Bote de basura automático: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este es un bote de basura de apertura automática con detección de movimiento. Tiene conectividad wifi y envía un mensaje de texto cuando está lleno. Esto está hecho para ECE-297DP en la Universidad de Massachusetts - Amherst. El objetivo principal de este curso fue ganar experiencia con la electrónica práctica, ya que sentía que estaba detrás de mis compañeros y me beneficiaría combinar las cosas que aprendí de mis conferencias con el trabajo experiencial.

Materiales necesitados:

- 1x Arduino Uno

- 1x ESP-8266

- 2x microservos

- 2x detectores de movimiento ultrasónicos HC-SR04

- 1x LED RBG

- 3 resistencias de 330 Ω

- 1x Regulador de voltaje 3.3

- Condensador electrolítico 2x 100 uF

- 1x condensador cerámico de 0,1 uF

- 1x Contenedor de cerveza de botella de cuello largo Corona Extra de 12 paquetes

Paso 1: planes originales y progresión

Al comienzo del semestre, no tenía planes para lo que quería hacer. Salté a esta clase sin una idea en mente. Entonces, para comenzar, desarrollé una manera fácil de adentrarme lentamente en el mundo de la electrónica de hobby.

Pasos:

1. Aprenda los conceptos básicos de Arduino

- Esto se hizo siguiendo la guía del inventor de SparkFun que viene con el kit de inicio. Me permitió aprender los conceptos básicos de resistencias, LED, elementos piezoeléctricos (sonido), detección y codificación general con Arduino.

2. Mira los proyectos de bricolaje Arduino en línea

- Esto fue para encontrar inspiración para hacer dispositivos electrónicos creativos y útiles.

3. Usa la inspiración para encontrar lo que quería hacer.

- Porque soy una persona perezosa, y porque mis amigos con los que estoy compartiendo habitación el próximo semestre no limpian muy bien, decidí hacer un bote de basura automático.

El plan original para esto vino con hablar con uno de mis mentores pares, Bryan Tam, otro estudiante de ingeniería informática. Hablar en voz alta con él sobre la crítica de mis diseños me ayudó a comprender el proceso de diseño. El proceso de tomar un problema y pensar en una solución por inviable que sea, y luego debatir cómo hacer dicho proyecto. Me enseñó que la ambición y la creatividad son fundamentales para diseñar en ingeniería.

Inicialmente, quería hacer un bote de basura que automáticamente detectara cuando el bote de basura estaba lleno y luego cerrara o envolviera la bolsa. Después de investigar posibles formas de diseñar esto, me di cuenta de que esto estaba lejos de mis manos. Por lo tanto, cambié ligeramente el objetivo: hacer un bote de basura que pudiera enviar un mensaje de texto cuando esté lleno.

Cerca del final del semestre, estaba teniendo problemas para integrar el componente WiFi para enviar el texto y estaba preocupado, así que pensé en otras alternativas como un sistema de alarma. Miré hacia los elementos piezoeléctricos para quizás hacer un sonido molesto que no se detendría hasta sacar la basura. Además, busqué el uso de LED para hacer diferentes colores para indicar el nivel de basura.

Para crear esto, se necesitarían dos sensores: uno para que el exterior detecte cuando una mano está encima para abrirse, y otro en el interior para detectar el nivel de basura. Originalmente, solo el módulo WiFi enviaría el texto como una alarma, pero cerca del final del semestre, decidí agregar una luz en la parte superior de la papelera para respaldar esto.

Este es el diseño del proyecto con el que me quedé y seguí hasta el final.

Paso 2: investigación

Para prepararme para esta terrible experiencia, investigué varias cosas.

Primero investigo sobre la forma general de codificar Arduino. Practicar con el kit de inventor SparkFun ayudó enormemente; acostumbrándome a tener que conectar los pines al Arduino y cómo usar una placa de pruebas.

