Thùng rác tự động: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Đây là một chuyển động phát hiện thùng rác tự động mở. Nó có kết nối wifi và gửi tin nhắn văn bản khi đầy. Điều này được thực hiện cho ECE-297DP tại Đại học Massachusetts - Amherst. Mục tiêu chính của khóa học này là để có được kinh nghiệm về thiết bị điện tử thực hành vì tôi cảm thấy mình đi sau các đồng nghiệp của mình và sẽ mang lại lợi ích cho tôi khi kết hợp những điều tôi học được từ các bài giảng của mình với công việc kinh nghiệm.

Vật liệu cần thiết:

- 1x Arduino Uno

- 1x ESP-8266

- 2x Microservos

- 2x Máy dò chuyển động HC-SR04 siêu âm

- 1x đèn LED RBG

- Điện trở 3x 330 Ω

- Bộ điều chỉnh điện áp 1x 3.3

- Tụ điện 2x 100 uF

- Tụ gốm 1x 0,1 uF

- 1x Hộp đựng bia chai dài 12 gói Corona Extra

Bước 1: Kế hoạch ban đầu và tiến trình

Vào đầu học kỳ, tôi không có kế hoạch cho những gì tôi muốn làm. Tôi đã nhảy vào lớp học này mà không có một ý tưởng nào trong đầu. Vì vậy, để bắt đầu, tôi đã phát triển một cách dễ dàng để tôi có thể từ từ trải nghiệm bản thân trong thế giới đồ điện tử theo sở thích.

Các bước:

1. Tìm hiểu kiến thức cơ bản về Arduino

- Điều này được thực hiện bằng cách làm theo hướng dẫn của nhà phát minh SparkFun đi kèm với bộ khởi động. Nó cho phép tôi tìm hiểu những điều cơ bản về điện trở, đèn LED, yếu tố piezo (âm thanh), cảm nhận và mã hóa chung với Arduino.

2. Xem xét các dự án Arduino tự làm trực tuyến

- Điều này là để tìm một số cảm hứng để tạo ra các thiết bị điện tử sáng tạo và hữu ích

3. Sử dụng nguồn cảm hứng để tìm những gì tôi muốn làm

- Vì tôi là một người lười biếng, và vì những người bạn mà tôi ở cùng phòng học kỳ sau không dọn dẹp cho tốt nên tôi quyết định làm một cái thùng rác tự động.

Kế hoạch ban đầu cho việc này là nói chuyện với một trong những Cố vấn Đồng đẳng của tôi, Bryan Tam, một sinh viên Kỹ thuật Máy tính khác. Thảo luận lớn tiếng với anh ấy về các thiết kế của tôi đã giúp tôi hiểu được quy trình thiết kế. Quá trình xử lý một vấn đề và nghĩ ra một giải pháp cho dù không khả thi đến mức nào, và sau đó tranh luận về cách thực hiện dự án đã nói. Nó dạy tôi rằng tham vọng và sự sáng tạo là điều tối quan trọng đối với việc thiết kế trong lĩnh vực kỹ thuật.

Ban đầu, tôi muốn làm một chiếc thùng rác tự động, phát hiện khi nào thùng rác đầy và sau đó đóng hoặc bọc túi lại. Sau khi nghiên cứu những cách khả thi để thiết kế cái này, tôi nhận ra rằng cái này còn quá xa tầm tay của tôi. Vì vậy, tôi đã thay đổi một chút mục tiêu - tạo một thùng rác có thể gửi văn bản khi nó đầy.

Sắp kết thúc học kỳ, tôi gặp sự cố khi tích hợp thành phần WiFi để gửi tin nhắn và lo lắng nên tôi nghĩ đến các lựa chọn thay thế khác như một hệ thống báo động. Tôi đã xem xét các yếu tố piezo để có thể tạo ra một âm thanh khó chịu sẽ không dừng lại cho đến khi thùng rác được mang ra ngoài. Ngoài ra, tôi đã xem xét việc sử dụng đèn LED để tạo ra các màu sắc khác nhau để chỉ ra mức độ thùng rác.

