Arduino Uno ระบบม่านบังแดดอัตโนมัติ: 9 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ผลิตภัณฑ์ที่สร้างขึ้นคือระบบม่านบังแดดอัตโนมัติสำหรับรถยนต์ โดยเป็นแบบอัตโนมัติทั้งหมด และควบคุมโดยเซ็นเซอร์อุณหภูมิและแสง ระบบนี้จะช่วยให้ร่มเงาบังหน้าต่างรถได้ง่ายๆ เมื่อรถถึงอุณหภูมิที่กำหนดและเมื่อแสงผ่านเข้ามาในรถจำนวนหนึ่ง ขอบเขตถูกกำหนดไว้เพื่อไม่ให้บังแสงเมื่อรถเปิดอยู่ มีการเพิ่มสวิตช์ในระบบในกรณีที่คุณต้องการเพิ่มเฉดสีแม้ว่าจะไม่ตรงตามพารามิเตอร์ก็ตาม ตัวอย่างเช่น หากเป็นคืนที่อากาศเย็นสบายและคุณต้องการให้รถของคุณมีความเป็นส่วนตัว คุณเพียงแค่กดสวิตช์เพื่อเพิ่มเงา คุณยังสามารถปิดสวิตช์เพื่อปิดระบบได้อย่างสมบูรณ์

คำชี้แจงปัญหา – “เมื่อรถถูกปล่อยทิ้งไว้ในที่ร้อน อุณหภูมิภายในรถอาจทำให้รู้สึกไม่สบายใจอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวเองเมื่อกลับเข้ามาในรถหรือสำหรับผู้โดยสารที่ถูกทิ้งไว้ในรถ การมีระบบตาบอดยังสามารถใช้เป็นอุปกรณ์รักษาความปลอดภัยเพื่อป้องกันไม่ให้มีคนดูภายในรถของคุณอีกด้วย” แม้ว่าจะมีม่านบังแดดสำหรับรถยนต์ที่ติดตั้งง่าย แต่บางครั้งอาจยุ่งยากและคุณอาจลืมวาง ด้วยระบบม่านบังแดดอัตโนมัติ คุณจะไม่ต้องติดม่านบังแดดด้วยตนเองหรืออย่าลืมติดมันเพราะมันจะเพิ่มขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อจำเป็น

ที่มาของภาพ:

ขั้นตอนที่ 1: กระบวนการออกแบบแนวคิด

ฉันต้องการการออกแบบที่เรียบง่ายเพื่อสร้างและใช้งานซึ่งสามารถรวมเข้ากับยานพาหนะได้ในที่สุด ซึ่งหมายความว่าจะเป็นคุณสมบัติที่ติดตั้งไว้แล้วสำหรับรถ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันนี้ยังสามารถใช้สำหรับระบบม่านบังตาได้อีกด้วย สำหรับกระบวนการสร้างการออกแบบ มีการร่างภาพและแนวคิดหลายอย่าง แต่หลังจากใช้เมทริกซ์การตัดสินใจ ผลิตภัณฑ์ที่ทำในตอนนี้คือแนวคิดที่ตัดสินใจสร้าง

ขั้นตอนที่ 2: วัสดุที่ใช้

รูปภาพเป็นส่วนประกอบจริงที่ใช้ในโครงการ เอกสารข้อมูลโครงการอยู่ในเอกสารแนบ ไม่สามารถจัดเตรียมเอกสารข้อมูลทั้งหมดได้ ฉันเสียค่าใช้จ่ายประมาณ 146 เหรียญเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ทั้งหมด

ชิ้นส่วนและส่วนประกอบส่วนใหญ่มาจาก Amazon หรือร้านปรับปรุงบ้านชื่อ Lowe's

อุปกรณ์อื่นๆ ที่ใช้:

