מערכת שמשיה אוטומטית של Arduino Uno: 9 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

המוצר שנוצר הוא מערכת שמשיות אוטומטית לרכבים, היא אוטונומית לחלוטין ונשלטת על ידי חיישני טמפרטורה ואור. מערכת זו תאפשר לגוון פשוט לכסות את חלון המכונית כשהמכונית הגיעה לטמפרטורה מסוימת וכאשר כמות אור מסוימת עברה במכונית. גבולות נקבעו כך שהצל לא יעבוד כאשר רכב דולק. מתג נוסף למערכת במקרה שאתה רוצה להעלות את הגוון למרות שאף אחד מהפרמטרים לא התקיים. לדוגמה, אם זה היה לילה קריר ואתה רוצה שהמכונית שלך תהיה מכוסה לפרטיות, אתה יכול פשוט ללחוץ על המתג כדי להעלות את הצל. תוכל גם לכבות את המתג כדי לכבות את המערכת לחלוטין.

הצהרת בעיה - כאשר כלי רכב נשארים בחום הטמפרטורה הפנימית של הרכב עלולה להיות מאוד לא נוחה, במיוחד עבור עצמו כשנכנסים לרכב או לנוסעים שנותרו ברכב. החזקת מערכת עיוורת יכולה לשמש גם כאמצעי אבטחה למניעת שמישהו צופה בתוך הרכב שלך”. למרות שיש שמשיות למכוניות שקל ופשוט להעלות אותן, לפעמים זה יכול להיות טרחה ואתה עלול לשכוח לשים אותה. עם מערכת שמשיות אוטומטית, לא תצטרך להעלות את הגוונים באופן ידני או לזכור לשים אותם מכיוון שהיא תעלה אוטומטית בעת הצורך.

מקור תמונה:

שלב 1: תהליך עיצוב קונספט

רציתי עיצוב פשוט וניתן לשימוש שיכול בסופו של דבר להשתלב ברכב. המשמעות היא שזו תהיה תכונה שכבר מותקנת עבור הרכב. עם זאת, כפי שנבנה כיום הוא יכול לשמש גם למערכות צלליות לחלונות. לתהליך יצירת העיצוב נעשו מספר סקיצות ורעיונות, אך לאחר שימוש במטריצת החלטות המוצר שנעשה כעת היה הרעיון שהוחלט לבנות.

שלב 2: חומרים בשימוש

התמונות הן של רכיבים בפועל המשמשים את הפרויקט. דפי נתוני הפרויקט נמצאים במסמך המצורף. לא ניתן היה לספק את כל גליונות הנתונים. עלה לי בערך 146 דולר לבנות את המוצר כולו.

רוב החלקים והרכיבים הגיעו מאמזון או מחנות שיפוצים לבית בשם Lowe's.

מכשירים אחרים בשימוש:

חשפניות חוטים

צְבָת

מברג פיליפס

מברג שטוח

רב מטר

מחשב נייד

תוכנית Arduino שהורדה

שלב 3: לוגיקה: איך זה עובד

מעגלים:

באמצעות מחשב או מחשב נייד, קוד מתכנת Arduino נשלח ל- Arduino Uno שאחר כך קורא את הקוד ואוכף את הפקודות. לאחר העלאת הקוד ל- Arduino Uno לא יהיה צורך להישאר מחובר למחשב כדי להמשיך את התוכנית כל עוד ה- Arduino Uno יפעיל ספק כוח אחר להפעלה. גשר ה- H במעגל מספק תפוקה של 5 וולט וזה מספיק כדי לשלוט ב- Arduino Uno. מתן אפשרות למערכת לפעול ללא המחשב כאספקת החשמל של ה- Arduino Uno, מה שהופך את המערכת לניידת, מה שצריך אם רוצים להשתמש בה ברכב.

שני מתגי הגבלה, חיישן טמפרטורה, חיישן אור, נורית RBG וגשר H מחוברים ל- Arduino Uno.

נורית ה- RBG מסמנת היכן נמצא מוט ההדק. כאשר ההדק נמצא במיקום התחתון המפעיל את מתג הגבול התחתון נורית ה- LED מראה אדום. כאשר ההדק נמצא בין שני מתגי הגבול הנורית מציגה כחול. כאשר ההדק בחלק העליון מכה במתג הגבול העליון הנורית מציגה אדום ורדרד.