Để tạo ra điều này, cần có hai cảm biến: Một cảm biến để bên ngoài cảm nhận khi nào một bàn tay ở phía trên để mở và một ở bên trong để phát hiện mức độ thùng rác. Ban đầu, chỉ có mô-đun WiFi sẽ gửi văn bản dưới dạng báo thức nhưng gần cuối học kỳ, tôi quyết định lắp thêm đèn trên đầu thùng rác để hỗ trợ việc này.

Đây là thiết kế dự án mà tôi đã gắn bó và trải qua đến cùng.

Bước 2: Nghiên cứu

Để chuẩn bị cho thử thách này, tôi đã nghiên cứu nhiều thứ.

Đầu tiên tôi nghiên cứu về cách chung để viết mã Arduino. Thực hành với bộ công cụ phát minh SparkFun đã giúp ích rất nhiều; giúp tôi quen với việc phải kết nối các chân với Arduino và cách sử dụng breadboard.

Sau đó, tôi đặc biệt thực hành cách sử dụng Servos vì tôi biết đó là cách tôi sẽ cần điều khiển nắp xoay. Đầu tiên, thực hành kiểm soát thời gian của chúng và sau đó kết hợp sử dụng với các điều kiện để tôi có thể kiểm soát khi chúng được kích hoạt.

Sau đó, tôi nghiên cứu những cảm biến để sử dụng. Có hai loại: Cảm biến siêu âm (HC-SR04) và cảm biến hồng ngoại (PIR Motion Sensor). Cảm biến siêu âm sẽ phát ra một xung sau đó được trả lại và được đọc bởi HC-SR04, tính toán thời gian trong khoảng thời gian này, để xác định khoảng cách giữa nó và vị trí của xung. Tôi quyết định sử dụng cảm biến siêu âm cho cảm biến bên trong vì việc phát hiện khoảng cách sẽ hữu ích hơn, đặc biệt là vì thùng rác không phát ra nhiều bức xạ. Sau đó, tôi quyết định sẽ dễ dàng hơn nếu chỉ sử dụng HC-SR04 cho cả cảm biến bên trong và bên ngoài.

Nghiên cứu về ESP-8266, tôi đã học được rất nhiều về cách thức hoạt động của wifi. Tôi đã tìm hiểu về các điểm truy cập và điểm nhà ga. Tôi cũng đã tìm hiểu về máy chủ web như một lựa chọn khả thi. Đến cuối cùng. ESP là bo mạch riêng có thể được lập trình hoàn toàn riêng biệt với Arduino. Vì vậy, thậm chí có thể làm cho toàn bộ dự án này chỉ bằng cách sử dụng nó. Để lập trình ESP, tôi đã kết nối nó với Arduino và kết nối GND trong Arduino để Đặt lại để tắt nó và để nó hoạt động như một thiết bị giao tiếp giữa ESP và cáp USB.

Sau đó, tôi biết được rằng tôi có thể làm cho ESP hoạt động như một ứng dụng khách muốn truy cập hoặc yêu cầu dữ liệu từ một trang web. Biết được điều này, tôi đã sử dụng trang web IFTTT.com để tạo một applet để kết nối webhook với nhắn tin SMS của tôi sao cho khi một sự kiện được kích hoạt (khi khách hàng yêu cầu dữ liệu từ một URL cụ thể, nó sẽ gửi một văn bản).

Một thứ khác mà tôi nghiên cứu là bộ điều chỉnh điện áp, điốt và điện trở. Cần có điện trở để đèn LED kết nối đèn LED với Arduino. Các điốt và bộ điều chỉnh điện áp là những giải pháp khả thi để cấp nguồn cho ESP-8266 vì nó hoàn toàn cần 3,3V cho Vcc. Bộ điều chỉnh điện áp là giải pháp dễ dàng nhất. Mặc dù có tùy chọn 3.3V trên Arduino, nhưng tôi đã coi đó như một cơ hội để tìm hiểu thêm.

Sau đây, tôi đã tìm hiểu về tụ điện vì chúng cần thiết cho một bộ điều chỉnh điện áp hoạt động. Các tụ điện giúp cân bằng điện áp trong trường hợp nó bị "dội" hoặc "nấc" quá nhiều. 2 tụ điện và 1 tụ gốm là thiết bị thông thường được thiết lập cho bộ điều chỉnh điện áp.

