Cửa chuồng gà tự động - Điều khiển bằng Arduino.: 10 bước (có hình ảnh)

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

Tài liệu hướng dẫn này dành cho thiết kế cửa gà tự động với thời gian đóng mở có thể thay đổi bằng tay. Có thể mở hoặc đóng cửa từ xa bất cứ lúc nào.

Cửa được thiết kế theo kiểu mô-đun; khung, cửa và bộ điều khiển có thể được xây dựng và thử nghiệm ở một nơi cách xa chuồng và sau đó chỉ cần bắt vít vào lỗ mở chuồng hiện có.

Nó chạy bằng 9Vdc, vì vậy nó có thể được cấp nguồn từ plugpack hoặc pin và bảng điều khiển năng lượng mặt trời để sạc pin.

Nó sử dụng một điện từ để khóa cửa đóng và giữ cửa ở vị trí mở.

Các bộ phận chính bao gồm:

Arduino UNO 3.

Màn hình LED 4 chữ số, 7 đoạn

Mô-đun RTC

Mô-đun RF

Chiết áp, Động cơ servo, 6V - 12V Solenoid, Bộ mã hóa quay với nút nhấn

Cánh cửa và khung của nó có thể được làm từ gỗ phế liệu. Cánh cửa xoay lên trên xung quanh một thanh (lấy từ máy in trong trường hợp của tôi) và được làm đối trọng để giảm bớt mô-men xoắn cần thiết để nâng cửa.

Các công cụ để xây dựng nó bao gồm:

PC có Arduino IDE để lập trình Arduino, Cây búa, Nhìn thấy, Sắt hàn, Máy cắt dây, Máy khoan, Cái vặn vít.

Tôi chế tạo cửa gà tự động này để tiết kiệm cho tôi công việc đóng mở cửa hai lần mỗi ngày vào buổi sáng và buổi tối. Gà là loài cung cấp trứng, phân và thức ăn giải trí tuyệt vời, nhưng việc dậy sớm để thả chúng ra ngoài chuồng - đặc biệt là vào mùa Đông - thật là vất vả. Và sau đó chắc chắn rằng tôi đã về nhà kịp thời để đóng cửa chúng thực sự hạn chế quyền tự do về nhà muộn của tôi.

Gà theo thói quen hàng ngày trở về chuồng vào lúc hoàng hôn và thức dậy vào lúc mặt trời mọc. Thời gian chúng ra vào không chính xác và bị ảnh hưởng bởi thời tiết trong ngày và ánh sáng xung quanh. Nếu thấy gà quá muộn để vào sau khi cửa đóng, cửa có thể được mở từ xa sau đó đóng lại. Có thể đóng cửa vào ban ngày nếu chủ nhân cần ngăn gà bố mẹ vào.

Vì thời gian mặt trời mọc và lặn thay đổi trong năm và phụ thuộc vào vĩ độ, bất kỳ bộ điều khiển cửa nào cũng cần theo dõi thời gian trong ngày, ngày trong năm và biết vĩ độ của vị trí. Yêu cầu này có thể được sử dụng bằng phần mềm hoặc suntracker, nhưng trong thiết kế này sử dụng cài đặt thời gian đóng và mở có thể điều chỉnh thủ công để giữ mọi thứ đơn giản hơn.

Vì thời gian mặt trời mọc và thời gian hẹn giờ chỉ thay đổi vài phút từ ngày này sang ngày khác, cài đặt bộ điều khiển cửa chỉ cần được điều chỉnh một lần một tuần.

Khi người chủ hiểu được thói quen nuôi gà của họ, họ có thể dễ dàng điều chỉnh thời gian đóng mở cửa.

Thời gian mở cửa có thể được điều chỉnh từ 3 giờ sáng đến 9 giờ sáng và thời gian đóng cửa từ 3 giờ chiều đến 9 giờ tối. Những khoảng thời gian này phù hợp với vĩ độ từ 12 đến 42 độ từ đường xích đạo (Darwin đến Hobart ở Úc) và bao gồm những ngày dài nhất và ngắn nhất trong năm..

Về bản chất bộ điều khiển cửa là một chiếc đồng hồ với hai chế độ báo động có thể cài đặt bằng tay.

Bước 1: Khung và cửa xích đu

Khung được làm để đảm bảo an toàn cho việc mở chuồng hiện có. Cửa xoay lên trên giống như cửa nhà để xe. Thiết kế này có lợi thế hơn so với cửa tự động trượt lên trên hoặc sang một bên cho chuồng trại nơi mái dốc qua cửa hiện tại hoặc cửa mở hiện tại tiếp giáp với tường.