מתגי הגבול הם מתגי ניתוק למעגל שיאמר למערכת להפסיק את תנועת המנוע.

ה- H - Bridge משמש כממסר לבקרת סיבוב המנוע. זה עובד על ידי הפעלה בזוגות. הוא מחליף את זרימת הזרם דרך המנוע, השולט על קוטביות המתח ומאפשר שינוי כיווני.

סוללת 12 וולט, 1.5 אמפר מספקת כוח למנוע. הסוללה מחוברת לגשר H כך שניתן לשלוט בכיוון סיבוב המנוע.

מתג מתג ידני נמצא בין הסוללה ל- H - bridge כדי לשמש כרכיב הפעלה/ כיבוי המדמה כאשר המכונית פועלת או כבויה. כאשר המתג מופעל, המציין שהרכב פועל, לא תתבצע כלל פעולה. כך בעת נהיגה ברכב הצל שלך לא יפעל. כאשר המתג כבוי, מתנהג כאילו הרכב כבוי באופן דומה אז המערכת תפעל ותתפקד כראוי.

חיישן הטמפרטורה הוא מרכיב אבן המפתח למעגל, אם הטמפרטורה של סף מוגדר לא מתקיימת, לא תתבצע שום פעולה גם אם יבחינו באור. אם סף הטמפרטורה מתקיים, הקוד בודק את חיישני האור.

אם מתקיימים הפרמטרים של חיישן האור והטמפרטורה, המערכת אומרת למנוע לזוז.

תמורה פיזית:

הילוך מחובר למנוע 12V 200 סל ד עם הילוכים. ההילוך מניע מוט נהג שמסובב שרשרת ומערכת גלגלי שיניים השולטים בתנועה למעלה או למטה של מוט אלומיניום המחובר לשרשרת. מוט המתכת מחובר לגוון, ומאפשר להעלות או להוריד אותו בהתאם למה שפרמטרי הקוד הנוכחיים מבקשים שהגוון יהיה בו.

שלב 4: פיתוח פרויקטים

תהליך יצירה:

שלב 1) בנה מסגרת

שלב 2) צרף רכיבים למסגרת; כולל מערכות הילוכים ושרשרת, גם צל גלילה עם סיכת נעילה מוסרת

השתמשתי בצבת כדי להסיר את מכסה הקצה מגוון הגלילים כדי להסיר את סיכת הנעילה. אם לא תיזהר מתח הקפיץ בצל גלילה יירגע, אם זה יקרה קל לסובב מחדש. פשוט החזק בגוון גלילה וסובב את המנגנון הפנימי עד להידוק.

שלב 3) צור מעגל על לוח הלחם - השתמש בחוטי מגשר לחיבור סיכת לוח לחם מתאימה לסיכה דיגיטלית או אנלוגית Arduino.

שלב 4) צור קוד ב- Arduino

שלב 5) קוד בדיקה; תראה את ההדפסה על הצג הסדרתי, אם בעיות מבצעות תיקונים בקוד.

שלב 6) סיום הפרויקט; קוד עובד עם מעגל ומבנה מוצר שנוצר.

פורומים וסרטוני הדרכה רבים שימשו כדי לעזור לי ליצור את הפרויקט שלי.

רשימת הפניות:

• 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…

עם ניסוי וטעייה, מחקר וסיוע נוסף של עמיתים פלוס פרופסורים במכללה הצלחתי ליצור את פרויקט הגמר שלי.

שלב 5: תהליך יצירה: מסגרת

המוצר היה אמור להיבנות כך שניתן יהיה לייצר אותו עם חלקים די קלים להשגה.

המסגרת הפיזית הייתה עשויה עץ ארז וברגים בלבד.

אורך המסגרת 24 אינץ 'וגובהו 18 אינץ'. מדובר בערך בקנה מידה של 1: 3 של שמשת רכב ממוצעת בגודל מלא.

המוצר הפיזי כולל שני ערכות פלסטיק ושרשרת, שני מוטות מתכת וגוון גלילה.

ציוד מחובר למנוע ה- DC, הוא מסובב מוט מתכת המשמש כפיר הנהג השולט בתנועת השרשרת. מוט הנהג נוסף כדי שהגוון ינוע באופן אחיד.

ההילוך והשרשרת מאפשרים למוט מתכת אחר להרים ולהוריד את הצל, ופועל כטריגר לשני מתגי הגבול..