เครื่องปอกสายไฟ

คีม

ไขควงฟิลลิป

ไขควงปากแบน

มัลติมิเตอร์

แล็ปท็อป

Arduino ดาวน์โหลดโปรแกรม

ขั้นตอนที่ 3: ตรรกะ: มันทำงานอย่างไร

วงจรไฟฟ้า:

ผ่านคอมพิวเตอร์หรือแล็ปท็อป รหัสจากโปรแกรมเมอร์ Arduino จะถูกส่งไปยัง Arduino Uno จากนั้นจะอ่านรหัสและบังคับใช้คำสั่ง เมื่ออัปโหลดโค้ดไปยัง Arduino Uno แล้ว คุณไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์เพื่อใช้งานโปรแกรมต่อไป ตราบใดที่ Arduino Uno มีแหล่งจ่ายไฟอื่นให้ทำงาน H - Bridge ในวงจรให้เอาต์พุต 5 โวลต์ซึ่งเพียงพอสำหรับควบคุม Arduino Uno ให้ระบบทำงานโดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์เป็นตัวจ่ายไฟให้กับ Arduino Uno ทำให้ระบบพกพาได้ ซึ่งจำเป็นหากต้องการใช้ในรถยนต์

ลิมิตสวิตช์สองตัว เซ็นเซอร์อุณหภูมิ เซ็นเซอร์วัดแสง ไฟ LED RBG และสะพาน H เชื่อมต่อกับ Arduino Uno

ไฟ LED RBG คือการระบุตำแหน่งของก้านทริกเกอร์ เมื่อทริกเกอร์อยู่ที่ตำแหน่งด้านล่างทริกเกอร์ สวิตช์ขีดจำกัดล่าง ไฟ LED จะแสดงเป็นสีแดง เมื่อทริกเกอร์อยู่ระหว่างสวิตช์จำกัดทั้งสอง ไฟ LED จะแสดงเป็นสีน้ำเงิน เมื่อทริกเกอร์อยู่ที่ด้านบนสุดแล้วกดสวิตช์ขีดจำกัดบน ไฟ LED จะแสดงเป็นสีแดงอมชมพู

ลิมิตสวิตช์เป็นสวิตช์ตัดวงจรสำหรับสั่งให้ระบบหยุดการเคลื่อนที่ของมอเตอร์

H - Bridge ทำหน้าที่เป็นรีเลย์สำหรับควบคุมการหมุนของมอเตอร์ มันทำงานโดยเปิดเป็นคู่ มันสลับกระแสไหลผ่านมอเตอร์ซึ่งควบคุมขั้วแรงดันไฟทำให้สามารถเปลี่ยนแปลงทิศทางได้

แบตเตอรี่ขนาด 12 โวลต์ 1.5 แอมป์ ให้พลังงานแก่มอเตอร์ แบตเตอรี่เชื่อมต่อกับสะพาน H เพื่อให้สามารถควบคุมทิศทางการหมุนของมอเตอร์ได้

สวิตช์สลับแบบแมนนวลอยู่ระหว่างแบตเตอรี่และสะพาน H เพื่อทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบเปิด/ปิดเพื่อจำลองเมื่อรถเปิดหรือปิด เมื่อเปิดสวิตช์ แสดงว่ารถเปิดอยู่ จะไม่มีการดำเนินการใดๆ เกิดขึ้นเลย วิธีนั้นเมื่อขับรถของคุณ ร่มเงาจะไม่ทำงาน เมื่อปิดสวิตช์ ทำหน้าที่เสมือนว่ารถปิดในลักษณะเดียวกัน ระบบจะทำงานและทำงานอย่างถูกต้อง

เซ็นเซอร์อุณหภูมิเป็นส่วนประกอบหลักสำหรับวงจร หากอุณหภูมิไม่ถึงเกณฑ์ที่ตั้งไว้ ระบบจะไม่ดำเนินการใดๆ แม้ว่าจะสังเกตเห็นแสง หากตรงตามเกณฑ์อุณหภูมิ รหัสจะตรวจสอบเซ็นเซอร์วัดแสง

