Arduino Uno geautomatiseerd zonneschermsysteem - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Het gecreëerde product is een automatisch zonneschermsysteem voor voertuigen, het is volledig autonoom en wordt geregeld door temperatuur- en lichtsensoren. Met dit systeem zou een zonnescherm eenvoudig het raam van de auto kunnen bedekken wanneer de auto een bepaalde temperatuur heeft bereikt en wanneer een bepaalde hoeveelheid licht door de auto is gepasseerd. Grenzen werden zo ingesteld dat de schaduw niet zou werken wanneer een voertuig aan staat. Er is een schakelaar aan het systeem toegevoegd voor het geval u de zonwering hoger wilde zetten terwijl aan geen van beide parameters werd voldaan. Als het bijvoorbeeld een koele nacht was en u wilt dat uw auto wordt afgedekt voor privacy, kunt u eenvoudig op de schakelaar drukken om de zonwering omhoog te brengen. U kunt ook de schakelaar uitschakelen om het systeem volledig uit te schakelen.

Probleemstelling - “Als voertuigen in de hitte worden achtergelaten, kan de temperatuur in het interieur van het voertuig zeer oncomfortabel worden, vooral voor uzelf wanneer u het voertuig weer instapt of voor passagiers die in het voertuig worden achtergelaten. Het hebben van een jaloeziesysteem kan ook dienen als beveiligingsmiddel om te voorkomen dat iemand in uw voertuig kijkt.” Ook al zijn er zonneschermen voor auto's die gemakkelijk en eenvoudig op te zetten zijn, het kan soms een hele klus zijn en je vergeet ze misschien op te zetten. Met een automatisch zonneschermsysteem hoeft u de zonneschermen niet handmatig op te zetten of eraan te denken om ze op te zetten, omdat het automatisch omhoog gaat wanneer dat nodig is.

Afbeeldingsbron:

Stap 1: Ontwerpconceptproces

Ik wilde een eenvoudig te maken en te gebruiken ontwerp dat uiteindelijk in een voertuig kon worden geïntegreerd. Dit betekent dat het een reeds geïnstalleerde functie voor het voertuig zou zijn. Zoals het momenteel is gebouwd, kan het echter ook worden gebruikt voor zonweringsystemen. Voor het ontwerpproces werden verschillende schetsen en ideeën gemaakt, maar na gebruik van een beslissingsmatrix was het nu gemaakte product het definitieve concept om te bouwen.

Stap 2: Gebruikte materialen

De foto's zijn van daadwerkelijke componenten die in het project worden gebruikt. De projectgegevensbladen bevinden zich in het bijgevoegde document. Niet alle datasheets konden worden verstrekt. Het kostte me ongeveer $ 146 om het hele product te bouwen.

De meeste onderdelen en componenten kwamen van Amazon of een bouwmarkt genaamd Lowe's.

Andere gebruikte apparaten:

Draadstrippers

Tang

kruiskopschroevendraaier

platte schroevendraaier

Multimeter

laptop

Arduino gedownload programma

Stap 3: Logica: hoe het werkt

Schakeling:

Via een computer of laptop wordt code van de Arduino-programmeur naar de Arduino Uno gestuurd die vervolgens de code leest en de opdrachten afdwingt. Zodra de code is geüpload naar de Arduino Uno, is het niet nodig om verbonden te blijven met de computer om het programma voort te zetten, zolang de Arduino Uno een andere voeding krijgt om te werken. De H - Bridge in het circuit levert een output van 5 volt wat voldoende is om de Arduino Uno aan te sturen. Het systeem laten werken zonder de computer als voeding voor de Arduino Uno, waardoor het systeem draagbaar wordt, wat nodig is als het in een voertuig wil worden gebruikt.

Op de Arduino Uno zijn twee eindschakelaars, een temperatuursensor, een lichtsensor, een RBG LED en een H - Bridge aangesloten.

DE RBG-LED geeft aan waar de trekkerstang zich bevindt. Wanneer de trekker in de onderste positie staat en de onderste eindschakelaar activeert, brandt de LED rood. Wanneer de trigger tussen beide eindschakelaars staat, wordt de LED blauw weergegeven. Wanneer de trekker bovenaan de bovenste eindschakelaar raakt, wordt de LED rozerood.

