Controle deslizante de portão automático abaixo de US $ 100: 15 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Durante o verão, meu pai me motivou a comprar um sistema de automação de portão e configurá-lo. Então, comecei minha pesquisa e procurei soluções de pacote no AliExpress e em fornecedores locais. Os fornecedores locais estavam oferecendo soluções completas, incluindo instalação por> $ 1000. Eram sistemas italianos e supostamente de alta qualidade. Mas o preço estava fora do nosso orçamento. Os sistemas no AliExpress também eram muito caros, sendo que o mais barato custava US $ 500 antes dos impostos. Eu praticamente desisti da ideia de comprar um sistema completo e procurei algumas abordagens DIY.

Após minha pesquisa inicial, concluí que será muito difícil e demorado construí-lo do zero. Isso também usando recursos limitados. Mas então aceitei isso como um desafio e comecei a montar um plano básico.

Levei muita tentativa e erro e muito trabalho duro, mas consegui configurar um sistema confiável por um preço que nenhum outro sistema pode superar.

Se você está pensando em construir algo assim, eu o encorajo a fazê-lo, pois eu explico todos os problemas que encontrei durante meu processo de construção. Espero que você consiga obter alguns insights e evitar os erros que cometi.

Se você gostou do que fiz e expliquei, considere me dar um voto. Qualquer suporte é muito apreciado. _

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Etapa 1: O Plano

Comecei a pensar em como faria isso. Há muitas maneiras de lidar com esse projeto, cada uma com suas próprias vantagens e desvantagens.

A primeira coisa que fiz foi entender o sistema existente com o qual estava trabalhando. Para mim, isso significava meu portão deslizante pesado, todo de metal. Para você, isso pode significar outra coisa e eu recomendo que você primeiro entenda completamente o seu sistema antes de se decidir por uma estratégia.

Percebi que meu portão não foi construído muito bem e teve algumas variações em seu movimento. Portanto, qualquer que fosse o meu método de tradução, teria que atender a essa variação. Isso me fez pensar em usar corrente de motocicleta. Já os usei antes, por isso estava familiarizado com o seu funcionamento. São baratos e amplamente disponíveis. E suas grandes seções significam que um pequeno desalinhamento não importará muito. A montagem da corrente na borda superior funcionou bem para mim, pois eu tinha um suporte na parte superior para montar o conjunto do motor de forma que tudo pudesse se encaixar perfeitamente na parte superior do portão.

Em seguida, veio a seleção do motor. Eu estava atirando por um custo baixo, então cavei na minha lata de peças esquerda e encontrei um motor de limpador de pára-brisa do meu robô de combate. Lembrei que esse motor tinha muito torque e era muito bem construído. Então, eu estava confiante de que teria energia suficiente para acionar o portão.

Por enquanto, eu tinha todo o plano de que precisava. A eletrônica e o controle são histórias totalmente diferentes e virão mais tarde.

Etapa 2: Testar o motor "com precisão"

Então, eu estava confiante de que o motor seria capaz de mover o portão, mas não iria construir a coisa toda e então ser provado que estava errado. Então eu fiz o que os engenheiros deveriam fazer. Testando.

Bem, eu acho que eles deveriam fazer os cálculos primeiro, mas eu não tinha nenhum valor para calcular. Então, tirei o pó do meu velho robô de combate e amarrei-o ao portão. O robô de combate usa dois motores de limpador de pára-brisa para acioná-lo. E foi a coisa mais próxima que consegui configurar rapidamente em nome do teste.

Dei aceleração total ao robô e sabe, o portão começou a se mover. Apesar da falta de tração, o robô foi capaz de mover o portão. Isso era bom o suficiente para mim, então continuei.

Etapa 3: Fazendo o suporte do motor

Por um acidente anterior, eu sabia que esses motores não são brincadeira. E se você colocar seu dedo na roda dentada, você pode beijá-lo como uma boa compra. Tive um incidente de quase perda de dedo quando estava construindo o robô de combate, então falo por experiência própria.

Com base nessa experiência, eu queria que a montagem ficasse o mais arrumada possível. Portanto, decidi montá-lo no suporte que segurava o portão no lugar.