หากตรงตามพารามิเตอร์ของเซ็นเซอร์แสงและอุณหภูมิ ระบบจะบอกให้มอเตอร์เคลื่อนที่

ความสามารถทางกายภาพ:

เกียร์ติดอยู่กับมอเตอร์ DC แบบเกียร์ 12V 200rpm เกียร์ขับเคลื่อนแกนขับที่หมุนโซ่และระบบเฟืองที่ควบคุมการเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงของแกนอะลูมิเนียมที่ติดอยู่กับโซ่ แท่งโลหะเชื่อมต่อกับที่บังแดดทำให้สามารถยกหรือลดระดับได้ขึ้นอยู่กับว่าพารามิเตอร์รหัสปัจจุบันร้องขอให้เงาอยู่ที่ใด

ขั้นตอนที่ 4: การพัฒนาโครงการ

กระบวนการสร้าง:

ขั้นตอนที่ 1) สร้างเฟรม

ขั้นตอนที่ 2) แนบส่วนประกอบเข้ากับเฟรม รวมถึงระบบเกียร์และโซ่ ม่านม้วนพร้อมสลักล็อคที่ถอดออก

ฉันใช้คีมดึงฝาท้ายออกจากที่บังลูกกลิ้งเพื่อถอดสลักล็อค หากไม่ระวังความตึงของสปริงในที่บังแดดจะคลายตัว หากเกิดเหตุการณ์เช่นนั้นก็หมุนซ้ำได้ง่าย เพียงจับโป๊ะโคมและบิดกลไกภายในจนแน่น

ขั้นตอนที่ 3) สร้างวงจรบนเขียงหั่นขนม - ใช้สายจัมเปอร์เพื่อเชื่อมต่อพินเขียงหั่นขนมที่เหมาะสมกับพิน Arduino ดิจิตอลหรืออนาล็อก

ขั้นตอนที่ 4) สร้างโค้ดใน Arduino

ขั้นตอนที่ 5) รหัสทดสอบ; ดูงานพิมพ์บนจอภาพแบบอนุกรม หากมีปัญหาในการแก้ไขโค้ด

ขั้นตอนที่ 6) เสร็จสิ้นโครงการ; รหัสทำงานร่วมกับวงจรที่สร้างขึ้นและโครงสร้างผลิตภัณฑ์

มีการใช้ฟอรัมและวิดีโอแนะนำจำนวนมากเพื่อช่วยในการสร้างโครงการ

รายการอ้างอิง:

• 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…

ด้วยการลองผิดลองถูก การวิจัย และความช่วยเหลือเพิ่มเติมจากเพื่อนร่วมงานและอาจารย์ในวิทยาลัย ฉันสามารถสร้างโครงการสุดท้ายของฉันได้

ขั้นตอนที่ 5: กระบวนการสร้าง: กรอบงาน

ผลิตภัณฑ์จะต้องถูกสร้างขึ้นเพื่อให้สามารถทำด้วยชิ้นส่วนที่ค่อนข้างหาง่าย

ตัวโครงทำจากไม้ซีดาร์และสกรูเท่านั้น

กรอบยาว 24 นิ้ว สูง 18 นิ้ว. มันเป็นขนาดประมาณ 1: 3 ของกระจกหน้ารถขนาดเต็มโดยเฉลี่ย

ผลิตภัณฑ์ทางกายภาพมีชุดเกียร์และโซ่พลาสติก 2 อัน แท่งโลหะ 2 อัน และที่บังลูกกลิ้ง

เฟืองเชื่อมต่อกับมอเตอร์กระแสตรง โดยจะหมุนแกนโลหะซึ่งทำหน้าที่เป็นเพลาขับที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของโซ่ ก้านคนขับถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อให้เงาเคลื่อนไหวอย่างเท่าเทียมกัน

เฟืองและโซ่ช่วยให้แท่งโลหะต่างๆ ยกและลดระดับร่มเงา และทำหน้าที่เป็นทริกเกอร์สำหรับลิมิตสวิตช์ทั้งสอง.

