Sistema de proteção solar automatizado Arduino Uno: 9 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

O produto criado é um sistema de guarda-sol automático para veículos, totalmente autônomo e controlado por sensores de temperatura e luz. Esse sistema permitiria que uma cortina simplesmente cobrisse a janela do carro quando o carro atingisse uma determinada temperatura e quando uma certa quantidade de luz passasse pelo carro. Os limites foram definidos para que a cortina não funcione quando o veículo estiver ligado. Um switch foi adicionado ao sistema caso você quisesse aumentar a sombra, embora nenhum dos parâmetros fosse atendido. Por exemplo, se fosse uma noite fria e você quisesse seu carro coberto para privacidade, você poderia simplesmente apertar o botão para aumentar a cortina. Você também pode desligar o interruptor para desligar completamente o sistema.

Declaração do problema - “Quando os veículos são deixados de fora no calor, a temperatura interior do veículo pode tornar-se altamente desconfortável, especialmente para si próprio ao voltar a entrar no veículo ou para os passageiros deixados no veículo. Ter um sistema de blindagem também pode servir como um dispositivo de segurança para evitar que alguém veja o interior do seu veículo.” Mesmo que existam para-sóis para carros que são fáceis e simples de colocar, às vezes pode ser um incômodo e você pode se esquecer de colocá-los. Com um sistema de proteção solar automático, você não teria que colocar as cortinas manualmente ou lembrar de colocá-las porque elas subiriam automaticamente quando necessário.

Fonte da imagem:

Etapa 1: Processo de conceito de design

Eu queria um design simples de fazer e usar que pudesse ser integrado a um veículo. Isso significa que seria um recurso já instalado para o veículo. No entanto, como atualmente construído, pode ser usado para sistemas de cortinas de janela também. Para o processo de criação do design vários esboços e ideias foram feitos, mas após usar uma matriz de decisão o produto agora feito foi o conceito decidido a construir.

Etapa 2: Materiais Usados

As fotos são de componentes reais usados no projeto. As Folhas de Dados do Projeto estão no documento anexo. Nem todas as folhas de dados podem ser fornecidas. Custou-me cerca de US $ 146 para construir o produto inteiro.

A maioria das peças e componentes veio da Amazon ou de uma loja de materiais de construção chamada Lowe's.

Outros dispositivos usados:

Decapantes de arame

Alicate

chave Phillips

Chave de fenda chata

Multímetro

Computador portátil

Programa baixado do Arduino

Etapa 3: lógica: como funciona

Circuito:

Por meio de um computador ou laptop, o código do programador Arduino é enviado ao Arduino Uno, que então lê o código e aplica os comandos. Depois que o código for carregado para o Arduino Uno, não haverá necessidade de permanecer conectado ao computador para continuar o programa, desde que o Arduino Uno tenha uma fonte de alimentação diferente para funcionar. A ponte H no circuito fornece uma saída de 5 volts que é suficiente para controlar o Arduino Uno. Permitir que o sistema funcione sem o computador como fonte de alimentação do Arduino Uno, tornando o sistema portátil, necessário se quiser ser usado em um veículo.

Dois interruptores de limite, um sensor de temperatura, um sensor de luz, um LED RBG e um H-Bridge são conectados ao Arduino Uno.

O LED RBG é para indicar onde a haste do gatilho está localizada. Quando o gatilho está na posição inferior, acionando o interruptor de limite inferior, o LED fica vermelho. Quando o gatilho está entre os dois interruptores de limite, o LED fica azul. Quando o gatilho está no topo, atingindo o interruptor de limite superior, o LED mostra um vermelho rosado.

Os interruptores de limite são interruptores de corte para o circuito dizer ao sistema para parar o movimento do motor.

O H-Bridge atua como um relé para o controle da rotação do motor. funciona ligando em pares. ele alterna o fluxo de corrente através do motor, que controla a polaridade da tensão permitindo que a mudança direcional ocorra.

Uma bateria de 12 volts e 1,5 ampères fornece energia para o motor. A bateria é conectada à ponte H para que a direção de rotação do motor possa ser controlada.

Uma chave seletora manual é colocada entre a bateria e a ponte H para atuar como um componente liga / desliga para simular quando o carro está ligado ou desligado. Quando a chave está ligada, indicando que o veículo está ligado, nenhuma ação ocorrerá. Dessa forma, ao dirigir seu veículo, a sombra não funcionará. Quando o interruptor está desligado, atuando como se o veículo estivesse igualmente desligado, o sistema funcionará e funcionará corretamente.

O sensor de temperatura é o componente principal do circuito; se a temperatura de um determinado limite não for atingida, nenhuma ação será realizada, mesmo que haja luz. Se o limite de temperatura for atingido, o código verifica os sensores de luz.

Se os parâmetros do sensor de luz e temperatura forem atendidos, o sistema instruirá o motor a se mover.