De eindschakelaars zijn afsluitschakelaars voor het circuit om het systeem te vertellen de motorbeweging te stoppen.

De H - Bridge fungeert als een relais voor de controle van de motorrotatie. het werkt door in paren in te schakelen. het wisselt de stroom door de motor af, die de spanningspolariteit regelt, waardoor richtingsverandering kan plaatsvinden.

Een 12 Volt, 1,5 Amp batterij voorziet de motor van stroom. De accu is aangesloten op de H-brug zodat de draairichting van de motor kan worden geregeld.

Een handmatige tuimelschakelaar bevindt zich tussen de batterij en de H-brug om te fungeren als een aan/uit-component om te simuleren wanneer de auto aan of uit staat. Als de schakelaar is ingeschakeld, wat aangeeft dat het voertuig is ingeschakeld, vindt er helemaal geen actie plaats. Op die manier zal de schaduw niet werken tijdens het rijden met uw voertuig. Wanneer de schakelaar is uitgeschakeld, alsof het voertuig op dezelfde manier is uitgeschakeld, werkt het systeem en functioneert het naar behoren.

De temperatuursensor is de keystone-component voor het circuit. Als een temperatuur van een ingestelde drempel niet wordt gehaald, wordt er geen actie ondernomen, zelfs niet als er licht wordt opgemerkt. Als de temperatuurdrempel wordt bereikt, controleert de code de lichtsensoren.

Als aan de parameters van de licht- en temperatuursensor wordt voldaan, vertelt het systeem de motor om te bewegen.

Fysieke component:

Een tandwiel is bevestigd aan een 12V 200rpm gelijkstroommotor. Het tandwiel drijft een aandrijfstang aan die een ketting- en tandwielsysteem roteert dat de op- of neerwaartse beweging regelt van een aluminium stang die aan de ketting is bevestigd. De metalen staaf is verbonden met de kap, waardoor deze omhoog of omlaag kan worden gebracht, afhankelijk van waar de huidige codeparameters om vragen.

Stap 4: Projectontwikkeling

Creatieproces:

Stap 1) Frame bouwen

Stap 2) Bevestig componenten aan het frame; inclusief tandwiel- en kettingsystemen, ook rolgordijn met verwijderde borgpen

Ik heb een tang gebruikt om de eindkap van het rolgordijn te halen om de borgpen te verwijderen. Als u niet oppast, zal de veerspanning in het rolgordijn afwikkelen, als dat gebeurt is het gemakkelijk weer op te wikkelen. Houd het rolgordijn gewoon vast en draai het interne mechanisme totdat het vastzit.

Stap 3) Maak een circuit op breadboard - gebruik jumperdraden om de juiste breadboard-pin aan te sluiten op Arduino digitale of analoge pin.

Stap 4) Maak code in Arduino

Stap 5) Testcode; Kijk naar de afdruk op de seriële monitor, als problemen correcties aanbrengen in de code.

Stap 6) Voltooi het project; Code werkt met gecreëerde circuit- en productstructuur.

Veel forums en instructievideo's werden gebruikt om me te helpen bij het maken van mijn project.

Lijst van referenties:

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

Met vallen en opstaan, onderzoek en extra hulp van collega's plus universiteitsprofessoren kon ik mijn afstudeerproject maken.

Stap 5: Creatieproces: Framework

Het product moest zo worden geconstrueerd dat het gemaakt kon worden met onderdelen die vrij gemakkelijk te verkrijgen waren.

Het fysieke frame was gemaakt van alleen cederhout en schroeven.

Frame is 24 inch lang en 18 inch hoog. het is ongeveer een schaal van 1: 3 van een gemiddelde voorruit van een voertuig op ware grootte.

Het fysieke product heeft twee plastic tandwiel- en kettingsets, twee metalen staven en een rolgordijn.

Een tandwiel is verbonden met de gelijkstroommotor, het roteert een metalen staaf die fungeert als een aandrijfas die de kettingbeweging regelt. De aandrijfstang is toegevoegd om de kap gelijkmatig te laten bewegen.

Het tandwiel en de ketting zorgen ervoor dat een andere metalen staaf de kap kan optillen en laten zakken, en fungeert als een trigger voor de twee eindschakelaars..