เดิมทีสีลูกกลิ้งมีกลไกการล็อคเมื่อซื้อและฉันนำมันออกมา สิ่งนี้ทำให้ม่านม้วนมีความสามารถในการดึงขึ้นและลงโดยไม่ต้องล็อคเข้าที่เมื่อการยกหยุดลง

ขั้นตอนที่ 6: การติดตั้งสายไฟ

สายไฟต้องถูกจัดวางอย่างเป็นระเบียบและต้องแยกสายไฟเพื่อไม่ให้เกิดการรบกวนระหว่างสายไฟ ไม่มีการบัดกรีในระหว่างโครงการนี้

เซนเซอร์ตรวจจับแสง Ywrobot LDR ใช้เป็นเครื่องตรวจจับแสง เป็นโฟโต้รีซิสเตอร์ที่เชื่อมต่อกับขาอนาล็อก A3 บน Arduino UNO

เซ็นเซอร์อุณหภูมิ DS18B20 ใช้เป็นพารามิเตอร์อุณหภูมิที่ตั้งไว้สำหรับโปรเจ็กต์ โดยจะอ่านค่าเป็นเซลเซียสและฉันแปลงเป็นค่าฟาเรนไฮต์ DS18B20 สื่อสารผ่านบัส 1-Wire ต้องดาวน์โหลดไลบรารีและรวมเข้ากับร่างโค้ด Arudino เพื่อให้สามารถใช้ DS18B20 ได้ เซ็นเซอร์อุณหภูมิเชื่อมต่อกับขาดิจิตอล 2 บน Arduino UNO

ไฟ LED RBG ใช้เป็นตัวบ่งชี้ตำแหน่งที่แรเงาอยู่ สีแดงคือเมื่อร่มเงาเต็มขึ้นหรือลงเต็มที่ และเป็นสีน้ำเงินเมื่ออยู่ในสถานะเคลื่อนที่ พินสีแดงบน LED เชื่อมต่อกับพินดิจิตอล 4 บน Arduino UNO พินสีน้ำเงินบน LED เชื่อมต่อกับพินดิจิตอล 3 บน Arduino UNO

ใช้สวิตช์ไมโครลิมิตเป็นจุดหยุดสำหรับตำแหน่งบังแดดและหยุดการเคลื่อนไหวของมอเตอร์ ลิมิตสวิตช์ที่ด้านล่างเชื่อมต่อกับพินดิจิตอล 12 บน Arduino UNO ลิมิตสวิตช์ที่ด้านบนเชื่อมต่อกับพินดิจิตอล 11 บน Arduino UNO ทั้งสองถูกตั้งค่าเป็นเงื่อนไขเริ่มต้นเป็นศูนย์เมื่อไม่ได้เรียก/กด

L298n Dual H-Bridge ใช้สำหรับควบคุมการหมุนของมอเตอร์ จำเป็นสำหรับการจัดการค่าแอมแปร์ของแบตเตอรี่ที่ให้มา พลังงานและกราวด์จากแบตเตอรี่ 12V เชื่อมต่อกับ H-Bridge ซึ่งให้พลังงานสำหรับมอเตอร์เกียร์ 12V 200rpm H-Bridge เชื่อมต่อกับ Arduino UNO

แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ 12Volt 1.5A ให้พลังงานแก่มอเตอร์

มีการใช้มอเตอร์ DC แบบเกียร์ถอยหลังแบบมีเกียร์ถอยหลังขนาด 12 โวลต์ 0.6 A 200 รอบต่อนาทีสำหรับโครงการนี้ เร็วเกินไปที่จะทำงานเต็มรอบการทำงานในขณะที่ควบคุมด้วย Pulse Width Modulation (PWM)