Primeiro coloquei uma folha de aço entre as duas peças angulares de ferro. Isso foi feito para que eu pudesse montar o conjunto do motor em cima, sem ter que me preocupar em ter uma base resistente.

Decidi fazer o conjunto do motor removível da base do portão principal porque talvez queira trabalhar nele separadamente. Teria sido muito difícil desligar o motor, especialmente porque estava trabalhando em um espaço apertado. Isso valeu a pena mais tarde, pois tirei o conjunto do motor várias vezes para trabalhar nele.

Como você pode ver, conectei o motor ao conjunto do motor. Também fixei a roda dentada no motor e algumas rodas dentadas de cada lado para guiar a corrente até a roda dentada do motor e não permitir que escorregue sob a carga.

Etapa 4: fazer o suporte da corrente

Todo o tema deste projeto era manter o custo baixo, portanto, eu queria reutilizar pedaços de aço velhos que eu tinha em vez de comprar novos. Encontrei um velho pedaço de papelão que era grosso o suficiente para meu uso.

Cortei o estoque no tamanho certo usando minha rebarbadora e, em seguida, soldei para fazer o suporte. Em seguida, soldei o suporte no topo do portão. Uma coisa importante a notar é que você não deseja soldar em cima de uma superfície pintada. Sempre retire a tinta da área de solda.

Tive que refazer a soldagem três vezes. A primeira vez foi porque eu não montei o suporte fora dos batentes físicos do portão. Então, quando eu estava testando e acidentalmente quebrei um dos fios do interruptor de limite, o suporte forçou o interruptor de limite e o quebrou. Portanto, é importante sempre montar os suportes de forma que eles não possam danificar outra parte do sistema se os interruptores de limite eletrônicos falharem.

A segunda vez foi porque montei os suportes tortos. Este foi meu primeiro projeto de soldagem e eu não tinha grampos adequados, então tive dificuldade em alinhar o suporte.

Um erro final que cometi foi fazer um furo depois de soldar completamente o suporte. E como a soldagem torna o aço muito mais duro, é muito mais difícil perfurar. Gastei três brocas e uma hora de furação constante para fazer apenas dois furos.

Portanto, aprenda com esses erros se você planeja fazer algo semelhante. Vamos prosseguir com a instalação da corrente.

Etapa 5: instalando a corrente

A princípio, tive idéias diferentes sobre como montar a corrente de forma que ela tivesse absorção de choque para evitar a sobrecarga do motor ao iniciar de uma posição estática. Mas nada parecia simples o suficiente de implementar. Então, optei pela solução mais barata e simples.

Peguei uma corrente e cortei o rolamento do meio na extremidade. Em seguida, peguei um parafuso de 3 e cortei a cabeça. Prendi o parafuso na última peça da corrente e soldei. Pode não ser a solução mais bonita. Mas vai funcionar.

Eu conectei todas as correntes de ponta a ponta e, em seguida, fixei a extremidade da porca no suporte da corrente de um lado. Medi para ver onde terei que cortar a corrente do outro lado. Marquei e repeti o procedimento de soldagem da porca.

Então montei a corrente no topo do portão. Usei alguns parafusos para prender as duas extremidades, de modo que o parafuso não se solte sozinho.

A chave no meu caso era não apertar muito a corrente porque isso colocaria muito estresse no motor e nas rodas dentadas. Em vez disso, deixar a corrente pesada descansar na borda superior do portão parecia ser a melhor maneira de evitar carga constante no motor.

Dessa forma, quando o motor começa a mover o portão, ele tem que puxar o peso da corrente antes de realmente puxar o portão. Isso funciona como uma espécie de mola para evitar sobrecarga do motor.

A parte mecânica do abridor de portão é completa. Podemos passar para alguns testes para ver se realmente funciona.

Etapa 6: Teste

Agora que o lado mecânico do projeto estava pronto, eu poderia testá-lo para resolver algumas torções e possíveis armadilhas. Usei uma bateria de ácido-chumbo de 12v e apenas conectei manualmente o motor à bateria. E sim! O portão começou a se mover. Todo o esforço até agora não foi em vão.

Percebi algumas coisas durante o teste. Uma era que o canal do portão precisava ser limpo e tudo precisava ser devidamente lubrificado. Caso contrário, o motor pequeno pode ter alguma dificuldade em mover o portão.

