Arduino Uno automatisiertes Sonnenschutzsystem - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Das entstandene Produkt ist ein automatisches Sonnenschutzsystem für Fahrzeuge, das völlig autonom ist und über Temperatur- und Lichtsensoren gesteuert wird. Dieses System würde es ermöglichen, dass eine Blende das Fenster des Autos einfach abdeckt, wenn das Auto eine bestimmte Temperatur erreicht und eine bestimmte Menge Licht durch das Auto fällt. Die Begrenzungen wurden so eingestellt, dass die Beschattung nicht funktioniert, wenn ein Fahrzeug eingeschaltet ist. Dem System wurde ein Schalter hinzugefügt, falls Sie die Beschattung erhöhen wollten, obwohl keiner der Parameter erfüllt war. Wenn es beispielsweise eine kühle Nacht war und Sie möchten, dass Ihr Auto aus Datenschutzgründen abgedeckt ist, können Sie einfach den Schalter drücken, um die Jalousie zu erhöhen. Sie können den Schalter auch ausschalten, um das System vollständig auszuschalten.

Problemstellung – „Wenn Fahrzeuge in der Hitze stehen gelassen werden, kann die Fahrzeuginnentemperatur sehr unangenehm werden, insbesondere für einen selbst beim Wiedereinsteigen oder für im Fahrzeug zurückgelassene Insassen. Ein Jalousiesystem kann auch als Sicherheitsvorrichtung dienen, um zu verhindern, dass jemand in Ihr Fahrzeug hineinschaut.“Auch wenn es Sonnenschirme für Autos gibt, die leicht und einfach aufzustellen sind, kann es manchmal mühsam sein und Sie können vergessen, sie aufzustellen. Mit einem automatischen Sonnenschutzsystem müssen Sie den Sonnenschutz nicht manuell aufstellen oder daran denken, ihn aufzustellen, da er bei Bedarf automatisch hochfährt.

Bildquelle:

Schritt 1: Designkonzeptprozess

Ich wollte ein einfach zu machendes und zu verwendendes Design, das schließlich in ein Fahrzeug integriert werden kann. Dies bedeutet, dass es eine bereits installierte Funktion für das Fahrzeug wäre. In seiner gegenwärtigen Konstruktion könnte es jedoch auch für Fensterrollosysteme verwendet werden. Für den Design-Erstellungsprozess wurden mehrere Skizzen und Ideen gemacht, aber nach der Verwendung einer Entscheidungsmatrix war das nun entstandene Produkt das endgültige Konzept für die Konstruktion.

Schritt 2: Verwendete Materialien

Die Bilder sind von tatsächlichen Komponenten, die im Projekt verwendet werden. Die Projektdatenblätter befinden sich im beigefügten Dokument. Es konnten nicht alle Datenblätter bereitgestellt werden. Es hat mich ungefähr 146 US-Dollar gekostet, das gesamte Produkt zu bauen.

Die meisten Teile und Komponenten kamen von Amazon oder einem Baumarkt namens Lowe's.

Andere verwendete Geräte:

Abisolierzangen

Zange

Kreuzschlitzschraubendreher

Flachkopfschraubenzieher

Multimeter

Laptop

Arduino heruntergeladenes Programm

Schritt 3: Logik: So funktioniert es

Schaltung:

Über einen Computer oder Laptop wird Code vom Arduino-Programmierer an das Arduino Uno gesendet, das dann den Code liest und die Befehle erzwingt. Sobald der Code auf das Arduino Uno hochgeladen wurde, müssen Sie nicht mehr mit dem Computer verbunden bleiben, um das Programm fortzusetzen, solange das Arduino Uno eine andere Stromversorgung zum Laufen bekommt. Die H-Brücke in der Schaltung liefert eine Ausgangsspannung von 5 Volt, die ausreicht, um den Arduino Uno zu steuern. Dadurch kann das System ohne den Computer als Stromversorgung für den Arduino Uno arbeiten, wodurch das System portabel wird, was für den Einsatz in einem Fahrzeug erforderlich ist.

An das Arduino Uno sind zwei Endschalter, ein Temperatursensor, ein Lichtsensor, eine RBG-LED und eine H-Bridge angeschlossen.

DIE RBG-LED soll anzeigen, wo sich die Abzugsstange befindet. Wenn sich der Auslöser in der unteren Position befindet und den unteren Endschalter auslöst, leuchtet die LED rot. Befindet sich der Trigger zwischen beiden Endschaltern, leuchtet die LED blau. Wenn der Auslöser oben ist und den oberen Endschalter berührt, leuchtet die LED rosa-rot.