בצל הגלילה היה במקור מנגנון נעילה ברכישה והוצאתי אותו. זה נתן לגוון הגליל את היכולת למשוך כלפי מעלה ולהוריד אותו מבלי להינעל למצב לאחר שתנועת הרמה נעצרה.

שלב 6: הגדרת חיווט

החיווט היה צריך להיות מאורגן בצורה מסודרת וחייבים להיות מופרדים כך שלא תתעורר הפרעה בין החוטים. במהלך הפרויקט לא בוצעה הלחמה.

חיישן אור Ywrobot LDR משמש כגלאי אור, זהו נגד צילום המחובר לסיכה אנלוגית A3 ב- UND Arduino

חיישן טמפרטורה DS18B20 משמש כפרמטר טמפרטורה מוגדר לפרויקט, הוא נקרא בצלזיוס והפכתי אותו לקריאה בפרנהייט. ה- DS18B20 מתקשר באמצעות אוטובוס חד-חוטי. יש להוריד ספרייה ולשלב אותה בסקיצת הקוד של Arudino, כך שניתן יהיה להשתמש ב- DS18B20. חיישן הטמפרטורה מחובר לפין דיגיטלי 2 ב- Arduino UNO

נורית RBG משמשת אינדיקטור למיקום מיקום הגוון. אדום הוא כאשר הגוון למעלה או למטה לגמרי, והוא כחול כאשר הוא במצב נע. סיכה אדומה על LED המחוברת לפין דיגיטלי 4 ב- Arduino UNO. סיכה כחולה על LED המחוברת לפין דיגיטלי 3 ב- Arduino UNO

מתגי הגבלת מיקרו שימשו כנקודות עצירה למיקום הצל ועצרו את תנועת המנוע. מתג גבול בתחתית מחובר לפין דיגיטלי 12 ב- Arduino UNO. מתג גבול בחלקו העליון מחובר לפין דיגיטלי 11 ב- Arduino UNO. שניהם נקבעו למצב התחלתי של אפס כאשר לא הופעלו/ נלחצו

גשר H כפול L298n שימש לבקרת סיבוב המנוע. היה צורך להתמודד עם עוצמת הסוללה שסופקה. הכוח והאדמה מסוללת 12V מחוברים ל- H-Bridge, המספק את המנוע המונע על ידי 12V 200rpm. גשר H מחובר ל- UNO Arduino

הסוללה הנטענת של 1.5 וולט 12V מספקת כוח למנוע

מנוע DC של 12 וולט 0.6 A, 200 סל"ד, מוברש הפיך, שימש לפרויקט זה. היה מהיר מדי לתפעול במחזור עבודה מלא תוך שהוא נשלט באמצעות אפנון רוחב הדופק (PWM)

שלב 7: נתוני עיצוב פרויקטים

לא היה צורך בנתוני ניסוי, חישובים, גרפים או עקומות בכדי לפתח את הפרויקט. חיישן האור יכול לשמש לטווח בהירות גדול ולחיישן הטמפרטורה יש טווח שבין -55 ° C ל -155 ° C אשר יותר מאשר מתאים לטווח הטמפרטורות שלנו. הגוון עצמו עשוי מבד ויניל ומחובר למוט אלומיניום וסוללה של 12V נבחרה מכיוון שלא רציתי שיהיה לי בעיה בהספק. מנוע 12V נבחר על מנת להתמודד עם המתח והזרם המסופקים מהסוללה ובהתבסס על ידע קודם שהוא צריך להיות חזק מספיק כדי לפעול תחת הכוחות שיופעלו. חישובים נעשו כדי לאשר שהוא אכן יכול להתמודד עם המומנט שיופעל על פיר 0.24 אינץ 'של המנוע. מכיוון שהסוג המדויק של מוט האלומיניום לא היה ידוע עקב שימוש באספקה אישית, אלומיניום 2024 שימש לחישובים. קוטר המוט כ 0.25 אינץ 'והאורך הוא 18 אינץ'. באמצעות מחשבון המשקל של חנות המתכת המקוונת משקל המוט הוא 0.0822 פאונד. בד הוויניל בו נעשה שימוש נחתך מחתיכה גדולה יותר במשקל 1.5 ק"ג. פיסת הבד המרובעת המשמשת אורכת 12 אינץ 'ברוחב 18 אינץ' וגובהה בגודל של היצירה המקורית. מסיבה זו המשקל של פיסת הבד שלנו הוא כ -0.75 ק"ג. המשקל הכולל הכולל של המוט והבד הוא 0.8322 פאונד. המומנט עקב עומסים משולבים אלה פועל במרכז המסה של המוט ומחושב על ידי הכפלת המשקל הכולל ברדיוס 0.24 אינץ 'של הפיר. המומנט הכולל יפעל במרכז המוט עם ערך של 0.2 ק"ג. המוט עשוי מחומר אחד בעל קוטר אחיד ובעל תמיכת שרשרת בקצה אחד ופיר המנוע בקצה השני. מכיוון שתמיכת השרשרת ופיר המנוע נמצאים במרחקים שווים ממרכז המוט, המומנט עקב המשקל משותף לכל קצה באופן שווה. פיר המנוע לפיכך היה צריך להתמודד עם מחצית המומנט בגלל משקל או.1 ק"ג. למנוע DC שלנו יש מומנט מרבי של 0.87 lb-in ב -200 סל"ד שיכיל יותר מאשר את השמש והמוט כך שהמנוע יושם כדי שהבדיקות יוכלו להתחיל. החישובים גרמו לי להבין שהמנוע לא צריך לפעול בתנאים מקסימליים, כך שיהיה צורך להפחית את מחזור העבודה מ -100 אחוז. מחזור ההפעלה כויל על ידי ניסוי וטעייה כדי לקבוע את המהירות האידיאלית הן להעלאה והן להורדת צל השמש.