Luego practiqué particularmente el uso de servos, ya que sabía que así es como necesitaría controlar la tapa para girar. Primero, practicar el control de su sincronización y luego combinar el uso con condicionales para poder controlar cuándo se activan.

Luego investigué qué sensores usar. Había dos tipos: un sensor ultrasónico (HC-SR04) y un sensor de infrarrojos (sensor de movimiento PIR). El sensor ultrasónico envía un pulso que luego se recupera y es leído por el HC-SR04, calculando el tiempo en este intervalo, para determinar la distancia entre él y la ubicación del rebote. Decidí usar el sensor ultrasónico para el sensor interno ya que detectar la distancia sería más útil, especialmente porque la basura no emite mucha radiación. Entonces decidí que sería más fácil usar un HC-SR04 tanto para el sensor interno como para el externo.

Investigando sobre el ESP-8266, aprendí mucho sobre cómo funciona el wifi. Aprendí sobre puntos de acceso y puntos de estación. También aprendí sobre los servidores web como una posible opción. En el final. El ESP es su propia placa que se puede programar completamente por separado para el Arduino. Por lo tanto, incluso es posible hacer todo este proyecto con solo usarlo. Para programar el ESP, lo conecté al Arduino y conecté GND en el Arduino a Reset para deshabilitarlo y que actúe como un comunicador entre el ESP y el cable USB.

Luego aprendí que puedo hacer que el ESP actúe como un cliente que desea acceder o solicitar datos de un sitio web. Sabiendo esto, utilicé el sitio web IFTTT.com para crear un subprograma para conectar webhooks a los mensajes de texto SMS en mi conjunto, de modo que cuando se activa un evento (cuando un cliente solicita datos de una URL en particular, envía un mensaje de texto).

Otra cosa que investigué fueron los reguladores de voltaje, diodos y resistencias. Se necesitaban resistencias para que el LED conectara el LED al Arduino. Los diodos y los reguladores de voltaje fueron posibles soluciones para alimentar el ESP-8266, ya que se necesita estrictamente 3.3V para Vcc. El regulador de voltaje fue la solución más sencilla. Aunque hay una opción de 3.3V en el Arduino, la aproveché como una oportunidad para aprender más.

Después de esto, aprendí sobre los capacitores, ya que son necesarios para que un regulador de voltaje funcione. Los condensadores ayudan a nivelar el voltaje en caso de que "rebote" o "tenga hipo" demasiado. 2 condensadores electrolíticos y 1 condensador cerámico es la configuración habitual para reguladores de voltaje.

La mayor parte de la investigación estaba tratando de depurar mi código, ya que había muchos errores mientras lo hacía.

Paso 3: Dificultades encontradas y cómo las superé

Gran parte de la dificultad al comienzo del semestre fue simplemente el hecho de que no tenía experiencia. Nunca antes había pensado en construir algo, así que tenía miedo de ser demasiado ambicioso o demasiado simple. Por eso pospuse tanto tiempo la elección de una idea.

Para superar esto, hablar con una persona mayor que tenía experiencia definitivamente ayudó. Bryan pudo criticar mis ideas y decirme cuáles iban en la dirección correcta y cuáles iban en la dirección equivocada. Me ayudó a darme cuenta de que necesitaba considerar mi nivel de habilidad, los recursos a los que tenía acceso y la administración del tiempo.

La gestión del tiempo también fue muy difícil para mí. Ya sé que tengo una debilidad en lo que respecta a la gestión del tiempo, especialmente porque este semestre estuvo increíblemente lleno ya que estaba sobrecargado con 21 créditos.

Hubo momentos en los que tuve que sacrificar el trabajo en mi proyecto, pero para superarlo dediqué al menos una hora de investigación los fines de semana a trabajar en el proyecto, y cada dos semanas los fines de semana para ir a M5 a trabajar en él.