1. Tháo cánh cửa hiện có.

2. Chọn kích thước khung phù hợp với lỗ mở hiện có. Hai kích thước của khung là quan trọng - chiều cao của khung và chiều rộng của gỗ. Cánh cửa xoay từ một trục ngang và chiều dài từ trục đến khung ("D" trong sơ đồ) bằng với chiều rộng của gỗ. Điều này có nghĩa là khi cửa mở, phần cửa phía trên trục quay không cản trở tường chuồng.

3. Chọn vật liệu cho khung chắc chắn và chống được thời tiết. Tôi đã sử dụng kẹo cao su đỏ được chứng minh là chắc chắn nhưng nặng. Cây thông ngoài trời sẽ dễ làm việc hơn.

4. Bản thân cửa phải nhẹ, cứng và chịu được thời tiết.

Bước 2: Pivot Rod và Swing Door Sizing

Kích thước cửa xoay phải sao cho chiều rộng của cửa vừa với các cạnh bên trong của khung. Chiều cao của cửa nhỏ hơn chiều cao khung bên trong.

1. Tìm một thanh có đường kính khoảng 5mm (1/4 inch) và chiều dài bằng chiều rộng của khung. Tôi đã sử dụng thanh từ một máy in đã tháo dỡ, nhưng thanh ren là đủ. Một nguồn thanh truyền khác là từ giàn phơi quần áo kim loại. Thanh có thể được cắt bằng máy cắt bu lông hoặc cưa sắt. Dùng lưỡi cạo lớp phủ khỏi kim loại.

2. Cắt hai rãnh vào khung với chiều dài "D" (trong sơ đồ ở bước trước) từ lỗ trên cùng của khung và chiều sâu bằng đường kính của thanh trụ.

3. Tìm một bản lề có đường kính chốt bằng hoặc lớn hơn một chút so với thanh trục. Gõ chốt ra bằng búa và cú đấm chính giữa. Nếu bạn không có đột lỗ ở giữa, hãy sử dụng đinh lớn hoặc ghim tương tự.

Thật may mắn, trục máy in mà tôi sử dụng là một sự phù hợp hoàn hảo cho bản lề đầu tiên ra khỏi hộp rác của tôi.

4. Trọng lượng của phần dưới cùng của cửa xoay bên dưới trục và phần trên cùng phía trên trục cần phải tương tự nhau để giảm áp lực cho động cơ servo mở cửa. Điều này có thể đạt được với một số bu lông và đai ốc nặng đã được khoan vào phần trên cùng của cửa.

Bước 3: Động cơ Servo và Cánh tay nâng

Tôi đã sử dụng động cơ servo MR-996. Nó có mô-men xoắn là: 9,4 kgf · cm (4,8 V), hoặc 11 kgf · cm (7,2 V). Điều này có nghĩa là đối với một cánh cửa 20cm bên dưới trục, động cơ có thể nâng 11kg / 20 = 550g ở 7.2V.

Với phần trọng lượng của bộ đếm phía trên thanh trục, cánh cửa có thể nặng hơn và / hoặc dài hơn. Tôi đã sử dụng hai đai ốc và bu lông lớn làm đối trọng, như trong hình.

Servo đi kèm với một cánh tay bằng nhựa phù hợp với trục đầu ra có trục của servo. Cắt một bên của cánh tay này bằng dao sắc hoặc máy cắt dây.

2. Tay nâng được làm bằng hai đoạn nhôm có chiều dài, tay trên là giá đỡ L, tay dưới là một miếng nhôm phẳng.

Sơ đồ đính kèm cho thấy cách tính toán kích thước của mỗi cánh tay. Kích thước kết quả dựa trên chiều rộng khung, "d", và vị trí của điểm nâng được gắn trên cửa.

Cánh tay trên có các đường cắt để cánh tay xóa động cơ servo khi nâng cửa.

Bước 4: Khóa Solenoid và Hỗ trợ mở cửa

1. Một bộ điện từ được gắn trên khung phục vụ hai mục đích:

a) khóa cửa khi nó đóng, và

b) ngăn cửa đóng lại khi đã mở.

Bộ điện từ được điều khiển thông qua một FET từ một đầu ra của bộ điều khiển. Nó rút lại trong vài giây khi cửa đang trong quá trình mở hoặc đóng.