Het rolgordijn had oorspronkelijk een vergrendelingsmechanisme toen ik het kocht en ik heb het eruit gehaald. Dit gaf het rolgordijn de mogelijkheid om omhoog en omlaag te worden getrokken zonder te vergrendelen in een positie zodra de hefbeweging stopte.

Stap 6: Bedrading instellen

De bedrading moest netjes worden georganiseerd en draden moesten worden gescheiden zodat er geen interferentie tussen draden optrad. Tijdens dit project is er niet gesoldeerd.

Een Ywrobot LDR-lichtsensor wordt gebruikt als lichtdetector, het is een fotoweerstand die is aangesloten op analoge pin A3 op de Arduino UNO

Een DS18B20-temperatuursensor wordt gebruikt als een ingestelde temperatuurparameter voor het project, deze wordt uitgelezen in Celsius en ik heb deze geconverteerd naar uitlezing in Fahrenheit. De DS18B20 communiceert via een 1-Wire bus. Er moet een bibliotheek worden gedownload en geïntegreerd in de Arudino-codeschets, zodat de DS18B20 kan worden gebruikt. De temperatuursensor is aangesloten op digitale pin 2 op Arduino UNO

Een RBG LED wordt gebruikt als indicator voor waar de schaduwpositie is. Rood is wanneer de schaduw volledig omhoog of volledig omlaag is, en is blauw wanneer deze zich in een bewegende staat bevindt. Rode pin op LED aangesloten op digitale pin 4 op Arduino UNO. Blauwe pin op LED aangesloten op digitale pin 3 op Arduino UNO

Micro-eindschakelaars werden gebruikt als stoppunten voor de positie van de schaduw en stopten de motorbeweging. Eindschakelaar aan de onderkant aangesloten op digitale pin 12 op Arduino UNO. Eindschakelaar aan de bovenkant aangesloten op digitale pin 11 op Arduino UNO. Beiden waren ingesteld op nul als ze niet werden getriggerd/ ingedrukt

Een L298n Dual H-Bridge werd gebruikt voor het regelen van de motorrotatie. Was nodig om de geleverde batterijstroomsterkte aan te kunnen. De voeding en aarde van de 12V-batterij zijn verbonden met de H-Bridge, die de 12V 200rpm-motorreductor van stroom voorziet. De H-Bridge is verbonden met de Arduino UNO

De 12Volt 1.5A oplaadbare batterij voorziet de motor van stroom

Voor dit project werd een 12Volt 0,6 A 200rpm geborstelde omkeerbare gelijkstroommotor met tandwieloverbrenging gebruikt. Was te snel om op volledige werkcyclus te werken terwijl het werd bestuurd met pulsbreedtemodulatie (PWM)