Otra dificultad que tuve fue mi falta de conocimiento con muchas de las partes. No sabía cómo funcionaban ni qué cables conectaban dónde. Para superar esto, aprendí el valioso activo de buscar las hojas de datos en línea, lo que me ayudó a comprender cuál era la entrada de voltaje necesaria y dónde se necesitaban cablear VCC, GND y las entradas. Recuerdo que trabajé específicamente para intentar conectar los servos a los detectores de movimiento y me sentí frustrado porque los servos no funcionaban en absoluto.

Esto me llevó a probar diferentes servos, esperando que les pasara algo. Sin embargo, todavía no funcionaban, lo que significaba que tenía que ser mi cableado o mi código. Luego intenté usar una fuente de alimentación externa conectando los servos a 4 baterías AA, ya que había leído que, a veces, el USB de una PC podría no estar dando suficiente voltaje para alimentarlos. Finalmente, decidí simplemente mirar la hoja de datos y me di cuenta de que era solo porque mi cableado era incorrecto todo el tiempo.

Mi obstáculo más difícil en esto fue intentar integrar el componente WiFi al Arduino. Estaba buscando muchos tutoriales en línea y simplemente entender la programación porque era difícil de entender. Sin embargo, un sitio web en particular me ayudó y me presentó IFTTT. Creí que había logrado una victoria, sin embargo, no me di cuenta de que las placas estaban separadas y terminé programando las placas con un código diferente. Estuve atrapado durante una semana tratando de averiguar cómo conectarlos, pero Internet no ayudó. Para superar este obstáculo, finalmente simplemente pedí la ayuda del Dr. Malloch. Soy una persona muy orgullosa y tiendo a querer hacer las cosas sola. Él me había ayudado anteriormente, sin embargo, no era un gran problema que tenía, sino más bien una discusión sobre posibles formas de abordar mi proyecto. Simplemente preguntarle al Dr. Malloch resolvió inmediatamente la integración de mi ESP-8266.

Este proyecto me ayudó a ponerme en mi lugar y darme cuenta de que debería estar trabajando y pidiendo más ayuda a la gente, ya que la ingeniería no es un proyecto en solitario sino una dinámica de equipo.

Paso 4: cambios en M5 para ayudar a agilizar el proceso de aprendizaje

M5 fue una herramienta fantástica para mí este semestre. Ya viene con muchos recursos para nuevos exploradores y veteranos experimentados.

Creo que M5 podría ayudar a agilizar el proceso de aprendizaje al tener más talleres sobre una variedad más amplia de temas y al hacerlos más anunciados. Apenas había oído hablar de los talleres que se estaban llevando a cabo en M5, y los únicos que conocía eran los talleres de soldadura.

También serían útiles otros talleres como "Cómo diseñar" o "Cómo usar la impresora 3D". Quizás tengan estos talleres, pero nunca pude oír hablar de ellos.

Paso 5: Lo que logré al final

Pude hacer un bote de basura automático

Sin embargo, lo que es más importante, aprendí la importancia de la administración del tiempo, cómo construir circuitos y usar partes electrónicas. Aprendí sobre Arduino, ondas y sensores, resistencias, placas de prueba, WiFi, el ESP-8266, servidores web, reguladores de voltaje, diodos, etc. Pude lograr exactamente lo que tenía en mente. Obtener una comprensión de un nivel práctico sobre electrónica y circuitos.

También encendió un fuego creativo en mí, ya que crear este proyecto, aunque a veces extremadamente frustrante, fue muy divertido y gratificante. Finalmente, comprender cómo funciona una pieza o hacer que el código funcione como yo quería valió la pena las horas de ajustes y cambios que tuve que hacer. Me ayudó a entender que esto es lo que quería hacer. Al comienzo del semestre, tenía dudas sobre la Ingeniería Eléctrica e Informática ya que no tenía experiencia en ella para saber si me gustaba o no. Como que alguien no sabe si le gusta un deporte, un videojuego o un pasatiempo a menos que lo pruebe.

