Sistema de sombrilla automatizado Arduino Uno: 9 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

El producto creado es un sistema de parasol automático para vehículos, es totalmente autónomo y está controlado por sensores de temperatura y luz. Este sistema permitiría que una cortina simplemente cubriera la ventana del automóvil cuando el automóvil alcanzara una cierta temperatura y cuando una cierta cantidad de luz pasara a través del automóvil. Los límites se establecieron para que la sombra no funcione cuando un vehículo está encendido. Se agregó un interruptor al sistema en caso de que quisiera aumentar la sombra aunque no se cumpliera ninguno de los parámetros. Por ejemplo, si era una noche fresca y deseaba que su automóvil estuviera cubierto para mayor privacidad, simplemente podría presionar el interruptor para subir la persiana. También puede apagar el interruptor para apagar completamente el sistema.

Enunciado del problema: “Cuando los vehículos se quedan afuera en el calor, la temperatura interior del vehículo puede volverse muy incómoda, especialmente para uno mismo al volver a entrar al vehículo o para los pasajeros que se quedan en el vehículo. Tener un sistema de persianas también puede servir como un dispositivo de seguridad para evitar que alguien vea el interior de su vehículo . Aunque hay parasoles para automóviles que son fáciles y simples de instalar, a veces puede ser una molestia y es posible que se olvide de hacerlo. Con un sistema automático de protección solar, no tendría que colocar las cortinas manualmente ni recordar colocarlas porque se subirían automáticamente cuando fuera necesario.

Fuente de la imagen:

Paso 1: Proceso del concepto de diseño

Quería un diseño simple de hacer y usar que eventualmente pudiera integrarse en un vehículo. Esto significa que sería una característica ya instalada para el vehículo. Sin embargo, tal como se construye actualmente, también podría usarse para sistemas de cortinas de ventana. Para el proceso de creación del diseño se hicieron varios bocetos e ideas, pero después de usar una matriz de decisión, el producto ahora hecho fue el concepto que se decidió construir.

Paso 2: Materiales utilizados

Las imágenes son de componentes reales utilizados en el proyecto. Las Hojas de Datos del Proyecto se encuentran en el documento adjunto. No se pudieron proporcionar todas las hojas de datos. Me costó aproximadamente $ 146 construir el producto completo.

La mayoría de las piezas y componentes provienen de Amazon o de una tienda de mejoras para el hogar llamada Lowe's.

Otros dispositivos utilizados:

Pelacables

Alicates

destornillador Phillips

destornillador de cabeza plana

Multímetro

Ordenador portátil

Programa descargado de Arduino

Paso 3: Lógica: cómo funciona

Circuito:

A través de una computadora o computadora portátil, el código del programador Arduino se envía al Arduino Uno que luego lee el código y aplica los comandos. Una vez que se cargue el código en el Arduino Uno, no será necesario permanecer conectado a la computadora para continuar con el programa siempre que el Arduino Uno tenga una fuente de alimentación diferente para funcionar. El H - Bridge en el circuito proporciona una salida de 5 voltios que es suficiente para controlar el Arduino Uno. Permitir que el sistema funcione sin la computadora como fuente de alimentación para el Arduino Uno, lo que hace que el sistema sea portátil, lo cual es necesario si se desea usar en un vehículo.

Dos interruptores de límite, un sensor de temperatura, un sensor de luz, un LED RBG y un puente H están conectados al Arduino Uno.

EL LED RBG indica dónde se encuentra la varilla del gatillo. Cuando el gatillo está en la posición inferior activando el interruptor de límite inferior, el LED se ilumina en rojo. Cuando el gatillo está entre ambos interruptores de límite, el LED se muestra en azul. Cuando el gatillo está en la parte superior presionando el interruptor de límite superior, el LED muestra un rojo rosado.

Los interruptores de límite son interruptores de corte para que el circuito le indique al sistema que detenga el movimiento del motor.

El puente H actúa como relé para el control de la rotación del motor. Funciona al encenderlo por parejas. alterna el flujo de corriente a través del motor, que controla la polaridad del voltaje permitiendo que ocurra el cambio direccional.

Una batería de 12 voltios y 1,5 amperios proporciona energía para el motor. La batería está conectada al puente H para poder controlar la dirección de rotación del motor.

Un interruptor de palanca manual se encuentra entre la batería y el puente H para actuar como un componente de encendido / apagado para simular cuando el automóvil está encendido o apagado. Cuando el interruptor está encendido, lo que indica que el vehículo está encendido, no ocurrirá ninguna acción. De esa manera, cuando conduzca su vehículo, la sombra no funcionará. Cuando el interruptor está apagado, actuando como si el vehículo estuviera igualmente apagado, el sistema funcionará y funcionará correctamente.

El sensor de temperatura es el componente clave del circuito, si no se alcanza una temperatura de un umbral establecido, no se realizará ninguna acción incluso si se nota luz. Si se alcanza el umbral de temperatura, entonces el código verifica los sensores de luz.