Outra coisa importante era que eu precisava ter algum tipo de proteção eletrônica contra sobrecarga para o meu motor, caso as chaves de limite eletrônicas parassem de funcionar. Eu não queria fritar o motor se isso acontecesse.

Também determinei a tensão correta da corrente para um desempenho ideal enquanto testava o consumo de corrente do motor com diferentes tensões. A tensão mais baixa foi melhor porque absorveu todas as imperfeições no alinhamento balançando para a esquerda e para a direita sem forçar o motor.

Com esses resultados, eu estava pronto para começar a trabalhar no lado elétrico das coisas.

Etapa 7: Plano de eletrônicos

Portanto, o plano com o lado eletrônico era manter as coisas o mais simples possível, tendo a funcionalidade desejada.

A energia virá de uma bateria seca de chumbo-ácido de 12V que será conectada a um carregador de bateria. Embora eu tenha tido muitos problemas com o carregador, sobre os quais falarei mais tarde.

A caixa do cérebro será uma placa Arduino. Nada extravagante, apenas um arduino uno. O controle do motor será através de uma placa de relé de 4 canais funcionando como H-Bridge. A comunicação RF é tratada usando um módulo receptor de 433 MHz. Uma das pranchas baratas de $ 1. Embora não seja a melhor ideia em retrospectiva. Mais sobre isso mais tarde. O sensor de corrente usará um sensor de corrente de 20A. E, finalmente, os interruptores de limite e os interruptores de operação manual serão apenas interruptores normais.

Os controles remotos que usei eram controles remotos programáveis para carros. Embora eles também me tenham causado problemas.

Então esse era o plano. Vamos entrar no âmago da questão.

Etapa 8: construção de eletrônicos

O processo de construção da eletrônica não foi nada complicado. Montei tudo de forma que pudesse trocar as peças rapidamente, se necessário. Usei pinos de encaixe e conectores tipo espada sempre que possível para permitir uma desmontagem rápida. Usei uma placa proto relativamente grande para conectar os interruptores de limite e a placa rf. Ter uma placa grande me permite adicionar mais recursos no futuro, sem ter que refazer a estrutura existente.

Eu encontrei alguns problemas relacionados à eletrônica. Primeiro foi a placa de retransmissão. Os traços na placa de relé não foram projetados para lidar com grandes correntes em baixas tensões. Algumas placas de retransmissão têm traços estanhados, mas a minha não. E um dos rastros explodiu depois de algum tempo. Então, conectei todas as linhas de alta corrente com um fio de tamanho apropriado.

Outro grande problema era o carregador causando muita interferência EM. Isso acontecia porque o carregador estava fora da marca e não tinha nenhum tipo de certificação. E a interferência estava atrapalhando o circuito. Ele não responderia aleatoriamente aos comandos rf. Percebi que esse era um problema de EM quando aproximei meu laptop da parte eletrônica para programação e ele ficou completamente fora de controle. Eu comprei um carregador de corpo inteiro de metal que era altamente potente para o meu uso, mas parece funcionar bem por enquanto. Eu vou mudar isso mais tarde, no entanto.

Também enfrentei problemas com os conectores que usei para os interruptores externos. Eles são muito frágeis e quebram quando retirados várias vezes. Eu ainda tenho que descobrir alguns conectores melhores para ele.

O módulo rf que usei é um módulo muito básico e seu alcance não é nada impressionante. Mas era o que eu tinha em mãos e funcionava, então, por enquanto, continuei. Embora eu planeje atualizar para um módulo melhor, especialmente porque quero que o alcance não seja um problema. Eu odeio ter que caminhar em direção ao sistema apenas para fazê-lo funcionar.

Etapa 9: alojando os eletrônicos

No início, apenas montei a parte eletrônica em um pedaço de madeira compensada e planejava construir uma caixa de plástico em cima dela. Mas então percebi que daria muito trabalho. Então, em vez disso, comprei um grande recipiente para comida com um selo à prova d'água.

Montei a bateria e o carregador na parte inferior. Montei a parte eletrônica em um pedaço de plástico que veio com a caixa. Preenchi entalhes para todos os fios que saiam da caixa e usei um pouco de graxa de silicone para garantir que a água não pudesse entrar. Também fiz uma capa de antena impressa em 3D na tentativa de maximizar o alcance.