Mi mayor logro de esto fue poder decir con confianza que quiero continuar con Ingeniería Eléctrica e Informática.

Paso 6: Cómo alguien más podría seguir mis pasos

Si alguien se encuentra en la misma situación en la que yo me encontraba al comienzo del semestre, recomendaría seguir los mismos pasos que describí en "Planes originales y progresión". Eso realmente me ayudó a identificar lentamente lo que estaba interesado en hacer y lo que podía hacer.

Específicamente, para este proyecto, describiré a continuación cómo hacer uno.

Paso 1: Vaya a IFTTT.com, registre su número de teléfono y luego cree un subprograma. Elija "si" para que sean webhooks y "eso" para que sean SMS. Una vez que se haya creado, busque Maker Webhooks en el cuadro de búsqueda y haga clic en documentación. Complete la información con el nombre de su propio evento y copie la URL. Esta es la URL que usará para el código ESP-8266 que se encuentra en la parte inferior.

Paso 1: Conecte el ESP-8266 como tal:

RXD -> RX

TXD -> TX

VCC -> VCC

CH_PD VCC

GPIO0 -> GND

GND -> GND

Luego conecte el GND en el Arduino al Reset para deshabilitarlo.

Paso 2: Ingrese el código en la parte inferior y cárguelo en el ESP-8266 (primero descargue la placa esp-8266 en el IDE). Luego desenchufe el ESP-8266.

Paso 3: conecte los servos al pin 8 y al pin 9 del Arduino

Paso 4: Conecte el primer sensor HC-SR04 a los pines 10 y 13 (para disparo y eco respectivamente). Luego conecte el segundo a los pines 11 y 12 (nuevamente para trig y echo respectivamente).

Paso 5: Conecte el LED RGB a los pines 4 (rojo), 5 (verde) y 6 (azul).

Paso 6: Conecte GPIO2 al pin 2

Paso 7: Ingrese el código en la parte inferior (ECE_297_DP) y cárguelo en Arduino.

Paso 8: Encuentra una caja de cerveza reciclada vieja y un trozo de cartón para la tapa. Pegue los palitos de paleta a los servos y luego pegue los servos al interior del bot en cada lado. Pega la tapa a los palitos de helado. Pega los dos sensores a la tapa (el interior es el que detecta la basura (pines 11 y 12) y el exterior es el que detecta el movimiento (pines 10 y 13). Luego pega el LED en la parte superior de la tapa. Y pegue con cinta adhesiva el cableado detrás de la caja para ocultar el desagradable cableado.

Paso 7: Qué haría a continuación

Avanzando en el proyecto, tuve algunas ideas para implementar una alarma sonora además del LED. Como conseguí que el ESP-8266 funcionara, decidí no hacerlo. Sin embargo, si tuviera que seguir adelante, sería interesante agregar uno y molestar a la gente para que saque la basura.

Además, me hubiera gustado trabajar en un proyecto más definitivo, ya que se trata principalmente de un proyecto de prueba de concepto. Si tuviera que seguir adelante, habría usado un bote de basura real o un recipiente de plástico más pesado. Además, me hubiera gustado ser más eficiente con el cableado, ya que es muy complicado.

Una alternativa al ESP-8266 que estaba buscando mientras estaba preocupado por no poder integrarlo era usar un módulo Bluetooth. Mi amigo Sean me había mencionado que anteriormente había realizado un proyecto en el pasado en el que tenía que enviar datos de su proyecto a su teléfono y usaba un módulo Bluetooth. Dijo que era relativamente fácil. Sin embargo, conseguí que el módulo WiFi funcionara antes de realizar un trabajo de detective serio. Creo que sería interesante ver adónde me habría llevado ese camino.

Aparte de eso, me hubiera encantado implementar la parte de "envoltura automática de bolsas de basura", pero eso todavía está fuera de mi alcance en la actualidad. Quizás en el futuro, volveré a visitar este proyecto y trataré de hacerlo más eficiente.