

Основные части включают:

Ардуино UNO 3.

4-значный, 7-сегментный светодиодный дисплей

Модуль RTC

RF модуль

Потенциометры, Серводвигатель, Соленоид 6В - 12В, Поворотный энкодер с кнопкой

Дверь и ее рама могут быть изготовлены из обрезков древесины. Дверь поворачивается вверх вокруг стержня (взятого из принтера в моем случае) и имеет противовес, чтобы уменьшить крутящий момент, необходимый для подъема двери.

Инструменты для его создания включают:

ПК с Arduino IDE для программирования Arduino, Молоток, Пила, Паяльник, Кусачки, Дрель, Отвертка.

Я построил эту автоматическую дверцу для кур, чтобы избавить меня от необходимости дважды в день открывать и закрывать дверь утром и вечером. Куры являются отличными добытчиками яиц, навоза и развлечений, но рано вставать, чтобы выпустить их из курятника, особенно зимой, было утомительным занятием. А затем, убедившись, что я был дома вовремя, чтобы закрыть их, действительно ограничивало мою свободу приходить домой поздно.

Куры следуют распорядку дня: возвращаются в курятник на закате и просыпаются на рассвете. Время, в которое они входят и выходят, неточно и зависит от погоды дня и окружающего освещения. Если после того, как дверь закрылась, курица окажется слишком поздно для входа, ее можно дистанционно открыть, а затем закрыть. Дверь может быть закрыта в течение дня, если хозяину нужно предотвратить проникновение цыплят-выводков.

Поскольку время восхода и захода солнца меняется в течение года и зависит от широты, любой дверной контроллер должен отслеживать время суток, день года и знать широту местоположения. Это требование может быть выполнено с помощью программного обеспечения или солнечного трекера, но в этой конструкции используются настраиваемые вручную настройки времени открытия и закрытия, чтобы упростить задачу.

Поскольку восход солнца и установленное время меняются от одного дня к другому всего на несколько минут, настройки дверного контроллера нужно изменять только один раз в неделю.

Когда владелец понимает, как куры устраиваются на ночевку, они могут легко регулировать время открытия и закрытия.

Время открытия можно отрегулировать с 3:00 до 9:00, а время закрытия - с 15:00 до 21:00. Это время соответствует широте от 12 до 42 градусов от экватора (от Дарвина до Хобарта в Австралии) и охватывает самые длинные и самые короткие дни в году..

По сути, дверной контроллер - это часы с двумя настраиваемыми будильниками с ручным управлением.

Шаг 1: рама и распашная дверь

Рама предназначена для закрепления над имеющимся проемом курятника. Дверь поднимается вверх, как дверь гаража. Эта конструкция имеет преимущество перед автоматическими дверями, которые скользят вверх или в сторону для курятников, где наклон крыши над существующей дверью или существующий проем примыкает к стене.

1. Снимите имеющуюся дверь.

2. Выберите размер рамы, который подходит к существующему проему. Важны два размера рамы - высота рамы и ширина бруса. Дверь поворачивается от горизонтального шарнира, а длина от шарнира до рамы ("D" на схеме) такая же, как ширина бруса. Это означает, что, когда дверь открыта, часть двери над шарниром не задевает стену курятника.

3. Выберите для каркаса прочный и устойчивый к погодным условиям материал. Я использовал красную резинку, которая оказалась прочной, но тяжелой. С садовой сосной будет легче работать.

4. Сама дверь должна быть легкой, жесткой и устойчивой к погодным условиям.

Шаг 2: Определение размеров поворотной штанги и распашной двери

Размеры распашной двери должны быть такими, чтобы ширина двери заходила за внутренние края рамы. Высота двери меньше внутренней высоты рамы.

1. Найдите стержень диаметром около 5 мм (1/4 дюйма) и длиной, равной ширине рамы. Я использовал стержень из разобранного принтера, но стержня с резьбой было бы достаточно. Другой источник стержней - металлические стеллажи для сушки одежды. Прут можно разрезать болторезом или ножовкой. Соскребите покрытие с металла лезвием.

2. Вырежьте две канавки в раме на длине «D» (на схеме на предыдущем шаге) от верхнего отверстия рамы и на глубину диаметра стержня шарнира.

3. Найдите шарнир, диаметр пальца которого такой же или немного больше, чем у стержня шарнира. Выбейте штифт молотком и кернером. Если у вас нет кернера, воспользуйтесь большим гвоздем или аналогичной булавкой.

По счастливой случайности шарнир стержня принтера, который я использовал, идеально подошел для первого шарнира, который достался из моего мусорного ящика.