A caixa funciona perfeitamente. É claro para que eu possa ver se tudo está bem por dentro sem ter que abri-lo. E sobreviveu a alguns feitiços de chuva graves, por isso deve ser bom. Embora uma preocupação seja o calor dentro da caixa, porque é claro e o sol pode aquecer os eletrônicos rapidamente. Uma solução simples para isso é cobri-lo com outra tampa aberta para evitar a luz solar direta.

Etapa 10: Chave de limite

O interruptor de limite para o portão foi um sério problema, pois tive que passar por várias iterações do projeto para fazê-lo funcionar de forma confiável.

No começo eu apenas colei dois interruptores de alavanca em ambos os lados do suporte e colei pára-choques no portão para acertar os interruptores. Esta foi uma ideia sólida em princípio, visto que funcionou em impressoras 3D. Mas depois de alguns testes, os dois interruptores foram danificados e os amortecedores quebraram. Eu atualizei para interruptores maiores e adicionei espuma na frente dos pára-choques na esperança de evitar o impacto. Mas eles ainda se separaram.

Percebi que o gate tem muita inércia quando atinge o interruptor de limite e, portanto, ter um interruptor de limite de parada forçada provavelmente não funcionará. Fui ao mercado de eletrônicos em busca de ideias e encontrei uma chave de rolete.

Eu fiz um suporte impresso em 3D para ele e uma rampa impressa em 3D. Desta forma, o interruptor seria acionado quando chegasse ao seu limite, mas não atrapalharia se por algum motivo o portão não parar ou continuar girando devido à inércia.

Etapa 11: Programando os eletrônicos

Programar a eletrônica era bastante simples. Para o receptor RF, usei a biblioteca rcswitch, que lida com todos os detalhes essenciais de recebimento do sinal dos controles remotos. O resto foi apenas um monte de loops if para verificar as diferentes condições. Uma dessas condições foi verificar a proteção de sobrecorrente. Usei um contador de loop para verificar isso. Você pode encontrar o código em anexo e comentar se quiser que eu o explique com mais detalhes.

Etapa 12: Problemas revelados e sua solução

Durante o curso deste projeto, enfrentei muitos problemas mecânicos e elétricos. Eu mencionei alguns antes, mas vou listá-los abaixo.

1. Interruptores de limite de parada brusca: Isso se tornou um problema, pois os interruptores de limite recebiam muita força mesmo após o corte de energia para o portão. Uma massa tão pesada tem muita inércia. E qualquer botão de parada brusca que eu pudesse pensar não era suficiente para absorver essa inércia. A correção é usar interruptores de limite de rotação como eu fiz.

2. Colocação dos interruptores de limite dentro dos limites rígidos: O posicionamento físico de seu interruptor de limite deve ser tal que, mesmo que o interruptor de limite não funcione, o portão não pode rolar para dentro do interruptor e destruí-lo. Isso se tornou um problema quando um dos fios da chave limitadora se quebrou e o gate rolou para dentro da chave, destruindo o suporte e a chave. Eu consertei isso movendo o suporte da corrente para fora para que ele não pudesse atingir o interruptor de limite em nenhuma circunstância.

3. Tensão da corrente muito alta: Quando coloquei a corrente pela primeira vez, apertei tanto que ela colocou muita força no eixo do motor perpendicular ao seu plano de movimento. Por causa disso, o motor era ineficaz, pois lutava contra muitos atritos. Isso não teria sido um problema se eu fizesse um suporte de motor adequado com rolamentos e tudo, mas não tinha experiência para isso. Além disso, o portão não estava reto em seu comprimento, então a corrente se moveu da esquerda para a direita. Para corrigir esse problema, simplesmente afrouxei a corrente. Não funciona bem.

4. Interferência de EM do carregador: O carregador de bateria que eu queria usar estava produzindo tanto EMI que estava tornando o receptor ineficaz e duvidoso. Tentei aplicar uma blindagem, mas acredito que a combinação de EMI condutivo e radiado foi demais para o circuito. A correção para isso não é uma solução permanente, mas usei um carregador de corpo de metal muito maior que é quase 20 vezes mais poderoso do que o necessário. Mas funciona por enquanto.