Hầu hết các nghiên cứu đang cố gắng gỡ lỗi mã của tôi vì có rất nhiều lỗi khi tôi đang tạo ra nó.

Bước 3: Khó khăn gặp phải và cách tôi vượt qua

Phần lớn khó khăn vào đầu học kỳ chỉ đơn giản là tôi chưa có kinh nghiệm. Tôi thậm chí chưa bao giờ nghĩ đến việc xây dựng một cái gì đó trước đây, vì vậy tôi sợ mình quá tham vọng hoặc quá đơn giản. Đây là lý do tại sao tôi không chọn một ý tưởng trong thời gian dài.

Để khắc phục điều này, hãy nói chuyện với một đàn anh đã có kinh nghiệm chắc chắn sẽ giúp ích cho bạn. Bryan có thể phê bình những ý tưởng của tôi và cho tôi biết cái nào đi đúng hướng và cái nào đi sai hướng. Anh ấy đã giúp tôi nhận ra rằng tôi cần phải xem xét trình độ kỹ năng của mình, các nguồn lực mà tôi có thể tiếp cận và quản lý thời gian.

Quản lý thời gian cũng rất khó khăn đối với tôi. Tôi đã biết rằng tôi có một điểm yếu khi nói đến quản lý thời gian, đặc biệt là vì học kỳ này đã quá chật chội vì tôi đã quá tải với 21 tín chỉ.

Có những lúc tôi phải hy sinh làm việc cho dự án của mình, nhưng để vượt qua điều này, tôi dành ít nhất một giờ nghiên cứu vào cuối tuần để làm dự án, và cứ sau mỗi tuần vào cuối tuần để đến M5 để làm việc.

Một khó khăn khác mà tôi gặp phải là sự thiếu hiểu biết của tôi với nhiều phần. Tôi không biết chúng hoạt động như thế nào hoặc những dây kết nối ở đâu. Để khắc phục điều này, tôi đã học được tài sản quý giá là tra cứu bảng dữ liệu trực tuyến, điều này giúp tôi hiểu đầu vào điện áp cần thiết là gì và nơi cần nối dây VCC, GND và các đầu vào. Tôi nhớ đặc biệt là tôi đã cố gắng kết nối các Servos với thiết bị dò chuyển động và cảm thấy thất vọng vì các Servos hoàn toàn không hoạt động.

Điều này khiến tôi phải thử các loại servos khác nhau, hy vọng rằng có điều gì đó không ổn với chúng. Tuy nhiên, chúng vẫn không hoạt động, có nghĩa là nó phải là hệ thống dây điện của tôi hoặc mã của tôi. Sau đó, tôi đã thử sử dụng nguồn điện bên ngoài bằng cách kết nối servo với 4 pin AA vì tôi đã đọc rằng đôi khi, USB trên PC có thể không cung cấp đủ điện áp để cung cấp năng lượng cho chúng. Cuối cùng, tôi quyết định chỉ cần nhìn vào biểu dữ liệu và nhận ra rằng đó chỉ là do hệ thống dây điện của tôi không chính xác trong suốt thời gian qua.

Trở ngại khó khăn nhất của tôi trong việc này là cố gắng tích hợp thành phần WiFi vào Arduino. Tôi đã tìm kiếm nhiều hướng dẫn trên mạng và chỉ đơn giản là hiểu về lập trình thì tôi khó nắm bắt được. Tuy nhiên, một trang web cụ thể đã giúp tôi và giới thiệu tôi với IFTTT. Tuy nhiên, tôi tin rằng mình đã đạt được một chiến thắng, tôi không nhận ra rằng các bảng là riêng biệt và cuối cùng tôi đã lập trình các bảng với mã khác nhau. Tôi đã bị mắc kẹt trong một tuần để cố gắng tìm cách kết nối chúng nhưng internet không giúp được gì. Để vượt qua trở ngại này, cuối cùng tôi chỉ cần nhờ đến sự giúp đỡ của Tiến sĩ Malloch. Tôi là một người rất kiêu hãnh và có xu hướng muốn làm mọi việc một mình. Tuy nhiên, anh ấy đã giúp tôi trước đây, đó không phải là vấn đề tôi gặp phải mà là một cuộc thảo luận về những cách khả thi để tiếp cận dự án của tôi. Chỉ cần hỏi Tiến sĩ Malloch ngay lập tức tôi đã giải quyết được việc tích hợp ESP-8266 của tôi.

