سیستم آفتابگیر اتوماتیک آردوینو Uno: 9 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

محصول ایجاد شده یک سیستم آفتابگیر اتوماتیک برای وسایل نقلیه است ، کاملاً مستقل است و توسط سنسورهای دما و نور کنترل می شود. این سیستم اجازه می دهد تا سایه ای به سادگی پنجره خودرو را هنگام رسیدن ماشین به دمای مشخص و هنگامی که مقدار مشخصی از نور از داخل خودرو عبور می کند ، بپوشاند. مرزها طوری تنظیم شده بودند که سایه هنگام روشن بودن وسیله نقلیه کار نکند. در صورتی که می خواهید سایه را افزایش دهید ، حتی اگر هیچ یک از پارامترها برآورده نشد ، یک سوئیچ به سیستم اضافه شد. به عنوان مثال ، اگر یک شب خنک بود و می خواهید خودروی شما برای حفظ حریم خصوصی پوشانده شود ، می توانید به سادگی کلید را فشار دهید تا سایه را افزایش دهید. همچنین می توانید سوئیچ را خاموش کنید تا سیستم به طور کامل خاموش شود.

مشکل بیان می کند: "هنگامی که وسایل نقلیه در معرض گرما قرار می گیرند ، دمای داخلی خودرو می تواند بسیار ناراحت کننده باشد ، به ویژه برای خود فرد هنگام ورود مجدد به خودرو یا برای مسافران باقی مانده در خودرو. داشتن یک سیستم کور همچنین می تواند به عنوان یک وسیله امنیتی برای جلوگیری از مشاهده شخصی در داخل وسیله نقلیه شما عمل کند. " حتی اگر برای خودروها چترهای آفتابی وجود دارد که نصب آنها آسان و ساده است ، گاهی اوقات ممکن است دردسر ساز باشد و ممکن است فراموش کنید که آن را نصب کنید. با استفاده از سیستم آفتابگیر اتوماتیک ، مجبور نیستید سایه ها را به صورت دستی قرار دهید یا به یاد داشته باشید که آنها را قرار دهید زیرا در صورت نیاز به طور خودکار افزایش می یابد.

منبع تصویر:

مرحله 1: طراحی فرایند مفهوم

من طرحی ساده برای ساخت و استفاده می خواستم که در نهایت بتواند در یک خودرو ادغام شود. این بدان معناست که این ویژگی قبلاً برای خودرو نصب شده است. با این حال ، همانطور که در حال حاضر ساخته شده است ، می تواند برای سیستم های سایه پنجره نیز استفاده شود. برای فرآیند ایجاد طراحی ، چندین طرح و ایده ایجاد شد ، اما پس از استفاده از ماتریس تصمیم ، محصول ساخته شده ، مفهوم تصمیم گیری شده برای ساخت بود.

مرحله 2: مواد مورد استفاده

تصاویر از اجزای واقعی مورد استفاده در پروژه هستند. برگه های داده پروژه در سند پیوست آمده است. همه ورق های داده را نمی توان ارائه داد. ساخت کل محصول برای من تقریباً 146 دلار هزینه داشت.

بیشتر قطعات و اجزای آن از آمازون یا فروشگاه بهبود خانه به نام Lowe's تهیه شده است.

سایر وسایل مورد استفاده:

استریپرهای سیم

انبر

پیچ گوشتی فیلیپس

پیچ گوشتی تخت

چند متری

لپ تاپ

برنامه بارگیری آردوینو

مرحله 3: منطق: چگونه کار می کند

مدار:

از طریق رایانه یا لپ تاپ ، کد برنامه نویس Arduino به Arduino Uno ارسال می شود که سپس کد را می خواند و دستورات را اجرا می کند. پس از بارگذاری کد در Arduino Uno ، تا زمانی که Arduino Uno منبع تغذیه متفاوتی برای اجرا داشته باشد ، دیگر نیازی به اتصال به کامپیوتر برای ادامه برنامه نخواهید داشت. H - Bridge در مدار خروجی 5 ولت را فراهم می کند که برای کنترل Arduino Uno کافی است. اجازه دادن به سیستم برای کارکردن بدون رایانه به عنوان منبع تغذیه Arduino Uno ، سیستم را قابل حمل می کند ، که در صورت تمایل برای استفاده در خودرو ضروری است.

دو سوئیچ محدود ، سنسور دما ، سنسور نور ، LED RBG و H -Bridge به آردوینو Uno متصل است.