שלב 8: סקיצה של ארדואינו

כדי לתכנת קוד השתמשתי ב- Arduino IDE. הורד את המתכנת דרך האתר

זה פשוט לשימוש אם מעולם לא השתמשת בו בעבר. ישנם סרטוני הדרכה רבים ב- YouTube או באינטרנט כדי ללמוד כיצד לקודד תוכנה בתוכנת Arduino.

השתמשתי במיקרו -בקר Arduino UNO כחומרה לפרויקט שלי. היו לו מספיק כניסות סיכה דיגיטליות שהייתי צריך.

הקובץ המצורף הוא הקוד שלי לפרויקט והדפסת המסך הטורי. כפי שניתן להבחין במסמך המציג את ההדפסה הוא מציין כאשר הגוון הוא כל הדרך למעלה או כלפי מטה לחלוטין, וכאשר נעים למעלה או למטה.

כדי שיהיה ניתן להשתמש בחיישן הטמפרטורה DS18B20, נעשה שימוש בספרייה בשם OneWire. ספרייה זו נמצאת בכרטיסיה סקיצה כאשר תוכנית Arduino פתוחה.

כדי שהקוד יעבוד, ודא שהיציאה והלוח הנכונים משמשים בעת העלאת הקוד, אם לא Arduino ייתן שגיאה ולא יתפקד כראוי.

שלב 9: מוצר סופי

שמתי את כל החיווט בתוך הקופסה כדי להגן עליהם מפני פגיעה או הסרה, וייתכן שהמעגל לא עובד.

הסרטון מציג את כל ההגדרות האפשריות עבור השמשה האוטומטית. הצל עולה, ואז האור מכוסה כדי להחזיר את הגוון למטה. זה עובד רק מכיוון שסף הטמפרטורה התקיים, אם הטמפרטורה לא הייתה חמה מספיק הצל לא היה זז בכלל והיה נשאר למטה בתחתית במצב מנוחה. ניתן לשנות ולהתאים את הטמפרטורה הנדרשת על מנת שהמערכת תפעל. מתג המתג בסרטון הוא להדגים מתי הרכב מופעל או כאשר רוצים להפסיק לספק כוח למנוע.

המוצר נייד ואוטונומי לחלוטין. הוא נועד להיות פריט הבנוי בתוך רכב כמערכת הצללה אוטומטית, אך יכול להשתמש בבנייה הנוכחית עבור מערכות הצללה חיצוניות או בתוך בית לחלונות.

לשימוש פנימי, בסופו של דבר המוצר יכול להיות מחובר לטרמוסטט הבית פיזית או עם התאמת בלוטות 'למעגל ולקוד, מה שמאפשר לשלוט על המוצר באמצעות אפליקציה לנייד. זו לא הכוונה המקורית או אופן בניית המוצר, אלא רק שימוש פוטנציאלי בעיצוב.