Hệ thống che nắng tự động Arduino Uno: 9 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Sản phẩm được tạo ra là hệ thống che nắng tự động cho xe, nó hoàn toàn tự chủ và được điều khiển bằng cảm biến nhiệt độ và ánh sáng. Hệ thống này sẽ cho phép một bóng râm chỉ đơn giản là che cửa sổ xe khi xe đạt đến nhiệt độ nhất định và khi một lượng ánh sáng nhất định truyền qua xe. Các ranh giới đã được thiết lập để bóng râm sẽ không hoạt động khi có xe chạy. Một công tắc đã được thêm vào hệ thống trong trường hợp bạn muốn tăng bóng râm mặc dù cả hai tham số đều không được đáp ứng. Ví dụ: nếu đó là một đêm mát mẻ và bạn muốn ô tô của mình được che chắn để đảm bảo sự riêng tư, bạn có thể chỉ cần nhấn công tắc để tăng bóng râm. Bạn cũng có thể tắt công tắc để tắt hoàn toàn hệ thống.

Tuyên bố vấn đề - “Khi xe để ngoài trời nắng nóng, nhiệt độ bên trong xe có thể trở nên rất khó chịu, đặc biệt là đối với bản thân khi nhập lại xe hoặc đối với những hành khách còn lại trên xe. Có một hệ thống mù cũng có thể đóng vai trò như một thiết bị an ninh để ngăn chặn ai đó nhìn vào bên trong xe của bạn”. Mặc dù có những tấm che nắng cho ô tô lắp đặt dễ dàng và đơn giản nhưng đôi khi bạn có thể gặp rắc rối và có thể quên lắp. Với hệ thống che nắng tự động, bạn sẽ không phải lắp các tấm che theo cách thủ công hoặc nhớ đặt chúng lên vì nó sẽ tự động nâng lên khi cần thiết.

Nguồn ảnh:

Bước 1: Quy trình thiết kế ý tưởng

Tôi muốn một thiết kế đơn giản để chế tạo và sử dụng mà cuối cùng có thể được tích hợp vào một chiếc xe. Điều này có nghĩa là nó sẽ là một tính năng đã được cài đặt sẵn cho xe. Tuy nhiên, như được xây dựng hiện tại, nó cũng có thể được sử dụng cho hệ thống che nắng cho cửa sổ. Đối với quá trình tạo thiết kế, một số bản phác thảo và ý tưởng đã được thực hiện, nhưng sau khi sử dụng ma trận quyết định, sản phẩm hiện đã được tạo ra là khái niệm được quyết định để xây dựng.

Bước 2: Vật liệu được sử dụng

Hình ảnh là các thành phần thực tế được sử dụng trong dự án. Các Bảng Dữ liệu Dự án có trong tài liệu đính kèm. Không phải tất cả các bảng dữ liệu đều có thể được cung cấp. Tôi tiêu tốn khoảng 146 đô la để xây dựng toàn bộ sản phẩm.

Hầu hết các bộ phận và linh kiện đến từ Amazon hoặc một cửa hàng cải tiến nhà cửa có tên là Lowe's.

Các thiết bị khác được sử dụng:

Dụng cụ tuốt dây

Kìm

tua vít Phillips

Tuốc nơ vít đầu phẳng

Nhiều mét

Máy tính xách tay

Chương trình đã tải xuống Arduino

Bước 3: Logic: Cách hoạt động

Mạch:

Thông qua máy tính hoặc máy tính xách tay, mã từ lập trình Arduino được gửi đến Arduino Uno, sau đó đọc mã và thực thi các lệnh. Sau khi mã được tải lên Arduino Uno, bạn sẽ không cần phải duy trì kết nối với máy tính để tiếp tục chương trình miễn là Arduino Uno nhận được nguồn điện khác để chạy. Cầu H trong mạch cung cấp đầu ra 5 vôn đủ để điều khiển Arduino Uno. Cho phép hệ thống hoạt động mà không cần máy tính làm nguồn cung cấp năng lượng cho Arduino Uno, làm cho hệ thống di động, điều này cần thiết nếu muốn sử dụng trên xe hơi.

Hai công tắc hành trình, cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, đèn LED RBG và cầu H được kết nối với Arduino Uno.

LED RBG là để chỉ ra vị trí của thanh kích hoạt. Khi kích hoạt ở vị trí dưới cùng, kích hoạt công tắc giới hạn dưới, đèn LED sẽ hiển thị màu đỏ. Khi kích hoạt ở giữa cả hai công tắc giới hạn, đèn LED hiển thị màu xanh lam. Khi trình kích hoạt ở trên cùng chạm vào công tắc giới hạn trên, đèn LED hiển thị màu đỏ hồng.