2. Đóng chặt một miếng gỗ như trong hình. Nó sẽ ngắn hơn chiều rộng khung và được gắn ngay dưới thanh trục.

Bước 5: Bộ điều khiển

1. Tôi đã sử dụng Arduino Uno 3 làm cơ sở của bộ điều khiển. Có tổng cộng 17 chân đầu vào và đầu ra.

2. Bộ điều khiển lưu giữ thời gian thông qua bộ điều khiển I2C RTC với pin dự phòng. Sẽ tốt hơn nếu có một pin sạc dự phòng để tiết kiệm công sức mở contoller hàng năm để thay pin của RTC. Thời gian được cài đặt thông qua bộ điều khiển quay và hiển thị trên đèn LED 4 chữ số 7 đoạn. Người ta có thể sử dụng màn hình LCD và hiển thị nhiều thông tin hơn như số lần cửa mở và đóng.

3. Thời gian đóng mở được điều chỉnh bằng chiết áp tuyến tính 10k ohm. Tôi có thể đã sử dụng bộ mã hóa quay và màn hình LED để đặt thời gian mở / đóng, nhưng quyết định sẽ đơn giản hơn cho người dùng khi chỉ có thể đi lên và xem thời gian từ bảng điều khiển từ xa. Thời gian chỉ cần thay đổi mỗi tuần hoặc lâu hơn.

4. Bộ điều hợp RF không dây (https://www.adafruit.com/product/1097) cho khả năng đóng mở bằng tay từ xa. Url chính của fob:

5. Hộp tôi chọn để chứa bộ điều khiển ở bên nhỏ, vì vậy tôi cần thêm một hộp nhỏ hơn vào đó để vừa với bộ thu từ xa.

6. Sơ đồ Fritzing được đính kèm.

Bước 6: Mã

Đoạn mã lặp lại và thực hiện như sau:

1. quét trạng thái của các công tắc bảng điều khiển, 2. đọc RTC và chuyển đổi thời gian thành phút trong ngày (0 đến 1440).

3. đọc hai chiết áp tương tự và chuyển đổi thành thời gian mở và đóng số nguyên. Để cung cấp độ phân giải tốt hơn về cài đặt thời gian, thời gian mở cửa được giới hạn trong khoảng từ 3 giờ sáng đến 9 giờ sáng và 3 giờ chiều - 9 giờ sáng.

4. đọc đầu vào RF để xem liệu nút điều khiển từ xa có được nhấn hay không.

5. so sánh thời gian hiện tại với thời gian đóng mở và đọc chế độ để xác định mở hoặc đóng cửa.

Việc thêm một công tắc đóng mở thủ công làm phức tạp thiết kế phần mềm ở chỗ hệ thống cần thiết để chuyển đổi giữa chế độ 'thủ công' và 'tự động, tức là được hẹn giờ'. Tôi đã giải quyết vấn đề này mà không cần thêm một công tắc 'chế độ' khác bằng cách yêu cầu người dùng nhấn công tắc mở hoặc đóng hai lần để quay lại chế độ tự động.

Một lần nhấn nút mở hoặc đóng sẽ chuyển bộ điều khiển sang chế độ thủ công. Có khả năng là nếu cửa được mở sau thời gian đóng, có thể là để một con gà muộn vào chuồng, người sử dụng sẽ quên đặt cửa trở lại chế độ tự động. Do đó, chế độ thủ công được biểu thị bằng màn hình LED hiển thị "Mở" hoặc "Đóng" như một lời nhắc.

Thư viện màn hình LED mà tôi nhận được từ:

Bước 7: Danh sách bộ phận điều khiển

Mô-đun 7 phân đoạn 34 chữ số Arduino Uno

Động cơ Servo MG 996R

1k Ohm resitor

FET: FQP30N06L.

