Porta automática do galinheiro - Arduino controlada: 10 etapas (com imagens)

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

Este Instructable é para o projeto de uma porta automática para frango com abertura e fechamento alteráveis manualmente. A porta pode ser aberta ou fechada remotamente a qualquer momento.

A porta foi projetada para ser modular; a moldura, a porta e o controlador podem ser construídos e testados em um local longe do galinheiro e então simplesmente aparafusados na abertura existente do galinheiro.

Ele funciona com 9Vdc, portanto, pode ser alimentado por um plugpack ou por uma bateria e painel solar para carregar a bateria.

Ele usa um solenóide para travar a porta fechada e mantê-la na posição aberta.

As partes principais incluem:

Arduino UNO 3.

Display LED de 4 dígitos, 7 segmentos

Módulo RTC

Módulo RF

Potenciômetros, Servo motor, 6V - 12V Solenóide, Codificador rotativo com botão de pressão

A porta e sua moldura podem ser feitas de restos de madeira. A porta gira para cima em torno de uma haste (tirada de uma impressora, no meu caso) e tem contrapeso para diminuir o torque necessário para levantar a porta.

As ferramentas para construí-lo incluem:

PC com Arduino IDE para programar o Arduino, Martelo, Serra, Ferro de solda, Cortadores de arame, Furar, Chave de fenda.

Eu construí esta porta automática de frango para me poupar da tarefa duas vezes ao dia de abrir e fechar a porta pela manhã e à noite. As galinhas são ótimas fornecedoras de ovos, esterco e entretenimento, mas levantar cedo para deixá-las sair do galinheiro - especialmente no inverno - era enfadonho. E então ter certeza de que eu estava em casa a tempo de fechá-los realmente restringiu minha liberdade de chegar tarde em casa.

As galinhas seguem uma rotina diária de retornar a uma gaiola por volta do pôr do sol e acordar por volta do nascer do sol. Os horários em que entram e saem não são exatos e são influenciados pelo clima do dia e pela luz ambiente. Se uma galinha for vista como tarde demais para entrar depois que a porta foi fechada, a porta pode ser aberta e fechada remotamente. A porta pode ser fechada durante o dia caso o proprietário precise impedir a entrada de galinhas chocadeiras.

Como os horários do nascer e pôr do sol variam ao longo do ano e dependem da latitude, qualquer controlador de porta precisa rastrear a hora do dia, o dia do ano e saber a latitude do local. Este requisito pode ser cumprido com software ou um rastreador solar, mas neste projeto usa configurações de tempo de abertura e fechamento ajustáveis manualmente para manter as coisas mais simples.

Como o nascer do sol e as horas definidas mudam apenas alguns minutos de um dia para o outro, as configurações do controlador de porta só precisam ser ajustadas uma vez por semana.

Quando um proprietário tem uma noção da rotina de empoleiramento de suas galinhas, ele pode ajustar facilmente os tempos de abertura e fechamento.

O horário de funcionamento pode ser ajustado das 3h às 9h e o horário de fechamento das 15h às 21h. Esses tempos se adaptam às latitudes de 12 a 42 graus do equador (Darwin a Hobart na Austrália) e cobrem os dias mais longos e mais curtos do ano..

Em essência, o controlador de porta é um relógio com dois alarmes configuráveis com ativação manual.

Etapa 1: Estrutura e porta giratória

A estrutura é feita para ser protegida sobre a abertura existente do galinheiro. A porta se move para cima como uma porta de garagem. Este projeto tem a vantagem sobre as portas automáticas que deslizam para cima ou para os lados para gaiolas onde o telhado se inclina sobre a porta existente ou a abertura existente é adjacente a uma parede.

1. Remova a porta existente.

2. Escolha um tamanho de moldura que se ajuste à abertura existente. Duas dimensões da moldura são importantes - a altura da moldura e a largura da madeira. A porta oscila a partir de um pivô horizontal e o comprimento do pivô até a moldura ("D" no diagrama) é igual à largura da madeira. Isso significa que, quando a porta está aberta, a seção da porta acima do pivô não interfere na parede do galpão.

3. Escolha um material para a estrutura que seja resistente e à prova de intempéries. Usei chiclete vermelho, que provou ser resistente, mas pesado. O pinho ao ar livre seria mais fácil de trabalhar.

4. A porta em si deve ser leve, rígida e à prova de intempéries.

Etapa 2: Dimensionamento da haste pivotante e da porta giratória

As dimensões da porta de vaivém devem ser tais que a largura da porta se encaixe nas bordas internas da moldura. A altura da porta é menor do que a altura interna da moldura.

1. Encontre uma haste de cerca de 5 mm (1/4 polegada) de diâmetro e comprimento igual à largura da moldura. Usei a haste de uma impressora desmontada, mas a haste roscada seria suficiente. Outra fonte de varas são as prateleiras de secagem de roupas de metal. Uma haste pode ser cortada com um cortador de parafuso ou serra. Raspe o revestimento do metal com uma lâmina.