5. Faixa de RF: O receptor de RF que usei não era o melhor. Era um daqueles baratos de $ 1. O alcance, embora não seja terrível, não é suficiente para que eu esteja confortável. Por enquanto eu apenas otimizei usando uma antena de fio, mas estarei procurando por uma solução de RF melhor.

6. Copiar controles remotos RF: Este foi um problema tão bobo, quando eu finalmente descobri, eu ri. Então comprei esses controles remotos programáveis que podem aprender códigos de outros controles remotos. Usei um deles como linha de base e tentei copiar os códigos de um para o outro. Depois de horas mexendo, descobri que não é possível copiar o controle remoto de outro semelhante a ele. Você só pode copiar códigos de controles remotos padrão. Levei inúmeras horas para descobrir isso. Portanto, tente não cair na mesma armadilha. A correção é apenas usar qualquer outro controle remoto padrão e, em seguida, copiá-lo para todos os controles remotos programáveis.

7. Perfuração em aço duro: Este era um problema irritante. Quando montei meus suportes de corrente no portão, quis fazer um furo neles. Foi quando descobri que o aço tinha endurecido porque eu o soldei. Eu quebrei muitos pedaços tentando passar por isso. Portanto, meu conselho para perfurar antes de soldar. Vai te poupar muitos problemas.

Esses foram alguns dos problemas que enfrentei durante minha construção. Eu estarei adicionando a esta lista conforme penso em mais questões.

Etapa 13: Concluindo a construção (uma construção já foi terminada?)

Finalizei a construção colocando tudo junto. A caixa de eletrônicos foi em seu lugar e foi conectada à energia. Finalizei uma caixa impressa em 3D para os interruptores de movimento manuais e montei-os onde pudessem ser facilmente acessados. Coloquei mangas nos fios e amarrei no lugar para evitar que algum fio ficasse preso nas partes móveis. Desmontei o conjunto do motor para pintá-lo. Também pintei os suportes da corrente, pois já haviam começado a enferrujar.

E foi isso. O controle deslizante do portão automático estava pronto para ser usado. Já se passaram dois meses desde que terminei e ainda está funcionando como esperado. Farei melhorias nele quando voltar para casa, então não posso realmente chamá-lo de uma construção concluída. Mas acabou por agora.

Gastei mais de US $ 100 nele, considerando todas as coisas que comprei que quebrei ou nunca acabei usando. Mas ainda vou listar o BOM para mostrar que isso pode ser feito com menos de US $ 100, se você se dedicar a isso.

Etapa 14: Lista de materiais

Muitas das peças, incluindo o aço, motor, etc., foram recicladas. Portanto, eles não são da melhor espessura ou tiveram que limpar. Mas acabei economizando muito dinheiro.

1. Motor do limpador de pára-brisa AliExpress = $ 10 do ferro-velho
2. Bateria de ácido-chumbo 12V 4,5Ah = $ 10
3. Carregador de bateria 12V = $ 10
4. Corrente de motocicleta = $ 20 (menos do ferro-velho)
5. Módulo de retransmissão AliExpress = $ 3
6. Arduino Uno AliExpress = $ 4
7. Sensor de corrente AliExpress = $ 2
8. Módulo RF AliExpress = $ 2
9. RF Remote AliExpress = $ 5
10. Habitação = $ 15
11. Interruptor de limite AliExpress = $ 5
12. Diversos (aço, arame etc.) = $ 14

Total = $ 100

Etapa 15: Conclusão

Este projeto está em execução há dois anos. E não houve mais problemas. Independentemente disso, eu faço melhorias incrementais de vez em quando. Eu atualizei os controles remotos, adicionei interruptores à prova d'água, refiz a fiação, adicionei o sensor de tensão, atualizei o carregador e muito mais.

A construção provou ser muito confiável devido ao alto calor e chuva. Estou orgulhoso do que fui capaz de construir, e também com um custo muito baixo. Em breve estarei construindo outro sistema para alguns parentes com mais algumas melhorias em meu design original.

Espero que você tenha aprendido algo com minha jornada por meio desta construção. Se você tiver alguma pergunta ou comentário, pergunte à vontade.