Die Endschalter sind Abschaltschalter für den Stromkreis, um das System anzuweisen, die Motorbewegung zu stoppen.

Die H-Brücke dient als Relais für die Motordrehsteuerung. es funktioniert durch paarweise einschalten. es wechselt den Stromfluss durch den Motor, der die Spannungspolarität steuert und eine Richtungsänderung ermöglicht.

Eine 12 Volt, 1,5 Ampere Batterie versorgt den Motor mit Strom. Der Akku wird an die H-Brücke angeschlossen, damit die Motordrehrichtung gesteuert werden kann.

Ein manueller Kippschalter befindet sich zwischen der Batterie und der H-Brücke, um als Ein-/Aus-Komponente zu fungieren, um zu simulieren, wann das Auto ein- oder ausgeschaltet ist. Wenn der Schalter eingeschaltet ist und anzeigt, dass das Fahrzeug eingeschaltet ist, wird überhaupt keine Aktion ausgeführt. Auf diese Weise funktioniert der Schatten beim Fahren Ihres Fahrzeugs nicht. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, verhält sich das System ähnlich, als ob das Fahrzeug ausgeschaltet wäre, und funktioniert ordnungsgemäß.

Der Temperatursensor ist die Schlüsselkomponente für die Schaltung, wenn eine Temperatur einer eingestellten Schwelle nicht erreicht wird, wird keine Aktion ausgeführt, selbst wenn Licht bemerkt wird. Wenn die Temperaturschwelle erreicht wird, überprüft der Code die Lichtsensoren.

Wenn die Parameter des Licht- und Temperatursensors erfüllt sind, weist das System den Motor an, sich zu bewegen.

Körperliche Komponente:

Ein Getriebe ist an einen 12V 200 U/min DC-Getriebemotor angeschlossen. Das Zahnrad treibt eine Antriebsstange an, die ein Ketten- und Kettenradsystem dreht, das die Auf- oder Abbewegung einer an der Kette befestigten Aluminiumstange steuert. Der Metallstab ist mit der Blende verbunden, so dass sie angehoben oder abgesenkt werden kann, je nachdem, was die aktuellen Codeparameter für die Blende verlangen.

Schritt 4: Projektentwicklung

Erstellungsprozess:

Schritt 1) Rahmen erstellen

Schritt 2) Befestigen Sie die Komponenten am Rahmen; beinhaltet Getriebe und Kettensysteme, auch Rollo mit abgenommenem Sicherungsstift

Ich benutzte eine Zange, um die Endkappe vom Rollo zu entfernen, um den Sicherungsstift zu entfernen. Wenn Sie nicht aufpassen, wird die Federspannung des Rollos entspannt, wenn dies passiert, ist es leicht wieder aufzuwickeln. Halten Sie einfach das Rollo fest und drehen Sie den internen Mechanismus, bis er fest sitzt.

Schritt 3) Stellen Sie eine Schaltung auf dem Steckbrett her - verwenden Sie Überbrückungsdrähte, um den richtigen Steckbrettstift mit dem digitalen oder analogen Arduino-Pin zu verbinden.

Schritt 4) Code in Arduino erstellen

Schritt 5) Testcode; Schauen Sie sich den Ausdruck auf dem seriellen Monitor an, wenn Probleme den Code korrigieren.

Schritt 6) Projekt beenden; Code arbeitet mit erstellter Schaltung und Produktstruktur.

Viele Foren und Tutorial-Videos wurden verwendet, um mir bei der Erstellung meines Projekts zu helfen.

Referenzenliste:

• 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…

Mit Versuch und Irrtum, Forschung und zusätzlicher Unterstützung von Kollegen und College-Professoren konnte ich mein Abschlussprojekt erstellen.

Schritt 5: Erstellungsprozess: Framework

Das Produkt sollte so konstruiert sein, dass es mit relativ leicht zu beschaffenden Teilen hergestellt werden konnte.

Der physische Rahmen bestand nur aus Zedernholz und Schrauben.

Der Rahmen ist 24 Zoll lang und 18 Zoll hoch. es ist ungefähr ein 1:3-Maßstab einer durchschnittlichen Fahrzeugwindschutzscheibe in voller Größe.

Das physische Produkt verfügt über zwei Zahnrad- und Kettensätze aus Kunststoff, zwei Metallstangen und ein Rollo.

Ein Zahnrad ist mit dem Gleichstrommotor verbunden, es dreht eine Metallstange, die als Antriebswelle fungiert, die die Kettenbewegung steuert. Die Antriebsstange wurde hinzugefügt, damit sich der Schirm gleichmäßig bewegt.