Si se cumplen los parámetros del sensor de luz y temperatura, el sistema le dice al motor que se mueva.

Competencia física:

Un engranaje está conectado a un motor de CC con engranajes de 12 V 200 rpm. El engranaje impulsa una varilla impulsora que hace girar una cadena y un sistema de rueda dentada que controla el movimiento hacia arriba o hacia abajo de una varilla de aluminio que está unida a la cadena. La varilla de metal está conectada a la pantalla, lo que permite que se suba o baje según lo que los parámetros del código actual soliciten que esté la cortina.

Paso 4: desarrollo del proyecto

Proceso de creación:

Paso 1) Construye el marco

Paso 2) Conecte los componentes al marco; incluye sistemas de engranajes y cadenas, también persiana enrollable con pasador de bloqueo quitado

Utilicé unos alicates para quitar la tapa del extremo de la persiana enrollable y quitar el pasador de bloqueo. Si no se tiene cuidado, la tensión del resorte en la persiana enrollable se desenrollará; si eso sucede, es fácil rebobinar. Simplemente sostenga la persiana enrollable y gire el mecanismo interno hasta que quede apretado.

Paso 3) Haga el circuito en la placa de pruebas: use cables de puente para conectar el pin de la placa de pruebas adecuada al pin digital o analógico de Arduino.

Paso 4) Crea código en Arduino

Paso 5) Código de prueba; Mire la impresión en el monitor de serie, si hay problemas, haga correcciones al código.

Paso 6) Terminar el proyecto; El código funciona con el circuito creado y la estructura del producto.

Se utilizaron muchos foros y videos tutoriales para ayudarme a crear mi proyecto.

Lista de referencias:

• 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…

Con prueba y error, investigación y ayuda adicional de colegas y profesores universitarios, pude crear mi proyecto final.

Paso 5: Proceso de creación: marco

El producto debía construirse de modo que pudiera fabricarse con piezas bastante fáciles de obtener.

El marco físico estaba hecho solo de madera de cedro y tornillos.

El marco mide 24 pulgadas de largo por 18 pulgadas de alto. es aproximadamente una escala 1: 3 de un parabrisas de vehículo promedio de tamaño completo.

El producto físico tiene dos juegos de engranajes y cadenas de plástico, dos varillas de metal y una pantalla enrollable.

Un engranaje está conectado al motor de CC, hace girar una varilla de metal que actúa como un eje impulsor que controla el movimiento de la cadena. Se agregó la barra impulsora para que la persiana se mueva uniformemente.

El engranaje y la cadena permiten que una varilla de metal diferente suba y baje la persiana, y actúa como un gatillo para los dos interruptores de límite..

La persiana enrollable originalmente tenía un mecanismo de bloqueo cuando la compré y la saqué. Esto le dio a la persiana enrollable la capacidad de levantarse y bajarse sin bloquearse en una posición una vez que se detuvo el movimiento de elevación.

Paso 6: Configuración del cableado

El cableado tenía que estar bien organizado y los cables tenían que estar separados para que no ocurrieran interferencias entre los cables. No se realizó ninguna soldadura durante este proyecto.

Un sensor de luz Ywrobot LDR se utiliza como detector de luz, es una fotorresistencia conectada al pin analógico A3 en el Arduino UNO

Se usa un sensor de temperatura DS18B20 como parámetro de temperatura establecido para el proyecto, se lee en grados Celsius y lo convertí para leer en Fahrenheit. El DS18B20 se comunica a través de un bus de 1 cable. Se debe descargar una biblioteca e integrarla en el boceto del código de Arudino para que se pueda utilizar el DS18B20. El sensor de temperatura está conectado al pin digital 2 en Arduino UNO

Se utiliza un LED RBG como indicador de dónde está la posición de la persiana. El rojo es cuando la pantalla está completamente hacia arriba o hacia abajo, y es azul cuando está en un estado en movimiento. Pin rojo en LED conectado al pin digital 4 en Arduino UNO. Pin azul en LED conectado al pin digital 3 en Arduino UNO

Se utilizaron microinterruptores de límite como puntos de parada para la posición de la cortina y el movimiento del motor detenido. Interruptor de límite en la parte inferior conectado al pin digital 12 en Arduino UNO. Interruptor de límite en la parte superior conectado al pin digital 11 en Arduino UNO. Ambos se establecieron en la condición inicial de cero cuando no se activaron / presionaron

Se utilizó un puente en H doble L298n para el control de la rotación del motor. Se necesitaba para manejar el amperaje de la batería que se estaba proporcionando. La energía y la tierra de la batería de 12V están conectadas al H-Bridge, que proporciona energía para el motorreductor de 12V 200rpm. El H-Bridge está conectado al Arduino UNO

La batería recargable de 12Volt 1.5A proporciona energía para el motor

Para este proyecto se utilizó un motor de CC con engranaje reversible cepillado de 12 voltios 0,6 A 200 rpm. Era demasiado rápido para operar en el ciclo de trabajo completo mientras se controlaba con la modulación de ancho de pulso (PWM)