Các công tắc hành trình là công tắc ngắt mạch để thông báo cho hệ thống dừng chuyển động của động cơ.

Cầu H hoạt động như một rơ le điều khiển quay động cơ. nó hoạt động bằng cách bật theo cặp. nó luân phiên dòng điện chạy qua động cơ, điều khiển phân cực điện áp cho phép thay đổi hướng xảy ra.

Một pin 12 Volt, 1,5 Amp cung cấp năng lượng cho động cơ. Pin được kết nối với cầu H để có thể điều khiển hướng quay của động cơ.

Một công tắc bật tắt bằng tay nằm giữa pin và cầu H để hoạt động như một bộ phận Bật / Tắt để mô phỏng khi xe bật hoặc tắt. Khi công tắc được bật, cho biết rằng xe đang bật, sẽ không có bất kỳ hành động nào xảy ra. Bằng cách đó, khi điều khiển phương tiện của bạn, bóng râm sẽ không hoạt động. Khi Công tắc tắt, hoạt động như thể xe tắt tương tự thì hệ thống sẽ hoạt động và hoạt động bình thường.

Cảm biến nhiệt độ là thành phần then chốt của mạch điện, nếu nhiệt độ của một ngưỡng đã đặt không được đáp ứng, thì sẽ không có hành động nào được thực hiện ngay cả khi nhận thấy ánh sáng. Nếu ngưỡng nhiệt độ được đáp ứng, thì mã kiểm tra các cảm biến ánh sáng.

Nếu thông số cảm biến ánh sáng và nhiệt độ đạt yêu cầu thì hệ thống sẽ báo động cơ di chuyển.

Thành phần vật lý:

Một bánh răng được gắn vào một động cơ DC giảm tốc 12V 200 vòng / phút. Bánh răng dẫn động một thanh dẫn động làm quay một hệ thống xích và đĩa xích điều khiển chuyển động lên hoặc xuống của một thanh nhôm được gắn vào xích. Thanh kim loại được kết nối với bóng râm, cho phép nâng lên hoặc hạ xuống tùy thuộc vào thông số mã hiện tại yêu cầu bóng râm ở mức nào.

Bước 4: Phát triển dự án

Quá trình tạo:

Bước 1) Xây dựng khung

Bước 2) Gắn các thành phần vào khung; bao gồm hệ thống bánh răng và dây chuyền, cũng có bóng lăn với chốt khóa được loại bỏ

Tôi đã sử dụng kìm để tháo nắp cuối của bóng lăn để tháo chốt khóa. Nếu không cẩn thận lực căng lò xo trong bóng lăn sẽ bị giãn ra, nếu điều đó xảy ra thì rất dễ cuốn lại. Chỉ cần giữ bóng lăn và vặn cơ cấu bên trong cho đến khi chặt.

Bước 3) Tạo mạch trên breadboard - sử dụng dây nhảy để kết nối chân breadboard thích hợp với chân Arduino kỹ thuật số hoặc Analog.

Bước 4) Tạo mã trong Arduino

Bước 5) Mã thử nghiệm; Nhìn vào bản in trên màn hình nối tiếp, nếu có vấn đề hãy sửa mã.

Bước 6) Kết thúc dự án; Mã hoạt động với cấu trúc mạch và sản phẩm đã tạo.

Nhiều Diễn đàn và video hướng dẫn đã được sử dụng để giúp tôi tạo dự án của mình.

Danh sách tài liệu tham khảo:

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

Với thử và sai, nghiên cứu và sự hỗ trợ thêm từ các đồng nghiệp cộng với các giáo sư đại học, tôi đã có thể tạo ra dự án cuối cùng của mình.

Bước 5: Quá trình tạo: Khuôn khổ

Sản phẩm được chế tạo để có thể được chế tạo với các bộ phận khá dễ kiếm.

Khung vật lý chỉ được làm bằng gỗ tuyết tùng và đinh vít.

Khung dài 24 inch x cao 18 inch. nó đại khái là tỷ lệ 1: 3 của kính chắn gió xe cỡ trung bình.

Sản phẩm vật lý có hai bộ dây xích và bánh răng bằng nhựa, hai thanh kim loại và một bóng lăn.

Một bánh răng được kết nối với động cơ DC, nó quay một thanh kim loại đóng vai trò như một trục lái điều khiển chuyển động của xích. Cần điều khiển đã được thêm vào để có bóng râm di chuyển đồng đều.

Bánh răng và xích cho phép một thanh kim loại khác nâng và hạ bóng râm, đồng thời hoạt động như một bộ kích hoạt cho hai công tắc hành trình..