Dự án này đã giúp đặt tôi vào vị trí của mình và nhận ra rằng tôi nên làm việc và yêu cầu mọi người giúp đỡ nhiều hơn vì kỹ thuật không phải là một dự án đơn lẻ mà là một đội năng động.

Bước 4: Thay đổi đối với M5 để giúp hợp lý hóa quá trình học tập

M5 là một công cụ tuyệt vời đối với tôi trong học kỳ này. Nó đã đi kèm với rất nhiều tài nguyên cho những nhà thám hiểm mới và những cựu chiến binh dày dạn kinh nghiệm.

Tôi nghĩ M5 có thể giúp đơn giản hóa quá trình học tập bằng cách tổ chức nhiều hội thảo hơn về nhiều chủ đề khác nhau và bằng cách làm cho chúng được công bố nhiều hơn. Tôi hầu như không nghe nói về các hội thảo đang diễn ra tại M5, và những hội thảo duy nhất tôi biết là các xưởng hàn.

Các hội thảo khác như "Hướng dẫn cách thiết kế" hoặc "Cách sử dụng Máy in 3D" cũng sẽ hữu ích. Có lẽ họ có những hội thảo này, nhưng tôi chưa bao giờ được nghe về chúng.

Bước 5: Cuối cùng thì những gì tôi đã hoàn thành

Tôi đã có thể tạo một thùng rác tự động

Tuy nhiên, quan trọng hơn, tôi đã học được tầm quan trọng của việc quản lý thời gian, cách xây dựng mạch và sử dụng các bộ phận điện tử. Tôi đã tìm hiểu về Arduino, sóng và cảm biến, điện trở, bảng mạch, WiFi, ESP-8266, máy chủ web, bộ điều chỉnh điện áp, điốt, v.v. Tôi đã có thể hoàn thành chính xác những gì tôi có trong đầu. Để có được sự hiểu biết ở mức độ thực hành về điện tử và mạch điện.

Nó cũng khơi dậy ngọn lửa sáng tạo trong tôi khi tạo ra dự án này, mặc dù đôi khi vô cùng bực bội, nhưng rất vui và bổ ích để làm. Cuối cùng, việc hiểu được cách một bộ phận hoạt động hoặc mã hoạt động theo cách tôi muốn là giá trị hàng giờ chỉnh sửa và thay đổi mà tôi phải thực hiện. Nó giúp tôi hiểu rằng đây là điều tôi muốn làm. Vào đầu học kỳ, tôi đã đắn đo về Kỹ thuật Điện và Máy tính vì tôi không có kinh nghiệm về nó để biết liệu tôi có thích nó hay không. Giống như làm thế nào một người nào đó không biết họ thích một môn thể thao, trò chơi điện tử hay sở thích nào trừ khi họ thử nó.

Thành tựu lớn nhất của tôi từ việc này là có thể tự tin nói rằng tôi muốn tiếp tục với ngành Kỹ thuật Điện và Máy tính.

Bước 6: Làm thế nào người khác có thể theo bước chân tôi

Nếu ai đó ở trong hoàn cảnh tương tự như tôi vào đầu học kỳ, tôi khuyên bạn nên thực hiện các bước tương tự như tôi đã nêu trong "Kế hoạch nguồn gốc và sự tiến bộ". Điều đó thực sự giúp tôi dần dần xác định được những gì tôi muốn làm và những gì tôi có thể làm.

Cụ thể, đối với dự án này, tôi sẽ phác thảo dưới đây cách thực hiện một dự án.