Paso 7: Datos de diseño del proyecto

No se necesitaron muchos datos experimentales, cálculos, gráficos o curvas para desarrollar el proyecto. El sensor de luz podría usarse para un amplio rango de brillo y el sensor de temperatura tiene un rango de -55 ° C a 155 ° C, lo que se adapta con creces a nuestro rango de temperatura. La pantalla en sí está hecha de tela de vinilo y está unida a una varilla de aluminio y se eligió una batería de 12V porque no quería tener un problema con la energía. Se seleccionó un motor de 12V para manejar el voltaje y la corriente suministrados por la batería y con base en el conocimiento previo de que debería ser lo suficientemente potente para operar bajo las fuerzas que se aplicarían. Se hicieron cálculos para confirmar que efectivamente podría manejar el par de torsión que se aplicaría en el eje de 0.24 pulgadas del motor. Dado que se desconocía el tipo exacto de varilla de aluminio debido al uso de suministros personales, se utilizó Aluminio 2024 para los cálculos. El diámetro de la varilla es de aproximadamente 0,25 pulgadas y la longitud es de 18 pulgadas. Usando la calculadora de peso de la tienda de metal en línea, el peso de la varilla es 0.0822 lb. La tela de vinilo utilizada se cortó de una pieza más grande que pesaba 1.5 lb. La pieza cuadrada de tela utilizada mide 30 cm de largo por 45 cm de ancho y tiene la mitad del tamaño de la pieza original. Por esta razón, el peso de nuestra pieza de tela es de aproximadamente 0,75 lb. El peso total combinado de la varilla y la tela es de 0,8322 lb. El torque debido a estas cargas combinadas actúa en el centro de masa de la varilla y se calculó multiplicando la peso total por el radio de 0,24 pulgadas del eje. El torque total actuará en el centro de la varilla con un valor de 0.2 lb-in. La varilla está hecha de un material con un diámetro uniforme y tiene un soporte de cadena en un extremo y el eje del motor en el otro. Dado que el soporte de la cadena y el eje del motor están a la misma distancia del centro de la varilla, el par debido al peso es compartido por cada extremo por igual. Por lo tanto, el eje del motor necesitaba manejar la mitad del torque debido al peso o.1 lb-in. Nuestro motor de CC tiene un par máximo de 0,87 lb-pulg. A 200 rpm que se adaptará con creces a la sombrilla y la varilla, por lo que el motor se implementó para que las pruebas pudieran comenzar. Los cálculos me hicieron darme cuenta de que el motor no debería funcionar en condiciones máximas, por lo que el ciclo de trabajo tendría que reducirse del 100 por ciento. El ciclo de trabajo se calibró por ensayo y error para determinar la velocidad ideal tanto para subir como para bajar la sombrilla.

Paso 8: Boceto de Arduino

Para programar el código utilicé Arduino IDE. Descarga el programador a través del sitio web

Es fácil de usar si nunca antes lo usó. Hay muchos videos tutoriales en YouTube o en Internet para aprender a codificar un programa en el software Arduino.

Usé un microcontrolador Arduino UNO como hardware para mi proyecto. Tenía suficientes entradas de clavijas digitales que necesitaba.

El archivo adjunto es mi código para el proyecto y la impresión del monitor en serie. Como se puede notar en el documento que muestra la impresión, indica cuando la sombra está completamente hacia arriba o hacia abajo, y cuando se mueve hacia arriba o hacia abajo.

Para poder utilizar el sensor de temperatura DS18B20, se utilizó una biblioteca llamada OneWire. Esta biblioteca se encuentra en la pestaña Sketch cuando el programa Arduino está abierto.

Para que el código funcione, asegúrese de que se esté utilizando el puerto y la placa correctos al cargar el código; de lo contrario, Arduino dará un ERROR y no funcionará correctamente.

Paso 9: Producto final

Puse todo el cableado dentro de la caja para protegerlos de que se dañen o eliminen y que el circuito posiblemente no funcione.

El video muestra todas las configuraciones posibles para la sombrilla automatizada. La sombra sube, luego se cubre la luz para bajar la sombra. Esto funciona solo porque se ha alcanzado el umbral de temperatura, si la temperatura no fuera lo suficientemente cálida, la sombra no se movería en absoluto y se quedaría abajo en una posición de reposo. La temperatura requerida para que el sistema funcione se puede cambiar y ajustar según se desee. El interruptor de palanca en el video es para demostrar cuando el vehículo está encendido o cuando se quiere dejar de suministrar energía al motor.

El producto es completamente portátil y autónomo. Está diseñado para ser un elemento que se integra en un vehículo como un sistema automático de sombreado, pero puede usar la construcción actual para sistemas de sombreado al aire libre o dentro de una casa para ventanas.

Para uso en interiores, el producto podría eventualmente conectarse físicamente a un termostato de la casa o con una adaptación de Bluetooth al circuito y código, lo que hace posible controlar el producto con una aplicación móvil. Esta no es la intención original o cómo se construye el producto, solo un uso potencial del diseño.