Bóng lăn ban đầu có một cơ chế khóa trong đó khi mua và tôi đã lấy nó ra. Điều này cho phép bóng con lăn có thể được kéo lên và hạ xuống mà không cần khóa vào một vị trí sau khi chuyển động nâng dừng lại.

Bước 6: Thiết lập hệ thống dây điện

Hệ thống dây điện phải được sắp xếp gọn gàng và các dây dẫn phải được tách biệt để không xảy ra nhiễu giữa các dây dẫn. Không có mối hàn nào được thực hiện trong dự án này.

Cảm biến ánh sáng Ywrobot LDR được sử dụng như một máy dò ánh sáng, nó là một quang điện trở được kết nối với chân analog A3 trên Arduino UNO

Cảm biến nhiệt độ DS18B20 được sử dụng làm thông số nhiệt độ cài đặt cho dự án, nó đọc thành độ C và tôi đã chuyển đổi nó thành nhiệt độ Fahrenheit. DS18B20 giao tiếp qua bus 1 dây. Một Thư viện phải được tải xuống và tích hợp vào bản phác thảo mã Arudino để có thể sử dụng DS18B20. Cảm biến nhiệt độ được kết nối với chân số 2 trên Arduino UNO

Đèn LED RBG được sử dụng làm chỉ báo cho vị trí bóng râm. Màu đỏ là khi bóng râm hoàn toàn lên hoặc xuống hoàn toàn và màu xanh lam khi ở trạng thái chuyển động. Chân màu đỏ trên đèn LED được kết nối với chân số 4 trên Arduino UNO. Chân màu xanh trên đèn LED được kết nối với chân số 3 trên Arduino UNO

Công tắc giới hạn vi mô được sử dụng làm điểm dừng cho vị trí bóng râm và dừng chuyển động của động cơ. Công tắc Giới hạn ở phía dưới kết nối với chân số 12 trên Arduino UNO. Công tắc Giới hạn ở trên cùng được kết nối với chân số 11 trên Arduino UNO. Cả hai đều được đặt ở điều kiện ban đầu bằng 0 khi không được kích hoạt / nhấn

Cầu H kép L298n được sử dụng để điều khiển quay động cơ. Cần để xử lý cường độ dòng điện của pin đang được cung cấp. Nguồn và mặt đất từ bình acquy 12V được kết nối với cầu H, cung cấp năng lượng cho động cơ giảm tốc 12V 200 vòng / phút. Cầu H được kết nối với Arduino UNO

Pin sạc 12Volt 1.5A cung cấp năng lượng cho động cơ

Một 12Volt 0,6 Một động cơ DC có bánh răng đảo chiều có chổi than 200 vòng / phút đã được sử dụng cho dự án này. Quá nhanh để hoạt động ở chu kỳ nhiệm vụ đầy đủ trong khi được điều khiển bằng Điều chế độ rộng xung (PWM)

Bước 7: Dữ liệu thiết kế dự án

Không cần nhiều dữ liệu thực nghiệm, tính toán, đồ thị hoặc đường cong để phát triển dự án. Cảm biến ánh sáng có thể được sử dụng cho một phạm vi độ sáng lớn và cảm biến nhiệt độ có phạm vi từ -55 ° C đến 155 ° C, nhiều hơn khả năng đáp ứng phạm vi nhiệt độ của chúng tôi. Bản thân bóng râm được làm bằng vải vinyl và được gắn vào một thanh nhôm và một pin 12V được chọn vì tôi không muốn gặp sự cố với nguồn điện. Một động cơ 12V được chọn để xử lý điện áp và dòng điện được cung cấp từ pin và dựa trên kiến thức trước đó rằng nó phải đủ mạnh để hoạt động dưới các lực tác dụng. Các tính toán đã được thực hiện để xác nhận rằng nó thực sự có thể xử lý mô-men xoắn tác dụng lên trục 0,24 inch của động cơ. Vì không xác định được loại chính xác của thanh Nhôm do sử dụng vật dụng cá nhân, nên Nhôm 2024 đã được sử dụng để tính toán. Đường kính của thanh là khoảng 0,25 inch và chiều dài là 18 inch. Sử dụng máy tính trọng lượng của cửa hàng kim loại trực tuyến, trọng lượng của thanh là 0,0822 lb. Vải vinyl được sử dụng được cắt từ một mảnh lớn hơn nặng 1,5 lb. Mảnh vải hình vuông được sử dụng có kích thước dài 12 inch x rộng 18 inch và bằng một nửa kích thước của mảnh ban đầu. Vì lý do này, trọng lượng của mảnh vải của chúng tôi là khoảng 0,75 lb. Tổng trọng lượng kết hợp của thanh và vải là 0,8322 lb. Mômen xoắn do các tải trọng kết hợp này tác động vào tâm khối lượng của thanh và được tính bằng cách nhân tổng trọng lượng bằng bán kính 0,24 inch của trục. Mômen tổng thể sẽ tác dụng tại tâm thanh có giá trị 0,2 lb-in. Thanh được làm bằng một vật liệu có đường kính đồng nhất và có giá đỡ xích ở một đầu và trục của động cơ ở đầu kia. Vì giá đỡ xích và trục của động cơ có khoảng cách bằng nhau từ tâm của thanh, nên mômen do trọng lượng được chia cho mỗi đầu bằng nhau. Do đó, trục của động cơ cần để xử lý một nửa mô-men xoắn do trọng lượng hoặc 0,1 lb-in. Động cơ DC của chúng tôi có mô-men xoắn cực đại là 0,87 lb-in ở 200 vòng / phút, nhiều hơn sức chứa của tấm che nắng và thanh, vì vậy động cơ đã được triển khai để quá trình thử nghiệm có thể bắt đầu. Các tính toán khiến tôi nhận ra rằng động cơ không nên hoạt động ở điều kiện tối đa vì vậy chu kỳ làm việc sẽ phải giảm từ 100 phần trăm. Chu kỳ làm việc đã được hiệu chỉnh bằng cách thử và sai để xác định tốc độ lý tưởng cho cả việc nâng cao và hạ thấp bóng râm.