4. Вес нижней части распашной двери под шарниром и верхней части над шарниром должен быть одинаковым, чтобы снять нагрузку с серводвигателя, открывающего дверь. Этого можно добиться с помощью тяжелых болтов и гаек, просверленных в верхней части двери.

Шаг 3. Серводвигатель и подъемные рычаги

Я использовал серводвигатель MR-996. Он имеет крутящий момент: 9,4 кгс · см (4,8 В) или 11 кгс · см (7,2 В). Это означает, что для двери на 20 см ниже оси двигатель может поднять 11 кг / 20 = 550 г при напряжении 7,2 В.

С противовесом над стержнем шарнира дверь может быть тяжелее и / или длиннее. В качестве противовесов я использовал две большие гайки и болты, показанные на рисунках.

Сервопривод поставляется с пластиковым рычагом, который устанавливается на шлицевой выходной вал сервопривода. Отрежьте одну сторону этой руки острым ножом или кусачками для проволоки.

2. Подъемный рычаг изготовлен из двух отрезков алюминия, верхний рычаг представляет собой L-образный кронштейн, нижний рычаг - плоский кусок алюминия.

На прилагаемых схемах показано, как рассчитать размеры каждой руки. Полученные размеры основаны на ширине рамы «d» и положении точки подъема, установленной на двери.

Верхний рычаг имеет вырезы для того, чтобы рычаг очищал серводвигатель при подъеме двери.

Шаг 4: Блокирующий соленоид и опора для открытия двери

1. Соленоид, установленный на раме, служит двум целям:

а) запереть дверь, когда она закрыта, и

б) предотвратить закрывание двери после открытия.

Соленоид приводится в действие через полевой транзистор с выхода контроллера. Он убирается на несколько секунд, пока дверь открывается или закрывается.

2. Закрепите брус, как показано на фото. Он будет короче ширины рамы и установлен сразу под стержнем шарнира.

Шаг 5: Контроллер

1. Я использовал Arduino Uno 3 как основу контроллера. Всего имеется 17 входных и выходных контактов.

2. Контроллер отслеживает время через контроллер I2C RTC с резервной батареей. Было бы предпочтительнее иметь резервную аккумуляторную батарею, чтобы избежать необходимости открывать контроллер каждый год для замены батареи RTC. Время устанавливается с помощью поворотного контроллера и отображается на 4-значном 7-сегментном светодиодном индикаторе. Можно использовать ЖК-дисплей и отображать дополнительную информацию, например, сколько раз дверь открывалась и закрывалась.

3. Время открытия и закрытия регулируется линейными потенциометрами 10 кОм. Я мог бы использовать поворотный энкодер и светодиодный дисплей для установки времени открытия / закрытия, но решил, что для пользователя будет проще просто подойти и увидеть время с панели на расстоянии. Время нужно менять только каждую неделю или около того.

4. Беспроводной радиочастотный адаптер (https://www.adafruit.com/product/1097) для удобства открытия и закрытия вручную на расстоянии. URL брелока:

5. Коробка, которую я выбрал для размещения контроллера, была маленькой, поэтому мне нужно было добавить к ней коробку меньшего размера, чтобы она соответствовала удаленному приемнику.

6. Диаграмма фрицинга прилагается.

Шаг 6: Код

Код циклически повторяется и выполняет следующее:

1. сканирует состояние переключателей панели, 2. Считывает RTC и переводит время в минуты дня (от 0 до 1440).

3. Считывает показания двух аналоговых потенциометров и преобразует их в целые числа времени открытия и закрытия. Чтобы обеспечить более точное разрешение настроек времени, время открытия и закрытия ограничено между 3:00 - 9:00 и 15:00 - 9:00 соответственно.

4. считывает вход RF, чтобы увидеть, нажата ли удаленная кнопка.

5. сравнивает текущее время с временем открытия и закрытия и считывает режим, чтобы определить открытие или закрытие двери.

Добавление ручного переключателя открытия и закрытия усложнило разработку программного обеспечения, поскольку системе необходимо было переключаться между «ручным» и «автоматическим» режимами. Я решил это, не добавляя еще один переключатель режима, когда пользователь дважды нажимал переключатель открытия или закрытия, чтобы вернуться в автоматический режим.

Одно нажатие кнопки открытия или закрытия переводит контроллер в ручной режим. Есть шанс, что если дверь будет открыта после времени закрытия, возможно, чтобы пропустить опоздавшего цыпленка в курятник, пользователь забудет вернуть дверь в автоматический режим. Таким образом, ручной режим обозначается светодиодным дисплеем, на котором в качестве напоминания отображается «Открыть» или «Закрыть».