2. Corte duas ranhuras na estrutura com um comprimento "D" (no diagrama da etapa anterior) a partir da abertura superior da estrutura e a uma profundidade do diâmetro da haste do pivô.

3. Encontre uma dobradiça cujo diâmetro do pino seja igual ou ligeiramente maior do que a haste do pivô. Retire o pino com um martelo e um punção central. Se você não tiver um punção central, use um prego grande ou alfinete semelhante.

Por acaso, o pivô da haste da impressora que usei se encaixava perfeitamente na primeira dobradiça que saiu da minha caixa de sucata.

4. Os pesos da seção inferior da porta giratória abaixo do pivô e da seção superior acima do pivô precisam ser semelhantes para aliviar a tensão do servo motor que abre a porta. Isso pode ser conseguido com alguns parafusos e porcas pesados que foram perfurados na seção superior da porta.

Etapa 3: Servo motor e braços de levantamento

Usei um servo motor MR-996. Tem um torque de: 9,4 kgf · cm (4,8 V) ou 11 kgf · cm (7,2 V). Isso significa que para uma porta de 20 cm abaixo do pivô, o motor pode levantar 11kg / 20 = 550g a 7,2V.

Com a seção de contrapeso acima da haste do pivô, a porta pode ser mais pesada e / ou mais longa. Usei duas porcas e parafusos grandes como contrapesos, mostrados nas fotos.

O servo vem com um braço de plástico que se encaixa no eixo de saída estriado do servo. Corte um lado deste braço com uma faca afiada ou um alicate.

2. O braço de elevação é feito de dois comprimentos de alumínio, o braço superior é um suporte em L e o braço inferior é uma peça plana de alumínio.

Os diagramas anexos mostram como calcular as dimensões de cada braço. As dimensões resultantes são baseadas na largura da moldura, "d", e na posição do ponto de levantamento montado na porta.

O braço tem recortes para que o braço saia do servo motor ao levantar a porta.

Etapa 4: Solenóide de bloqueio e suporte de porta aberta

1. Um solenóide montado na estrutura tem duas finalidades:

a) tranque a porta quando estiver fechada, e

b) evitar que a porta feche depois de aberta.

O solenóide é acionado por meio de um FET de uma saída do controlador. Ela se retrai por alguns segundos enquanto a porta está no processo de abertura ou fechamento.

2. Prenda um pedaço de madeira conforme mostrado na foto. Será mais curto do que a largura do quadro e montado logo abaixo da haste do pivô.

Etapa 5: o controlador

1. Usei um Arduino Uno 3 como base do controlador. Há um total de 17 pinos de entrada e saída.

2. O controlador mantém a hora por meio de um controlador I2C RTC com bateria de reserva. Seria preferível ter uma bateria de reserva recarregável para economizar o esforço de abrir o controlador todos os anos para trocar a bateria do RTC. A hora é definida por meio de um controlador rotativo e exibida em um LED de 4 dígitos e 7 segmentos. Pode-se usar um LCD e exibir mais informações, como o número de vezes que a porta foi aberta e fechada.

3. Os tempos de abertura e fechamento são ajustados com potenciômetros lineares de 10k ohm. Eu poderia ter usado o codificador rotativo e a tela de LED para definir os tempos de abertura / fechamento, mas decidi que seria mais simples para o usuário apenas ser capaz de se aproximar e ver os tempos do painel à distância. Os horários só precisam mudar a cada semana ou assim.

4. Um adaptador RF sem fio (https://www.adafruit.com/product/1097) para a conveniência de abrir e fechar manualmente à distância. URL do chaveiro:

5. A caixa que escolhi para abrigar o controlador estava no lado pequeno, então precisei adicionar uma caixa menor a ela para encaixar o receptor remoto.

6. O diagrama de Fritzing está anexado.

Etapa 6: Código

O código faz um loop e executa o seguinte:

1. verifica o estado dos interruptores do painel, 2. lê o RTC e converte a hora em minutos do dia (0 a 1440).

3. lê os dois potenciômetros analógicos e converte para tempos inteiros de abertura e fechamento. Para dar uma resolução mais precisa das configurações de tempo, os horários de abertura e fechamento são limitados entre 3h00 e 9h00 e 15h00-9m, respectivamente.

4. lê a entrada RF para ver se o botão remoto foi pressionado.

5. compara a hora atual com a hora de abrir e fechar e lê o modo para determinar se deve abrir ou fechar a porta.

Adicionar um interruptor de abertura e fechamento manual complicou o design do software, pois o sistema precisava alternar entre os modos 'manual' e 'automático, ou seja, cronometrado'. Resolvi isso sem adicionar outro botão de 'modo', fazendo com que o usuário pressionasse o botão de abrir ou fechar duas vezes para voltar ao modo automático.