Compenente Físico:

Uma engrenagem é acoplada a um motor DC com engrenagem de 12 V 200 rpm. A engrenagem aciona uma haste de acionamento que gira uma corrente e um sistema de roda dentada que controla o movimento para cima ou para baixo de uma haste de alumínio que está presa à corrente. A haste de metal é conectada à cortina, permitindo que ela seja elevada ou abaixada dependendo de quais parâmetros do código atual solicitem a cortina.

Etapa 4: Desenvolvimento do Projeto

Processo de Criação:

Etapa 1) Construir estrutura

Etapa 2) Anexe os componentes à estrutura; inclui sistemas de engrenagem e corrente, também persiana com pino de trava removido

Usei um alicate para tirar a tampa da cortina do rolo para remover o pino de travamento. Se não for cuidadoso, a tensão da mola na cortina de rolos vai se soltar; se isso acontecer, é fácil enrolar novamente. Basta segurar a cortina do rolo e girar o mecanismo interno até ficar firme.

Etapa 3) Faça o circuito na placa de ensaio - use fios de jumper para conectar o pino da placa de ensaio adequado ao pino digital ou analógico do Arduino.

Etapa 4) Criar código no Arduino

Etapa 5) Código de teste; Observe a impressão no monitor serial, se os problemas fizerem correções no código.

Etapa 6) Concluir o projeto; O código funciona com circuito criado e estrutura de produto.

Muitos fóruns e vídeos tutoriais foram usados para me ajudar a criar meu projeto.

Lista de referências:

• 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…

Com tentativa e erro, pesquisa e assistência adicional de colegas e professores universitários, consegui criar meu projeto final.

Etapa 5: Processo de Criação: Estrutura

O produto deveria ser construído de forma que pudesse ser feito com peças bastante fáceis de obter.

A estrutura física era feita apenas de madeira de cedro e parafusos.

O quadro tem 60 centímetros de comprimento por 18 centímetros de altura. é aproximadamente uma escala de 1: 3 de um para-brisa médio de veículo de tamanho real.

O produto físico tem dois kits de engrenagens e correntes de plástico, duas hastes de metal e uma persiana de rolo.

Uma engrenagem é conectada ao motor DC, ela gira uma haste de metal que atua como um eixo de acionamento que controla o movimento da corrente. A haste de acionamento foi adicionada para que a cortina se mova uniformemente.

A engrenagem e a corrente permitem que uma haste de metal diferente levante e abaixe a cortina e atua como um gatilho para os dois interruptores de limite..

A cortina de rolos originalmente tinha um mecanismo de travamento quando a comprei e eu a tirei. Isso deu à cortina de rolo a capacidade de ser puxada para cima e para baixo sem travar em uma posição, uma vez que o movimento de levantamento parou.

Etapa 6: configuração da fiação

A fiação tinha que ser bem organizada e os fios separados para que nenhuma interferência ocorresse entre os fios. Nenhuma solda foi feita durante este projeto.

Um sensor de luz Ywrobot LDR é usado como um detector de luz, é um foto-resistor conectado ao pino analógico A3 no Arduino UNO

Um sensor de temperatura DS18B20 é usado como um parâmetro de temperatura definido para o projeto, ele lê em Celsius e eu o converti para ler em Fahrenheit. O DS18B20 se comunica por meio de um barramento de 1 fio. Uma biblioteca deve ser baixada e integrada ao esboço do código Arudino para que o DS18B20 possa ser usado. O sensor de temperatura é conectado ao pino digital 2 no Arduino UNO

Um LED RBG é usado como um indicador de onde está a posição da cortina. Vermelho é quando a sombra está totalmente para cima ou totalmente para baixo e é azul quando está em um estado de movimento. Pino vermelho no LED conectado ao pino digital 4 no Arduino UNO. Pino azul no LED conectado ao pino digital 3 no Arduino UNO

Micro interruptores de limite foram usados como pontos de parada para a posição da cortina e para o movimento do motor interrompido. Chave de limite na parte inferior conectada ao pino digital 12 no Arduino UNO. Interruptor de limite na parte superior conectado ao pino digital 11 no Arduino UNO. Ambos foram definidos para a condição inicial de zero quando não acionados / pressionados

Um L298n Dual H-Bridge foi usado para controle de rotação do motor. Era necessário para lidar com a amperagem da bateria que estava sendo fornecida. A energia e o aterramento da bateria de 12 V são conectados ao H-Bridge, que fornece energia para o motoredutor de 12 V 200 rpm. O H-Bridge é conectado ao Arduino UNO

A bateria recarregável de 12 volts 1.5A fornece energia para o motor

Um motor DC com engrenagem reversível escovado de 12 volts 0,6 A 200 rpm foi usado para este projeto. Era muito rápido para operar em ciclo de serviço completo enquanto era controlado com Modulação por Largura de Pulso (PWM)