Das Zahnrad und die Kette ermöglichen das Heben und Senken des Rollos durch eine andere Metallstange und dienen als Auslöser für die beiden Endschalter..

Das Rollo hatte beim Kauf ursprünglich einen Verriegelungsmechanismus und ich habe es herausgenommen. Dadurch konnte das Rollo hochgezogen und abgesenkt werden, ohne in einer Position zu verriegeln, sobald die Hubbewegung gestoppt wurde.

Schritt 6: Verdrahtungsaufbau

Die Verkabelung musste ordentlich organisiert und die Drähte mussten getrennt werden, damit keine Interferenzen zwischen den Drähten auftraten. Während dieses Projekts wurde kein Löten durchgeführt.

Als Lichtdetektor wird ein Ywrobot LDR-Lichtsensor verwendet, es ist ein Fotowiderstand, der an den analogen Pin A3 des Arduino UNO angeschlossen ist

Ein DS18B20 Temperatursensor wird als eingestellter Temperaturparameter für das Projekt verwendet, er wird in Celsius ausgelesen und ich habe ihn in Fahrenheit umgerechnet. Der DS18B20 kommuniziert über einen 1-Wire-Bus. Damit der DS18B20 verwendet werden kann, muss eine Bibliothek heruntergeladen und in die Arudino-Codeskizze integriert werden. Der Temperatursensor ist mit dem digitalen Pin 2 des Arduino UNO verbunden

Als Indikator für die Position der Beschattung dient eine RBG-LED. Rot ist, wenn der Schirm ganz oben oder ganz unten ist, und blau, wenn er sich in Bewegung befindet. Roter Pin auf LED verbunden mit digitalem Pin 4 auf Arduino UNO. Blauer Pin auf LED verbunden mit digitalem Pin 3 auf Arduino UNO

Als Stopppunkte für die Beschattungsposition und die gestoppte Motorbewegung wurden Mikro-Endschalter verwendet. Endschalter an der Unterseite, der mit dem digitalen Pin 12 des Arduino UNO verbunden ist. Endschalter oben an den digitalen Pin 11 des Arduino UNO angeschlossen. Beide wurden auf den Anfangszustand Null gesetzt, wenn sie nicht ausgelöst/gedrückt wurden

Zur Steuerung der Motordrehung wurde eine L298n Dual H-Bridge verwendet. Wurde für die bereitgestellte Batteriestromstärke benötigt. Der Strom und die Masse der 12-V-Batterie sind mit der H-Brücke verbunden, die den 12-V-Getriebemotor mit 200 U/min mit Strom versorgt. Die H-Brücke ist mit dem Arduino UNO verbunden

Der 12Volt 1,5A Akku versorgt den Motor mit Strom

Für dieses Projekt wurde ein 12Volt 0,6 A 200rpm gebürsteter reversibler DC-Getriebemotor verwendet. War zu schnell, um bei vollem Arbeitszyklus zu arbeiten, während mit Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert wurde

Schritt 7: Projektdesigndaten

Es waren nicht viele experimentelle Daten, Berechnungen, Grafiken oder Kurven erforderlich, um das Projekt zu entwickeln. Der Lichtsensor kann für einen großen Helligkeitsbereich verwendet werden und der Temperatursensor hat einen Bereich von -55 ° C bis 155° C, was unserem Temperaturbereich mehr als gerecht wird. Der Schirm selbst besteht aus Vinylgewebe und ist an einer Aluminiumstange befestigt und eine 12V Batterie wurde gewählt, da ich kein Problem mit der Stromversorgung haben wollte. Ein 12-V-Motor wurde ausgewählt, um die von der Batterie gelieferte Spannung und den Strom zu handhaben, und basierend auf Vorkenntnissen, dass er stark genug sein sollte, um unter den anzuwendenden Kräften zu arbeiten. Berechnungen wurden durchgeführt, um zu bestätigen, dass es tatsächlich das Drehmoment bewältigen kann, das auf die 0,24-Zoll-Welle des Motors aufgebracht wird. Da der genaue Typ des Aluminiumstabs aufgrund der Verwendung persönlicher Vorräte unbekannt war, wurde Aluminium 2024 für die Berechnungen verwendet. Der Durchmesser der Stange beträgt etwa 0,25 Zoll und die Länge beträgt 18 Zoll. Mit dem Online-Metallladen-Gewichtsrechner beträgt das Gewicht der Stange 0,0822 lb. Der verwendete Vinylstoff wurde aus einem größeren Stück mit einem Gewicht von 1,5 lb geschnitten. Das verwendete quadratische Stoffstück ist 12 Zoll lang und 18 Zoll breit und ist halb so groß wie das Originalstück. Aus diesem Grund beträgt das Gewicht unseres Stoffstücks ca. 0,75 lb. Das Gesamtgewicht für Stab und Stoff beträgt 0,8322 lb. Das Drehmoment aufgrund dieser kombinierten Lasten wirkt im Massenmittelpunkt des Stabes und wurde durch Multiplikation der berechnet Gesamtgewicht um den 0,24 Zoll Radius der Welle. Das Gesamtdrehmoment wirkt in der Mitte der Stange mit einem Wert von 0,2 lb-in. Die Stange besteht aus einem Material mit einheitlichem Durchmesser und hat an einem Ende einen Kettenträger und am anderen Ende die Motorwelle. Da der Kettenträger und die Motorwelle gleich weit von der Mitte der Stange entfernt sind, wird das Drehmoment aufgrund des Gewichts gleichmäßig auf beide Enden verteilt. Die Welle des Motors musste daher aufgrund des Gewichts oder 0,1 lb-in die Hälfte des Drehmoments bewältigen. Unser Gleichstrommotor hat ein maximales Drehmoment von 0,87 lb-in bei 200 U / min, was den Sonnenschutz und die Stange mehr als aufnehmen wird, sodass der Motor implementiert wurde, damit die Tests beginnen konnten. Bei den Berechnungen wurde mir klar, dass der Motor nicht unter maximalen Bedingungen arbeiten sollte, sodass der Arbeitszyklus von 100 Prozent reduziert werden müsste. Der Arbeitszyklus wurde durch Versuch und Irrtum kalibriert, um die ideale Geschwindigkeit für das Auf- und Abfahren des Sonnenschutzes zu bestimmen.