Uma única pressão do botão abrir ou fechar move o controlador para o modo manual. Existe a chance de que, se a porta for aberta após o horário de fechamento, talvez para deixar um frango atrasado entrar no galinheiro, o usuário se esqueça de colocar a porta de volta no modo automático. Assim, o modo manual é representado pelo display LED mostrando "Abrir" ou "Fechar" como um lembrete.

Bibliotecas de monitores de LED que obtive em:

Etapa 7: Lista de peças do controlador

Módulo Arduino Uno de 34 dígitos e 7 segmentos

Servo motor MG 996R

Resitor 1k Ohm

FET: FQP30N06L.

2 x potenciômetros de 10kOhm (tempos de ajuste de abertura / fechamento)

Codificador Rotativo com botão embutido

Jumper wire

Conversor DC-DC 1A: para Servo e solenóide

1 x interruptor de alternância SPDT (seletor de conjunto de horas / minutos)

1 x SPDT center off momentâneo-off-momentâneo (para abertura / fechamento manual)

1 x SPDT center desligado (para apagamento / visualização de tempo / seletor de ajuste de tempo)

Solenóide: Push-Pull 6-12V 10MM Stroke

Receptor Adafruit RF M4 Simples - Tipo Momentâneo 315 MHz

Controle remoto RF de 2 botões chave-fob - 315 MHz

Caixa

Etapa 8: Dimensionamento da fonte de alimentação, painel solar e bateria

1. Embora o Arduino possa funcionar a partir de 12 Vcc, isso faria com que o regulador linear integrado funcionasse quente. O servo opera melhor em uma tensão mais alta (<7,2 V), então um compromisso foi rodar o sistema em 9 Vcc e usar um conveter DC-DC para alimentar o solenóide e o servo a 6 V. Eu acho que o conversor DC-DC poderia ser eliminado e o Arduino, o servo motor e o solenóide operariam com a mesma alimentação de 6V (1A). Um capacitor de 100uF seria recomendado para filtrar o Arduino do servo e do solenóide.

2. O controlador que criei consumiu uma corrente quiescente de cerca de 200mA. Quando o solenóide e o servo estavam em operação, o consumo de corrente era de cerca de 1A.

O display LED pode ser apagado com um interruptor para economizar bateria.

Considerando que a porta demorou cerca de 7 segundos para abrir ou fechar, e as operações de abrir e fechar ocorreram apenas duas vezes ao dia, o 1A na estimativa do consumo diário de energia foi desprezado.

Ele pode funcionar com um pacote de plugues 1A 9V, mas a rede elétrica e o pacote de plugues precisam ser protegidos das intempéries.

3. O consumo diário de energia é calculado como 24h x 200mA = 4800mAh. Uma bateria de chumbo ácido de 7Ah com painel solar de 20W deve bastar com um dia de autonomia em áreas com uma média anual de 5 horas de insolação. Mas com mais baterias e um painel maior, haveria mais dias de autonomia.

Usei a seguinte calculadora online para estimar o tamanho da bateria e do painel:

www.telcoantennas.com.au/site/solar-power-…

Etapa 9: Instruções de operação do usuário

A porta opera em modo automático ou manual.

O modo automático significa que a porta abre ou fecha de acordo com as configurações de tempo de abertura ou fechamento. O modo automático é representado por uma tela em branco quando a chave da tela é ajustada para "Em branco". Quando o modo muda de manual para automático, a palavra 'AUTO' pisca por 200 ms.

A porta entra no modo manual sempre que o controle remoto ou interruptor do controlador é ativado. O modo manual é indicado quando o visor mostra "OPEn" ou "CLSd" com o interruptor do visor definido para "Em branco".

No modo Manual, as configurações de tempo de abertura / fechamento são ignoradas. Cabe ao usuário lembrar de fechar a porta se ela foi aberta manualmente, ou abrir a porta se ela foi fechada manualmente, ou voltar ao modo Automático.

Para voltar ao modo Automático, o usuário deve pressionar o botão Fechar uma segunda vez se a porta já estiver fechada, ou o botão Abrir uma segunda vez se a porta já estiver fechada.

A porta inicia no modo Automático no início do dia (12h00).

Etapa 10: sinos e assobios

Algumas melhorias futuras podem incluir:

Campainha sem fio para sinalizar quando a porta abre / fecha

"Alarme travado" se o sistema consumir a corrente igual ao solenóide e servo por mais de 10 segundos.

Bluetooth e App para configurar o controlador.

Abertura e fechamento controlados pela Internet.

Substitua o display LED por LCD para mostrar mais informações.

Elimine os potenciômetros de configuração de tempo de abertura / fechamento e use uma chave seletora e a chave rotativa existente para definir os tempos de abertura / fechamento.