Bước 8: Phác thảo Arduino

Để lập trình mã, tôi đã sử dụng Arduino IDE. Tải xuống bộ lập trình thông qua trang web

Nó rất đơn giản để sử dụng nếu bạn chưa bao giờ sử dụng nó trước đây. Có rất nhiều video hướng dẫn trên YouTube hoặc internet để học cách viết mã một chương trình trong phần mềm Arduino.

Tôi đã sử dụng vi điều khiển Arduino UNO làm phần cứng cho dự án của mình. Nó chỉ có đủ đầu vào chân kỹ thuật số mà tôi cần.

Tệp đính kèm là mã của tôi cho dự án và bản in ra màn hình nối tiếp. Như đáng chú ý trong tài liệu hiển thị bản in, nó cho biết khi bóng râm là hoàn toàn lên hoặc xuống hoàn toàn và khi di chuyển lên hoặc xuống.

Để sử dụng được cảm biến nhiệt độ DS18B20, Thư viện có tên OneWire đã được sử dụng. Thư viện này được tìm thấy trong tab Sketch khi chương trình Arduino đang mở.

Để mã hoạt động, hãy đảm bảo sử dụng đúng Cổng và Bảng mạch khi tải mã lên, nếu không Arduino sẽ đưa ra LỖI và hoạt động không chính xác.

Bước 9: Sản phẩm cuối cùng

Tôi đặt tất cả hệ thống dây điện bên trong hộp để bảo vệ chúng khỏi bị hỏng hoặc bị loại bỏ khiến mạch có thể không hoạt động.

Video hiển thị tất cả các cài đặt có thể có cho tấm che nắng tự động. Bóng râm đi lên, sau đó ánh sáng được che lại để đưa bóng râm xuống. Điều này chỉ hoạt động vì ngưỡng nhiệt độ đã được đáp ứng, nếu nhiệt độ không đủ ấm, bóng râm sẽ không di chuyển và sẽ nằm ở dưới cùng trong tư thế nghỉ ngơi. Nhiệt độ cần thiết để hệ thống hoạt động có thể được thay đổi và điều chỉnh theo ý muốn. Công tắc bật tắt trong video là để chứng minh khi xe đang nổ máy hoặc khi muốn dừng cung cấp điện cho động cơ.

Sản phẩm hoàn toàn có thể xách tay và tự động. Nó được thiết kế để trở thành một hạng mục được lắp vào xe như một hệ thống che nắng tự động, nhưng có thể sử dụng xây dựng hiện tại cho hệ thống che nắng ngoài trời hoặc trong nhà cho các cửa sổ.

Để sử dụng trong nhà, sản phẩm cuối cùng có thể được kết nối vật lý với bộ điều nhiệt gia đình hoặc với bộ điều chỉnh Bluetooth với mạch và mã, giúp bạn có thể điều khiển sản phẩm bằng ứng dụng dành cho thiết bị di động. Đây không phải là mục đích ban đầu hoặc cách sản phẩm được xây dựng, chỉ là một thiết kế sử dụng tiềm năng.