Schritt 8: Arduino-Skizze

Um Code zu programmieren, habe ich Arduino IDE verwendet. Laden Sie den Programmierer über die Website https://www.arduino.cc/ herunter

Es ist einfach zu bedienen, wenn Sie es noch nie zuvor verwendet haben. Es gibt viele Tutorial-Videos auf YouTube oder im Internet, um zu lernen, wie man ein Programm in der Arduino-Software codiert.

Ich habe einen Arduino UNO-Mikrocontroller als Hardware für mein Projekt verwendet. Es hatte gerade genug digitale Pin-Eingänge, die ich brauchte.

Die angehängte Datei ist mein Code für das Projekt und den seriellen Monitorausdruck. Wie in dem Dokument, das den Ausdruck anzeigt, erkennbar ist, gibt es an, wann die Beschattung ganz oben oder ganz unten ist und wenn sie sich nach oben oder unten bewegt.

Um den Temperatursensor DS18B20 nutzbar zu machen, wurde eine Bibliothek namens OneWire verwendet. Diese Bibliothek befindet sich auf der Registerkarte Sketch, wenn das Arduino-Programm geöffnet ist.

Damit der Code funktioniert, stellen Sie sicher, dass beim Hochladen des Codes der richtige Port und das richtige Board verwendet werden. Andernfalls gibt Arduino einen FEHLER aus und funktioniert nicht richtig.

Schritt 9: Endprodukt

Ich habe alle Kabel in die Box gelegt, um sie vor Beschädigung oder Entfernung zu schützen, wodurch der Stromkreis möglicherweise nicht funktioniert.

Das Video zeigt alle möglichen Einstellungen für den automatischen Sonnenschutz. Der Schirm geht auf, dann wird Licht abgedeckt, um den Schirm wieder nach unten zu bringen. Dies funktioniert nur, weil die Temperaturschwelle erreicht ist, wenn die Temperatur nicht warm genug wäre, würde sich der Schirm überhaupt nicht bewegen und würde unten in einer Ruheposition bleiben. Die für das Funktionieren des Systems erforderliche Temperatur kann nach Belieben geändert und eingestellt werden. Der Kippschalter im Video soll demonstrieren, wann das Fahrzeug eingeschaltet wird oder wenn der Motor nicht mehr mit Strom versorgt werden soll.

Das Produkt ist vollständig tragbar und autonom. Es ist als ein Element konzipiert, das als automatisches Beschattungssystem in ein Fahrzeug eingebaut wird, aber die aktuelle Konstruktion für Beschattungssysteme im Freien oder im Inneren eines Hauses für Fenster verwenden kann.

Für den Innenbereich könnte das Produkt schließlich physisch oder mit einer Bluetooth-Anpassung an den Stromkreis und den Code mit einem Hausthermostat verbunden werden, wodurch es möglich ist, das Produkt mit einer mobilen App zu steuern. Dies ist nicht die ursprüngliche Absicht oder die Konstruktion des Produkts, sondern nur eine potenzielle Verwendung des Designs.