LED RBG نشان می دهد که میله ماشه در کجا قرار دارد. هنگامی که ماشه در موقعیت پایین قرار دارد و کلید پایین را فعال می کند ، LED قرمز نشان می دهد. هنگامی که ماشه بین هر دو سوئیچ محدود است ، LED به رنگ آبی نمایش داده می شود. هنگامی که ماشه در بالا قرار دارد و به سوئیچ حد بالا برخورد می کند ، LED یک رنگ صورتی مایل به قرمز را نشان می دهد.

سوئیچ های محدود کننده ، کلیدهای قطع کننده مدار هستند که به سیستم می گویند حرکت موتور را متوقف کند.

پل H - به عنوان یک رله برای کنترل چرخش موتور عمل می کند. با روشن شدن جفت کار می کند. جریان متناوب را در موتور متناوب می کند ، که قطبیت ولتاژ را کنترل می کند و باعث تغییر جهت می شود.

باتری 12 ولت 1.5 آمپر قدرت موتور را تامین می کند. باتری به پل H - متصل است تا جهت چرخش موتور کنترل شود.

یک کلید تعویض دستی بین باتری و H - Bridge قرار دارد تا به عنوان یک قطعه روشن/ خاموش عمل کند تا هنگام روشن یا خاموش شدن خودرو شبیه سازی شود. هنگامی که سوئیچ روشن است ، نشان می دهد که خودرو روشن است ، هیچ اقدامی انجام نمی شود. به این ترتیب هنگام رانندگی با خودرو سایه کار نمی کند. وقتی سوئیچ خاموش است ، طوری عمل کنید که گویی خودرو به طور مشابه خاموش است ، سیستم به درستی کار می کند و کار می کند.

سنسور دما جزء کلیدی مدار است ، اگر دمای آستانه تعیین شده برآورده نشود ، حتی اگر نور مشاهده شود ، هیچ اقدامی انجام نمی شود. اگر آستانه دما رعایت شود ، کد سنسورهای نور را بررسی می کند.

اگر پارامترهای سنسور نور و دما برآورده شوند ، سیستم به موتور می گوید حرکت کند.

توانایی فیزیکی:

یک چرخ دنده به موتور DC 12 ولت 200 دور در دقیقه متصل می شود. چرخ دنده یک میله راننده را می چرخاند که یک زنجیر و سیستم چرخ دنده ای را می چرخاند که حرکت بالا یا پایین میله آلومینیومی متصل به زنجیر را کنترل می کند. میله فلزی به سایه متصل است و اجازه می دهد تا بسته به پارامترهای کد فعلی که سایه در آن قرار دارد ، بالا یا پایین برود.

مرحله 4: توسعه پروژه

فرایند ایجاد:

مرحله 1) ساخت قاب

مرحله 2) قطعات را به قاب وصل کنید. شامل چرخ دنده و سیستم های زنجیره ای ، همچنین سایه غلتک با سوزن قفل برداشته شده است

من از انبردست برای برداشتن سرپوش انتهایی رولر برای برداشتن قفل استفاده کردم. اگر مراقب نباشید ، کشش فنر در سایه غلتک باز می شود ، اگر این اتفاق بیفتد ، به راحتی می توانید دوباره باد کنید. فقط کافی است سایه غلتک را نگه دارید و مکانیسم داخلی را بچرخانید تا محکم شود.

مرحله 3) مدار را روی نانبرد بکشید - از سیم های بلوز برای اتصال پین ورق مناسب به پین دیجیتال یا آنالوگ آردوینو استفاده کنید.

مرحله 4) ایجاد کد در آردوینو

مرحله 5) کد تست ؛ در صورت اصلاح کد ، به چاپ روی مانیتور سریال نگاه کنید.

مرحله 6) پایان پروژه ؛ کد با مدار ایجاد شده و ساختار محصول کار می کند.

بسیاری از انجمن ها و فیلم های آموزشی برای کمک به من در ایجاد پروژه من استفاده شد.

فهرست مراجع:

• 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…

با آزمایش و خطا ، تحقیق و کمک اضافی از همکاران به علاوه اساتید دانشگاه ، من توانستم پروژه نهایی خود را ایجاد کنم.

مرحله 5: فرایند ایجاد: چارچوب

این محصول باید به گونه ای ساخته شود که بتوان قطعات آن را به راحتی تهیه کرد.

قاب فیزیکی فقط از چوب سرو و پیچ ساخته شده بود.

طول قاب 24 اینچ در ارتفاع 18 اینچ است. این تقریباً مقیاس 1: 3 از یک شیشه جلو متوسط متوسط است.

این محصول فیزیکی دارای دو جعبه دنده و زنجیر پلاستیکی ، دو میله فلزی و سایه غلتک است.

یک چرخ دنده به موتور DC متصل است ، یک میله فلزی را می چرخاند که به عنوان محور راننده عمل می کند و حرکت زنجیر را کنترل می کند. میله راننده اضافه شد تا سایه به طور یکنواخت حرکت کند.