Chiết áp 2 x 10kOhm (thời gian đóng / mở)

Bộ mã hóa quay với nút nhấn tích hợp

Dây nhảy

Bộ chuyển đổi DC-DC 1A: cho Servo và điện từ

1 x công tắc bật tắt SPDT (bộ chọn giờ / phút)

1 x trung tâm SPDT tắt tạm thời-tắt tạm thời (để mở / đóng thủ công)

1 x trung tâm SPDT tắt (cho bộ chọn khoảng trống / xem thời gian / đặt thời gian)

Solenoid: Push Pull Stroke 6-12V 10MM

Bộ thu RF M4 đơn giản Adafruit - Loại tức thời 315MHz

Điều khiển từ xa RF 2 nút Keyfob - 315MHz

Hộp

Bước 8: Nguồn điện và Bảng điều khiển năng lượng mặt trời & Định cỡ pin

1. Mặc dù Arduino có thể chạy từ 12Vdc, nhưng làm như vậy sẽ khiến bộ điều chỉnh tuyến tính tích hợp của nó chạy nóng. Servo hoạt động tốt hơn ở điện áp cao hơn (<7,2V), do đó, một thỏa hiệp là chạy hệ thống 9Vdc và sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC để cấp nguồn cho điện từ và servo ở 6V. Tôi đoán bộ chuyển đổi DC-DC có thể được thực hiện với Arduino, động cơ servo và điện từ hoạt động của cùng một nguồn cung cấp 6V (1A). Nên sử dụng tụ điện 100uF để lọc Arduino khỏi servo và điện từ.

2. Bộ điều khiển tôi đã tạo ra một dòng điện tĩnh khoảng 200mA. Khi bộ điện từ và servo hoạt động, dòng rút ra là khoảng 1A.

Màn hình LED có thể được làm trống bằng công tắc để tiết kiệm pin.

Xem xét rằng cửa mất khoảng 7 giây để mở hoặc đóng, và hoạt động đóng mở chỉ xảy ra hai lần mỗi ngày, 1A trong ước tính điện năng tiêu thụ hàng ngày đã bị bỏ qua.

Nó có thể chạy ra khỏi gói phích cắm 1A 9V, nhưng nguồn điện và gói phích cắm sẽ cần được bảo vệ khỏi thời tiết.

3. Năng lượng sử dụng hàng ngày được tính là 24h x 200mA = 4800mAh. Một pin axit chì 7Ah với bảng điều khiển năng lượng mặt trời 20W sẽ đủ khả năng tự chủ trong một ngày ở những khu vực có thời gian cách nhiệt trung bình hàng năm là 5 giờ. Nhưng với nhiều pin hơn và một bảng điều khiển lớn hơn, sẽ có nhiều ngày tự chủ hơn.

Tôi đã sử dụng máy tính trực tuyến sau để ước tính kích thước pin và bảng điều khiển:

www.telcoantennas.com.au/site/solar-power-…

Bước 9: Hướng dẫn sử dụng

Cửa hoạt động ở chế độ Tự động hoặc Thủ công.

Chế độ tự động có nghĩa là cửa đóng mở theo cài đặt thời gian đóng hoặc mở. Chế độ tự động được biểu thị bằng màn hình trống khi công tắc hiển thị được đặt thành "Trống". Khi chế độ thay đổi từ thủ công sang Tự động, từ 'TỰ ĐỘNG' sẽ nhấp nháy trong 200mS.

Cửa chuyển sang chế độ Thủ công bất cứ khi nào điều khiển từ xa hoặc điều khiển được kích hoạt. Chế độ thủ công được biểu thị khi màn hình hiển thị "OPEn" hoặc "CLSd" với công tắc hiển thị được đặt thành "Trống".

Ở chế độ Thủ công, cài đặt thời gian mở / đóng bị bỏ qua. Người sử dụng phải nhớ đóng cửa nếu nó được mở bằng tay, hoặc mở cửa nếu nó được đóng bằng tay hoặc đặt trở lại chế độ Tự động.

Để chuyển về chế độ Tự động, người dùng phải nhấn nút Đóng lần thứ hai nếu cửa đã đóng, hoặc nút Mở lần thứ hai nếu cửa đã đóng.

Cửa khởi động ở chế độ Tự động vào đầu ngày (12h00 sáng).

Bước 10: Chuông và còi

Một số cải tiến trong tương lai có thể bao gồm:

Chuông cửa không dây để báo hiệu khi cửa đóng / mở

"Báo động bị kẹt" nếu hệ thống hút dòng điện bằng điện từ và servo trong hơn 10 giây.

Bluetooth và Ứng dụng để định cấu hình bộ điều khiển.

Mở và đóng Internet có kiểm soát.

Thay màn hình LED bằng LCD để hiển thị nhiều thông tin hơn.

Loại bỏ chiết áp cài đặt thời gian mở / đóng và sử dụng công tắc bật tắt và công tắc xoay hiện có để đặt thời gian đóng / mở.