Библиотеки светодиодных дисплеев, которые я получил:

Шаг 7: Список деталей контроллера

Arduino Uno 34-значный 7-сегментный модуль

Серводвигатель MG 996R

Резистор 1кОм

Полевой транзистор: FQP30N06L.

2 потенциометра 10 кОм (время открытия / закрытия)

Поворотный энкодер со встроенной кнопкой

Перемычка

Преобразователь постоянного тока в постоянный ток 1 А: для сервопривода и соленоида

1 х тумблер SPDT (переключатель установки часов / минут)

1 x SPDT центр с мгновенным отключением-мгновенным (для ручного открытия / закрытия)

1 x SPDT с центральным выключением (для гашения / просмотра времени / селектора установки времени)

Соленоид: Push Pull 6-12V 10MM Stroke

Приемник Adafruit Simple RF M4 - 315 МГц, мгновенного действия

Брелок 2-кнопочный радиочастотный пульт дистанционного управления - 315 МГц

Коробка

Шаг 8: Электропитание, солнечные панели и батареи

1. Хотя Arduino может работать от 12 В постоянного тока, это приведет к перегреву встроенного линейного регулятора. Сервопривод лучше работает при более высоком напряжении (<7,2 В), поэтому компромисс заключался в том, чтобы запустить систему на 9 В постоянного тока и использовать преобразователь постоянного тока в постоянный для питания соленоида и сервопривода при напряжении 6 В. Я предполагаю, что с преобразователем постоянного тока можно было бы отказаться, и Arduino, серводвигатель и соленоид работают от одного и того же источника питания 6 В (1 А). Рекомендуется использовать конденсатор емкостью 100 мкФ, чтобы отфильтровать Arduino от сервопривода и соленоида.

2. Контроллер, который я сделал, потреблял ток покоя около 200 мА. Когда соленоид и сервопривод работали, потребляемый ток составлял около 1 А.

Светодиодный дисплей можно отключить с помощью переключателя для экономии заряда аккумулятора.

Учитывая, что дверь открывалась или закрывалась примерно за 7 секунд, а операции открывания и закрывания происходили только два раза в день, 1А в оценке суточного потребления энергии не учитывалось.

Он может работать от блока розеток 1 А 9 В, но сеть и блок розеток должны быть защищены от погодных условий.

3. Ежедневное потребление энергии рассчитывается как 24 часа x 200 мА = 4800 мАч. Свинцово-кислотной батареи емкостью 7 Ач с солнечной панелью 20 Вт должно хватить на один день автономной работы в районах со среднегодовой инсоляцией 5 часов. Но с большим количеством аккумуляторов и большей панелью автономных дней было бы больше.

Я использовал следующий онлайн-калькулятор, чтобы оценить размер батареи и панели:

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

Шаг 9: Инструкции по эксплуатации

Дверь работает в автоматическом или ручном режиме.

Автоматический режим означает, что дверь открывается или закрывается в соответствии с настройками времени открытия или закрытия. Автоматический режим обозначается пустым дисплеем, когда переключатель дисплея установлен в положение «Пусто». Когда режим меняется с ручного на автоматический, слово «АВТО» будет мигать в течение 200 мс.

Дверь переходит в ручной режим при активации пульта дистанционного управления или переключателя на контроллере. Ручной режим обозначается, когда на дисплее отображается «OPEn» или «CLSd», когда переключатель дисплея установлен в положение «Blank».

В ручном режиме настройки времени открытия / закрытия игнорируются. Пользователь должен не забыть закрыть дверь, если она была открыта вручную, или открыть дверь, если она была закрыта вручную, или вернуться в автоматический режим.

Чтобы вернуться в автоматический режим, пользователь должен нажать кнопку «Закрыть» во второй раз, если дверь уже закрыта, или кнопку «Открыть» во второй раз, если дверь уже закрыта.

Дверь запускается в автоматическом режиме в начале дня (12:00).

Шаг 10: навороты

Некоторые будущие улучшения могут включать:

Беспроводной дверной звонок для сигнала, когда дверь открывается / закрывается

«Аварийный сигнал завис», если система потребляет ток, равный соленоиду и сервоприводу, в течение более 10 секунд.

Bluetooth и приложение для настройки контроллера.

Открытие и закрытие, контролируемое Интернетом.

Замените светодиодный дисплей ЖК-дисплеем, чтобы отобразить больше информации.

Откажитесь от потенциометров настройки времени открытия / закрытия и используйте тумблер и имеющийся поворотный переключатель, чтобы установить время открытия / закрытия.