چرخ دنده و زنجیر به یک میله فلزی متفاوت اجازه می دهد سایه را بالا و پایین کند و به عنوان یک ماشه برای دو کلید محدود عمل می کند. به

هنگام خرید ، رولر در اصل دارای مکانیزم قفل شدن بود و من آن را بیرون آوردم. این به سایه غلتک این قابلیت را می دهد که پس از توقف حرکت بلند کردن ، بدون قفل شدن در موقعیت بالا کشیده و پایین بیاید.

مرحله 6: راه اندازی سیم کشی

سیم کشی باید به طور مرتب سازماندهی شود و سیم ها باید جدا شوند تا هیچ تداخلی بین سیم ها رخ ندهد. در طول این پروژه لحیم کاری انجام نشده است.

یک سنسور نور Ywrobot LDR به عنوان یک آشکارساز نور استفاده می شود ، این یک مقاومت عکس است که به پین آنالوگ A3 در Arduino UNO متصل است

یک سنسور دما DS18B20 به عنوان یک پارامتر دمای تنظیم شده برای پروژه استفاده می شود ، با درجه سانتیگراد خوانده می شود و من آن را به درجه خواندن در فارنهایت تبدیل کردم. DS18B20 از طریق گذرگاه 1-Wire ارتباط برقرار می کند. یک کتابخانه باید بارگیری شود و در طرح کد Arudino ادغام شود تا بتوان از DS18B20 استفاده کرد. سنسور دما به پین دیجیتال 2 در Arduino UNO متصل است

چراغ RBG به عنوان نشانگر مکان سایه استفاده می شود. قرمز هنگامی که سایه کاملاً بالا یا کاملاً پایین است ، و هنگامی که در حالت متحرک است آبی است. پین قرمز روی LED متصل به پایه 4 در Arduino UNO. پین آبی روی LED متصل به پایه 3 در Arduino UNO

کلیدهای میکرو به عنوان نقاط توقف برای موقعیت سایه و توقف حرکت موتور استفاده شد. Limit Switch در پایین متصل به پین دیجیتال 12 در Arduino UNO. Limit Switch در بالا متصل به پین دیجیتال 11 در Arduino UNO. هر دو زمانی که فعال یا فشرده نشوند روی حالت اولیه صفر تنظیم می شوند

برای کنترل چرخش موتور از L298n D-H-Bridge استفاده شد. برای رسیدگی به جریان باتری که در حال تهیه بود ، مورد نیاز بود. قدرت و زمین حاصل از باتری 12 ولت به H-Bridge متصل می شود که قدرت موتور 12 ولت 200 دور در دقیقه را تامین می کند. H-Bridge به Arduino UNO متصل است

باتری قابل شارژ 12 ولت 1.5 آمپر 1.5 آمپر قدرت موتور را تامین می کند

برای این پروژه از موتور DC 12 ولت 0.6 A 200 دور در دقیقه با دنده برگشت پذیر استفاده شده است. بسیار سریع برای کار در چرخه کامل وظیفه در حالی که با مدولاسیون عرض پالس (PWM) کنترل می شد