ขั้นตอนที่ 7: ข้อมูลการออกแบบโครงการ

ไม่จำเป็นต้องใช้ข้อมูลการทดลอง การคำนวณ กราฟหรือเส้นโค้งมากนักเพื่อพัฒนาโครงการ เซ็นเซอร์วัดแสงสามารถใช้สำหรับช่วงความสว่างที่กว้าง และเซ็นเซอร์อุณหภูมิมีช่วงตั้งแต่ -55 °C ถึง 155 °C ซึ่งมากกว่าช่วงอุณหภูมิของเรา ตัวร่มทำมาจากผ้าไวนิลและติดกับแท่งอลูมิเนียม และเลือกแบตเตอรี่ 12V เพราะฉันไม่ต้องการมีปัญหาเรื่องพลังงาน เลือกมอเตอร์ 12V เพื่อรองรับแรงดันและกระแสไฟที่จ่ายจากแบตเตอรี่ และจากความรู้เดิมว่าควรมีกำลังมากพอที่จะทำงานภายใต้แรงที่จะนำไปใช้ ทำการคำนวณเพื่อยืนยันว่าสามารถรองรับแรงบิดที่จะใช้กับเพลาขนาด 0.24 นิ้วของมอเตอร์ได้อย่างแท้จริง เนื่องจากไม่ทราบประเภทที่แน่นอนของแท่งอลูมิเนียมเนื่องจากการใช้ของใช้ส่วนตัว อลูมิเนียม 2024 จึงถูกนำมาใช้ในการคำนวณ เส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งประมาณ 0.25 นิ้วและยาว 18 นิ้ว การใช้เครื่องคำนวณน้ำหนักของร้านค้าโลหะออนไลน์ น้ำหนักของแท่งไม้คือ 0.0822 ปอนด์ ผ้าไวนิลที่ใช้ถูกตัดออกจากชิ้นใหญ่ที่มีน้ำหนัก 1.5 ปอนด์ ผ้าสี่เหลี่ยมที่ใช้มีขนาดยาว 12 นิ้ว กว้าง 18 นิ้ว และมีขนาดเพียงครึ่งเดียว ชิ้นเดิม ด้วยเหตุผลนี้เอง น้ำหนักของผ้าของเราจึงอยู่ที่ประมาณ 0.75 ปอนด์ น้ำหนักรวมของแกนและผ้าจะเท่ากับ 0.8322 ปอนด์ แรงบิดที่เกิดจากแรงรวมเหล่านี้กระทำที่จุดศูนย์กลางมวลของแกน และคำนวณโดยการคูณ น้ำหนักรวมรัศมี 0.24 นิ้วของเพลา แรงบิดโดยรวมจะกระทำที่ศูนย์กลางของแกนด้วยค่า 0.2 lb-in แกนทำจากวัสดุชิ้นเดียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสม่ำเสมอและมีตัวรองรับโซ่ที่ปลายด้านหนึ่งและเพลาของมอเตอร์ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง เนื่องจากส่วนรองรับโซ่และเพลาของมอเตอร์อยู่ห่างจากศูนย์กลางของแกนเท่ากัน แรงบิดที่เกิดจากน้ำหนักจึงถูกแบ่งโดยปลายแต่ละด้านเท่าๆ กัน เพลาของมอเตอร์จึงจำเป็นต้องจัดการกับแรงบิดครึ่งหนึ่งเนื่องจากน้ำหนักหรือ 0.1 ปอนด์-นิ้ว มอเตอร์กระแสตรงของเรามีแรงบิดสูงสุด 0.87 lb-in ที่ 200 rpm ซึ่งจะรองรับที่บังแดดและราวจับมากกว่า ดังนั้นมอเตอร์จึงถูกนำไปใช้งานเพื่อให้สามารถเริ่มการทดสอบได้ การคำนวณทำให้ฉันรู้ว่ามอเตอร์ไม่ควรทำงานที่สภาวะสูงสุด ดังนั้นรอบการทำงานจะต้องลดลงจาก 100 เปอร์เซ็นต์ รอบการทำงานได้รับการปรับเทียบโดยการลองผิดลองถูกเพื่อกำหนดความเร็วในอุดมคติสำหรับทั้งการเพิ่มและลดระดับแสงแดด