Etapa 7: Dados de Design do Projeto

Não foram necessários muitos dados experimentais, cálculos, gráficos ou curvas para desenvolver o projeto. O sensor de luz pode ser usado para uma ampla faixa de brilho e o sensor de temperatura tem uma faixa de -55 ° C a 155 ° C, que mais do que se adapta à nossa faixa de temperatura. A cortina em si é feita de tecido de vinil e presa a uma haste de alumínio e uma bateria de 12V foi escolhida porque eu não queria ter problemas com a energia. Um motor de 12 V foi selecionado para lidar com a tensão e a corrente fornecidas pela bateria e com base no conhecimento prévio de que deveria ser potente o suficiente para operar sob as forças que seriam aplicadas. Cálculos foram feitos para confirmar que ele poderia de fato lidar com o torque que seria aplicado no eixo de 0,24 polegada do motor. Como o tipo exato de haste de alumínio era desconhecido devido ao uso de suprimentos pessoais, o Alumínio 2024 foi usado para os cálculos. O diâmetro da haste é de cerca de 0,25 polegadas e o comprimento é de 18 polegadas. Usando a calculadora de peso da loja de metal online, o peso da haste é 0,0822 lb. O tecido de vinil usado foi cortado de uma peça maior, pesando 1,5 lb. O pedaço quadrado de tecido usado mede 12 polegadas de comprimento por 18 polegadas de largura e tem metade do tamanho de a peça original. Por esta razão, o peso do nosso pedaço de tecido é de aproximadamente 0,75 lb. O peso total combinado para a haste e o tecido é 0,8322 lb. O torque devido a essas cargas combinadas atua no centro de massa da haste e foi calculado multiplicando o peso total pelo raio de 0,24 polegadas do eixo. O torque geral atuará no centro da haste com um valor de 0,2 lb-pol. A haste é feita de um material com diâmetro uniforme e tem um suporte de corrente em uma extremidade e o eixo do motor na outra extremidade. Uma vez que o suporte da corrente e o eixo do motor estão a distâncias iguais do centro da haste, o torque devido ao peso é compartilhado por cada extremidade igualmente. O eixo do motor, portanto, precisava lidar com metade do torque devido ao peso ou 0,1 lb-in. Nosso motor DC tem um torque máximo de 0,87 lb-in a 200 rpm, que mais do que acomoda o pára-sol e a haste, portanto, o motor foi implementado para que os testes pudessem começar. Os cálculos me fizeram perceber que o motor não deve operar em condições máximas, então o ciclo de trabalho teria que ser reduzido de 100 por cento. O ciclo de trabalho foi calibrado por tentativa e erro para determinar a velocidade ideal para aumentar e diminuir a proteção solar.

Etapa 8: Arduino Sketch

Para programar o código, usei o IDE Arduino. Baixe o programador através do site

É simples de usar, se você nunca o usou antes. Existem muitos vídeos tutoriais no YouTube ou na Internet para aprender como codificar um programa no software Arduino.

Usei um microcontrolador Arduino UNO como hardware para meu projeto. Ele tinha entradas de pinos digitais suficientes de que eu precisava.

O arquivo anexado é o meu código para o projeto e a impressão do monitor serial. Conforme perceptível no documento que exibe a impressão, ele indica quando a sombra está totalmente para cima ou totalmente para baixo e quando se move para cima ou para baixo.

Para ter o sensor de temperatura DS18B20 utilizável, foi usada uma biblioteca chamada OneWire. Esta biblioteca é encontrada na guia Sketch quando o programa Arduino é aberto.

Para que o código funcione, certifique-se de que a porta e a placa corretas estão sendo usadas ao fazer o upload do código, caso contrário, o Arduino fornecerá um ERRO e não funcionará corretamente.

Etapa 9: Produto Final

Coloquei toda a fiação dentro da caixa para protegê-los de serem danificados ou removidos, fazendo com que o circuito possivelmente não funcione.

O vídeo exibe todas as configurações possíveis para o guarda-sol automatizado. A sombra sobe, então a luz é coberta para trazê-la de volta para baixo. Isso funciona apenas porque o limite de temperatura foi atingido; se a temperatura não fosse quente o suficiente, a sombra não se moveria e permaneceria no fundo em uma posição de repouso. A temperatura necessária para o funcionamento do sistema pode ser alterada e ajustada conforme desejado. A chave seletora no vídeo é para demonstrar quando o veículo está ligado ou quando se deseja parar de fornecer energia ao motor.

O produto é totalmente portátil e autônomo. Ele foi projetado para ser um item embutido em um veículo como um sistema de sombreamento automático, mas pode usar a construção atual para sistemas de sombreamento ao ar livre ou dentro de uma casa para janelas.

Para uso interno, o produto poderia eventualmente ser conectado fisicamente a um termostato doméstico ou com uma adaptação Bluetooth ao circuito e código, possibilitando o controle do produto com um aplicativo móvel. Esta não é a intenção original ou como o produto é construído, apenas um uso potencial do design.