مرحله 7: داده های طراحی پروژه

برای توسعه پروژه به داده های تجربی ، محاسبات ، نمودارها یا منحنی های زیادی نیاز نبود. سنسور نور می تواند برای طیف وسیعی از روشنایی استفاده شود و سنسور دما دارای محدوده ای از -55 تا 155 درجه سانتی گراد است که بیش از محدوده دمایی ما است. سایه خود از پارچه وینیل ساخته شده است و به یک میله آلومینیومی متصل شده است و یک باتری 12 ولت انتخاب شد زیرا من نمی خواستم مشکلی با قدرت داشته باشم. یک موتور 12 ولت به منظور کنترل ولتاژ و جریان تأمین شده از باتری انتخاب شد و بر اساس دانش قبلی که باید به اندازه کافی قوی باشد تا بتواند تحت نیروهایی که اعمال می شود کار کند. محاسبات انجام شد تا تأیید شود که در واقع می تواند گشتاوری را که روی شفت 0.24 اینچی موتور اعمال می شود ، کنترل کند. از آنجا که نوع دقیق میله آلومینیوم به دلیل استفاده از لوازم شخصی ناشناخته بود ، از آلومینیوم 2024 برای محاسبات استفاده شد. قطر میله حدود 0.25 اینچ و طول 18 اینچ است. با استفاده از ماشین حساب وزن فروشگاه آنلاین فلز وزن میله 0.0822 پوند است. پارچه وینیل مورد استفاده از قطعه بزرگتری به وزن 1.5 پوند بریده شده است. قطعه مربع پارچه مورد استفاده 12 طول و 18 اینچ عرض دارد و نصف اندازه آن است. قطعه اصلی به همین دلیل وزن پارچه ما تقریبا 0.75 پوند است. وزن کل ترکیبی میله و پارچه 0.8322 پوند است. گشتاور ناشی از این بارهای ترکیبی در مرکز جرم میله عمل می کند و با ضرب وزن کل با شعاع 0.24 اینچ محور. گشتاور کلی در مرکز میله با مقدار 0.2 پوند اینچ عمل می کند. میله از یک ماده با قطر یکنواخت ساخته شده است و دارای یک زنجیر در یک طرف و محور موتور در انتهای دیگر است. از آنجایی که فاصله زنجیر و محور موتور از مرکز میله مساوی است ، گشتاور ناشی از وزن در هر سر به طور مساوی تقسیم می شود. بنابراین شفت موتور به دلیل وزن یا 1 l 1 اینچ نیاز به تحمل نیمی از گشتاور دارد. موتور DC ما دارای حداکثر گشتاور 0.87 پوند در اینچ در دور 200 دور در دقیقه است که بیش از گنجایش آفتابگیر و میله را دارد ، بنابراین موتور پیاده سازی شد تا آزمایش شروع شود. با محاسبات متوجه شدم که موتور نباید در حداکثر شرایط کار کند بنابراین چرخه کار باید از 100 درصد کاهش یابد. چرخه وظیفه با آزمایش و خطا تنظیم شد تا سرعت ایده آل برای بالا بردن و پایین آوردن سایه خورشید تعیین شود.

مرحله 8: طرح آردوینو

برای برنامه نویسی از Arduino IDE استفاده کردم. برنامه نویس را از طریق وب سایت https://www.arduino.cc/ بارگیری کنید

اگر قبلاً هرگز از آن استفاده نکرده اید ، استفاده از آن ساده است. فیلم های آموزشی زیادی در YouTube یا اینترنت وجود دارد تا نحوه برنامه نویسی در نرم افزار Arduino را بیاموزید.

من برای پروژه خود از میکروکنترلر Arduino UNO به عنوان سخت افزار استفاده کردم. فقط ورودی پین دیجیتال کافی داشت که من به آن نیاز داشتم.

فایل پیوست کد من برای پروژه و چاپ مانیتور سریال است. همانطور که در سند که چاپ را نمایش می دهد ، قابل توجه است که سایه در تمام مراحل بالا یا کاملاً پایین و هنگام حرکت به بالا یا پایین است.

برای استفاده از حسگر دما DS18B20 از کتابخانه ای به نام OneWire استفاده شد. هنگامی که برنامه آردوینو باز است ، این کتابخانه در زیر برگه Sketch یافت می شود.

برای کارکردن کد مطمئن شوید که هنگام بارگذاری کد از Port و Board مناسب استفاده می شود ، در غیر این صورت Arduino یک ERROR می دهد و درست کار نمی کند.

مرحله 9: محصول نهایی

تمام سیم کشی ها را داخل جعبه قرار دادم تا از آسیب دیدگی یا جدا شدن آنها جلوگیری شود و احتمالاً مدار کار نکند.

این ویدئو تمام تنظیمات ممکن برای سایبان اتوماتیک را نمایش می دهد. سایه بالا می رود ، سپس نور پوشانده می شود تا سایه دوباره پایین بیاید. این کار فقط به این دلیل است که آستانه دما رعایت شده است ، اگر دما به اندازه کافی گرم نبود سایه اصلاً حرکت نمی کند و در حالت استراحت در پایین باقی می ماند. دمای مورد نیاز برای کارکرد سیستم را می توان به دلخواه تغییر داد و تنظیم کرد. سوئیچ ضامن در ویدئو برای نشان دادن زمانی است که خودرو روشن است یا زمانی که می خواهید از برق رسانی به موتور جلوگیری کند.

این محصول کاملاً قابل حمل و مستقل است. این وسیله به گونه ای طراحی شده است که به عنوان یک سیستم سایه زنی اتوماتیک در خودرو تعبیه شده است ، اما می تواند از ساختار فعلی برای سیستم های سایه بان در فضای باز یا داخل خانه برای پنجره ها استفاده کند.

برای استفاده در محیط داخلی ، محصول می تواند سرانجام از نظر فیزیکی به ترموستات خانه متصل شود یا با اتصال بلوتوث به مدار و کد ، کنترل محصول با یک برنامه تلفن همراه را ممکن سازد. این منظور اصلی یا نحوه ساخت محصول نیست ، بلکه استفاده بالقوه از طراحی است.