Bước 1: Truy cập IFTTT.com, đăng ký số điện thoại của bạn và sau đó tạo một applet. Chọn "nếu" là webhook và "đó" là SMS. Khi nó đã được tạo, hãy tìm kiếm Maker Webhooks trong hộp tìm kiếm và nhấp vào tài liệu. Điền thông tin với tên sự kiện của riêng bạn và sao chép URL. Đây là URL bạn sẽ sử dụng cho mã ESP-8266 được tìm thấy ở dưới cùng.

Bước 1: Kết nối ESP-8266 như sau:

RXD -> RX

TXD -> TX

VCC -> VCC

CH_PD VCC

GPIO0 -> GND

GND -> GND

Sau đó kết nối GND trên Arduino với Thiết lập lại trên đó để vô hiệu hóa nó.

Bước 2: Nhập mã ở dưới cùng và tải nó lên ESP-8266 (trước tiên hãy tải xuống bảng esp-8266 trên IDE). Sau đó rút phích cắm của ESP-8266.

Bước 3: Kết nối servos với chân 8 và chân 9 trên Arduino

Bước 4: Kết nối cảm biến HC-SR04 đầu tiên vào chân 10 và 13 (tương ứng cho trig và echo). Sau đó kết nối chân thứ hai với chân 11 và 12 (một lần nữa cho trig và echo tương ứng).

Bước 5: Kết nối đèn LED RGB với các chân 4 (đỏ), 5 (xanh lá cây) và 6 (xanh lam).

Bước 6: Kết nối GPIO2 với chân 2

Bước 7: Nhập mã ở dưới cùng (ECE_297_DP) và tải nó lên Arduino.

Bước 8: Tìm một hộp bia cũ tái chế và một miếng bìa cứng để làm nắp. Keo nóng phần kem que dính vào các servos và sau đó keo nóng các servos vào bên trong của bot ở mỗi bên. Dán nắp vào que kem. Dán hai cảm biến vào nắp (bên trong là cảm biến để phát hiện thùng rác (chân 11 và 12) và bên ngoài là cảm biến để phát hiện chuyển động (chân 10 và 13). Sau đó, dán đèn LED lên trên cùng của nắp. Và Băng hệ thống dây điện phía sau hộp để che đi phần dây xấu xí.

Bước 7: Tôi sẽ làm gì tiếp theo

Tiếp tục thực hiện dự án, tôi đã có một số ý tưởng để thực hiện một cảnh báo âm thanh ngoài đèn LED. Bởi vì tôi đã có ESP-8266 để hoạt động, tôi quyết định không làm như vậy. Tuy nhiên, nếu tôi tiến lên phía trước, sẽ rất thú vị nếu tôi thêm một cái và khiến mọi người khó chịu khi đổ rác vào thùng rác.

Ngoài ra, tôi muốn làm việc trên một dự án dứt khoát hơn, vì đây chủ yếu là một bằng chứng về dự án ý tưởng. Nếu tôi tiến về phía trước, tôi sẽ sử dụng một thùng rác thực tế hoặc một thùng nhựa cao cấp hơn. Ngoài ra, tôi muốn hiệu quả hơn với hệ thống dây điện vì nó rất lộn xộn.

Một giải pháp thay thế cho ESP-8266 mà tôi đang xem xét trong khi lo lắng về việc không thể tích hợp nó là sử dụng mô-đun Bluetooth. Bạn tôi, Sean đã nói với tôi rằng trước đây anh ấy đã từng thực hiện một dự án trong đó anh ấy phải gửi dữ liệu từ dự án của mình đến điện thoại và sử dụng mô-đun Bluetooth. Anh ấy nói nó tương đối dễ dàng. Tuy nhiên, tôi đã nhận được mô-đun WiFi hoạt động trước khi tôi thực hiện bất kỳ công việc thám tử nghiêm túc nào vào nó. Tôi nghĩ sẽ rất thú vị khi xem con đường đó sẽ dẫn tôi đến đâu.

Ngoài ra, tôi đã rất thích triển khai phần "gói túi rác tự động", nhưng tính đến thời điểm hiện tại thì điều đó vẫn nằm ngoài khả năng của tôi. Có lẽ trong tương lai, tôi sẽ xem lại dự án này và cố gắng làm cho nó hiệu quả hơn.