Stap 7: Projectontwerpgegevens

Er waren niet veel experimentele gegevens, berekeningen, grafieken of curven nodig om het project te ontwikkelen. De lichtsensor kan worden gebruikt voor een groot helderheidsbereik en de temperatuursensor heeft een bereik van -55 ° C tot 155 ° C, wat meer dan geschikt is voor ons temperatuurbereik. De kap zelf is gemaakt van vinylstof en bevestigd aan een aluminium staaf en er is gekozen voor een 12V-batterij omdat ik geen probleem met de stroom wilde hebben. Er werd een 12V-motor gekozen om de spanning en stroom geleverd door de batterij aan te kunnen en op basis van eerdere kennis dat deze krachtig genoeg zou moeten zijn om te werken onder de krachten die zouden worden uitgeoefend. Er werden berekeningen uitgevoerd om te bevestigen dat het inderdaad het koppel aankan dat op de 0,24 inch-as van de motor zou worden uitgeoefend. Omdat het exacte type aluminium staaf onbekend was vanwege het gebruik van persoonlijke benodigdheden, werd Aluminium 2024 gebruikt voor berekeningen. De diameter van de staaf is ongeveer 0,25 inch en de lengte is 18 inch. Met behulp van de gewichtscalculator van de online metaalwinkel is het gewicht van de staaf 0,0822 lb. De gebruikte vinylstof is gesneden uit een groter stuk met een gewicht van 1,5 lb. Het vierkante stuk stof dat wordt gebruikt, is 12 inch lang bij 18 inch breed en is de helft van de grootte van het originele stuk. Om deze reden is het gewicht van ons stuk stof ongeveer 0,75 lb. Het totale gecombineerde gewicht voor de staaf en de stof is 0,8322 lb. Het koppel als gevolg van deze gecombineerde belastingen werkt op het zwaartepunt van de staaf en werd berekend door de vermenigvuldiging van de totaal gewicht door de 0,24 inch straal van de as. Het totale koppel werkt in het midden van de stang met een waarde van 0,2 lb-in. De staaf is gemaakt van één materiaal met uniforme diameter en heeft aan het ene uiteinde een kettingsteun en aan het andere uiteinde de as van de motor. Omdat de kettingsteun en de motoras zich op gelijke afstanden van het midden van de stang bevinden, wordt het koppel als gevolg van het gewicht gelijkelijk door elk uiteinde gedeeld. De as van de motor moest daarom de helft van het koppel verwerken vanwege het gewicht of 0,1 lb-in. Onze DC-motor heeft een maximaal koppel van 0,87 lb-in bij 200 tpm, wat meer dan voldoende is voor het zonnescherm en de stang, dus de motor werd geïmplementeerd zodat het testen kon beginnen. Door de berekeningen realiseerde ik me dat de motor niet bij maximale omstandigheden zou moeten werken, dus de duty-cycle zou van 100 procent moeten worden teruggebracht. De duty cycle is met vallen en opstaan gekalibreerd om de ideale snelheid te bepalen voor zowel het omhoog als omlaag brengen van het zonnescherm.

Stap 8: Arduino-schets

Om code te programmeren heb ik Arduino IDE gebruikt. Download de programmeur via de website

Het is eenvoudig te gebruiken als je het nog nooit eerder hebt gebruikt. Er zijn veel instructievideo's op YouTube of internet om te leren hoe je een programma codeert in Arduino-software.

Ik gebruikte een Arduino UNO-microcontroller als hardware voor mijn project. Het had net genoeg digitale pin-ingangen die ik nodig had.

Het bijgevoegde bestand is mijn code voor het project en de afdruk van de seriële monitor. Zoals te zien is in het document dat de afdruk weergeeft, wordt vermeld wanneer de schaduw helemaal omhoog of helemaal omlaag is, en wanneer omhoog of omlaag wordt bewogen.

Om de DS18B20-temperatuursensor bruikbaar te maken, werd een bibliotheek met de naam OneWire gebruikt. Deze bibliotheek is te vinden onder het tabblad Sketch wanneer het Arduino-programma is geopend.

Om code te laten werken, moet u ervoor zorgen dat de juiste poort en kaart worden gebruikt bij het uploaden van de code, anders geeft Arduino een FOUT en werkt niet correct.

Stap 9: Eindproduct

Ik heb alle bedrading in de doos gestopt om ze te beschermen tegen beschadiging of verwijdering, waardoor het circuit mogelijk niet werkt.

De video toont alle mogelijke instellingen voor het automatische zonnescherm. De schaduw gaat omhoog, dan wordt het licht bedekt om de schaduw weer naar beneden te brengen. Dit werkt alleen omdat de temperatuurdrempel is bereikt, als de temperatuur niet warm genoeg was, zou de schaduw helemaal niet bewegen en in een rustpositie op de bodem blijven. De temperatuur die nodig is om het systeem te laten werken, kan naar wens worden gewijzigd en aangepast. De tuimelschakelaar in de video is om te demonstreren wanneer het voertuig wordt ingeschakeld of wanneer u wilt stoppen met het leveren van stroom aan de motor.

Het product is volledig draagbaar en autonoom. Het is ontworpen als een item dat in een voertuig wordt ingebouwd als een automatisch zonweringsysteem, maar kan de huidige constructie gebruiken voor buitenzonwering of in een huis voor ramen.

Voor gebruik binnenshuis kan het product uiteindelijk fysiek of met een Bluetooth-aanpassing aan het circuit en de code worden aangesloten op een huisthermostaat, waardoor het product met een mobiele app kan worden bediend. Dit is niet de oorspronkelijke bedoeling of hoe het product is geconstrueerd, alleen een mogelijk gebruik van design.