ขั้นตอนที่ 8: Arduino Sketch

สำหรับรหัสโปรแกรมฉันใช้ Arduino IDE ดาวน์โหลดโปรแกรมเมอร์ผ่านเว็บไซต์

มันใช้งานง่ายถ้าคุณไม่เคยใช้มาก่อน มีวิดีโอแนะนำการใช้งานมากมายบน YouTube หรืออินเทอร์เน็ตเพื่อเรียนรู้วิธีเขียนโค้ดโปรแกรมในซอฟต์แวร์ Arduino

ฉันใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino UNO เป็นฮาร์ดแวร์สำหรับโครงการของฉัน มีอินพุตพินดิจิทัลเพียงพอที่ฉันต้องการ

ไฟล์แนบคือรหัสของฉันสำหรับโครงการและการพิมพ์จอภาพแบบอนุกรม ดังที่เห็นได้ชัดเจนในเอกสารที่แสดงงานพิมพ์ ระบุว่าเมื่อใดที่แรเงาขึ้นหรือลงจนสุด และเมื่อเลื่อนขึ้นหรือลง

เพื่อให้เซ็นเซอร์อุณหภูมิ DS18B20 ใช้งานได้ ห้องสมุดชื่อ OneWire ถูกนำมาใช้ ไลบรารีนี้อยู่ภายใต้แท็บ Sketch เมื่อเปิดโปรแกรม Arduino

เพื่อให้โค้ดทำงานได้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการใช้พอร์ตและบอร์ดที่ถูกต้องเมื่ออัปโหลดโค้ด หากไม่ใช่ Arduino จะแจ้งข้อผิดพลาดและทำงานไม่ถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 9: ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

ฉันวางสายไฟทั้งหมดไว้ในกล่องเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายหรือถูกถอดออก ทำให้วงจรอาจไม่ทำงาน

วิดีโอแสดงการตั้งค่าที่เป็นไปได้ทั้งหมดสำหรับม่านบังแดดอัตโนมัติ ร่มเงาจะลอยขึ้น จากนั้นจึงปิดแสงเพื่อให้เงากลับลงมา วิธีนี้ใช้ได้ผลเพียงเพราะถึงเกณฑ์อุณหภูมิแล้ว หากอุณหภูมิไม่อุ่นเพียงพอ ร่มเงาจะไม่ขยับเลยและจะอยู่ที่ด้านล่างในตำแหน่งพัก อุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับระบบในการทำงานสามารถเปลี่ยนแปลงและปรับเปลี่ยนได้ตามต้องการ สวิตช์สลับในวิดีโอคือการแสดงเมื่อรถเปิดอยู่หรือเมื่อต้องการหยุดจ่ายพลังงานให้กับมอเตอร์

ผลิตภัณฑ์นี้พกพาได้อย่างสมบูรณ์และเป็นอิสระ ได้รับการออกแบบให้เป็นสิ่งของที่สร้างขึ้นในรถยนต์เป็นระบบบังแดดอัตโนมัติ แต่สามารถใช้โครงสร้างปัจจุบันสำหรับระบบบังแดดภายนอกอาคารหรือภายในบ้านสำหรับหน้าต่างได้

สำหรับการใช้งานภายในอาคาร ในที่สุดผลิตภัณฑ์สามารถเชื่อมต่อกับเทอร์โมสตัทในบ้านหรือด้วยการปรับบลูทูธให้เข้ากับวงจรและรหัส ทำให้สามารถควบคุมผลิตภัณฑ์ด้วยแอปบนอุปกรณ์เคลื่อนที่ได้ นี่ไม่ใช่เจตนาดั้งเดิมหรือวิธีการสร้างผลิตภัณฑ์ แต่เป็นการใช้การออกแบบที่เป็นไปได้เท่านั้น