Lixeira automática: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este é um movimento que detecta a lata de lixo de abertura automática. Tem conectividade wi-fi e envia uma mensagem de texto quando está cheio. Isso é feito para ECE-297DP na Universidade de Massachusetts - Amherst. O objetivo principal deste curso era ganhar experiência com a eletrônica prática, pois eu sentia que estava atrás de meus colegas e me beneficiaria ao combinar as coisas que aprendi em minhas palestras com o trabalho experiencial.

Materiais necessários:

- 1x Arduino Uno

- 1x ESP-8266

- 2 microservos

- 2 detectores de movimento ultrassônicos HC-SR04

- 1 LED RBG

- 3 resistências de 330 Ω

- 1 regulador de tensão de 3,3

- 2 x 100 uF capacitor eletrolítico

- 1x condensador de cerâmica de 0,1 uF

- 1 frasco de cerveja Longneck com 12 unidades Corona Extra

Etapa 1: Planos Originais e Progressão

No início do semestre, não tinha planos do que queria fazer. Entrei nesta classe sem uma ideia em mente. Então, para começar, desenvolvi uma maneira fácil de penetrar lentamente no mundo da eletrônica de passatempo.

Passos:

1. Aprenda o básico do Arduino

- Isso foi feito seguindo o guia do inventor SparkFun que vem com o kit inicial. Isso me permitiu aprender o básico sobre resistores, LEDs, elementos piezoelétricos (som), detecção e codificação geral com o Arduino.

2. Veja os projetos online DIY Arduino

- O objetivo era encontrar inspiração para fazer eletrônicos criativos e úteis

3. Use a inspiração para encontrar o que eu queria fazer

- Porque sou uma pessoa preguiçosa, e porque meus amigos com quem vou dormir no próximo semestre não limpam muito bem, resolvi fazer uma lata de lixo automática.

O plano original para isso veio com uma conversa com um dos meus colegas Mentores, Bryan Tam, outro estudante de Engenharia da Computação. Discutir em voz alta com ele criticando meus designs me ajudou a entender o processo de design. O processo de pegar um problema e pensar em uma solução, não importa o quão inviável seja, e então debater sobre como fazer esse projeto. Ensinou-me que ambição e criatividade são fundamentais para projetar em engenharia.

Inicialmente, eu queria fazer uma lata de lixo que detectasse automaticamente quando a lata de lixo estava cheia e depois fechasse ou embrulhasse o saco. Depois de pesquisar as possíveis maneiras de projetar isso, percebi que isso estava longe de minhas mãos. Assim, mudei um pouco o objetivo - fazer uma lata de lixo que pudesse enviar um texto quando estivesse cheia.

Perto do final do semestre, estava com problemas para integrar o componente WiFi para enviar o texto e fiquei preocupado então pensei em outras alternativas como um sistema de alarme. Olhei para os elementos piezoelétricos para talvez fazer um som irritante que não parasse até que o lixo fosse retirado. Além disso, procurei usar LEDs para fazer cores diferentes para indicar o nível de lixo.

Para criar isso, seriam necessários dois sensores: um para o lado externo sentir quando uma mão está acima para abrir e outro interno para detectar o nível de lixo. Originalmente, apenas o módulo WiFi enviaria o texto como um alarme, mas perto do final do semestre, decidi adicionar uma luz no topo da lata de lixo para apoiar isso.

Este é o design do projeto que segui e fiz até o fim.

Etapa 2: Pesquisa

Para me preparar para essa provação, pesquisei várias coisas.

Primeiro, pesquiso sobre a maneira geral de codificar o Arduino. Praticar com o kit do inventor SparkFun ajudou imensamente; me acostumando a ter que conectar os pinos ao Arduino e como usar uma placa de ensaio.

Então, pratiquei particularmente o uso de servos, pois sabia que era assim que precisaria controlar a tampa para girar. Primeiro, praticando o controle de seu tempo e, em seguida, combinando o uso com condicionais para que eu possa controlar quando são ativados.

Então pesquisei quais sensores usar. Havia dois tipos: um sensor ultrassônico (HC-SR04) e um sensor infravermelho (PIR Motion Sensor). O sensor ultrassônico envia um pulso que é devolvido e lido pelo HC-SR04, calculando o tempo nesse intervalo, para determinar a distância entre ele e o local do salto. Decidi usar o sensor ultrassônico para o sensor interno, pois a detecção de distância seria mais útil, especialmente porque o lixo não emite muita radiação. Então decidi que seria mais fácil usar apenas um HC-SR04 para o sensor interno e externo.

Pesquisando sobre o ESP-8266, aprendi muito sobre como funciona o wi-fi. Aprendi sobre pontos de acesso e pontos de estação. Também aprendi sobre servidores web como uma opção possível. No fim. O ESP é sua própria placa que pode ser programada inteiramente separadamente para o Arduino. Assim, é possível até mesmo fazer todo esse projeto simplesmente utilizando-o. Para programar o ESP, eu o conectei ao Arduino e conectei o GND no Arduino para resetar para desabilitá-lo e fazê-lo agir como um comunicador entre o ESP e o cabo USB.

Aprendi então que posso fazer o ESP atuar como um cliente que deseja acessar ou solicitar dados de um site. Sabendo disso, usei o site IFTTT.com para criar um miniaplicativo para conectar webhooks a mensagens de texto SMS de maneira geral, de forma que, quando um evento fosse disparado (quando um cliente solicitar dados de uma URL específica, ele enviaria um texto).

Outra coisa que pesquisei foram reguladores de tensão, diodos e resistores. Os resistores eram necessários para o LED conectar o LED ao Arduino. Os diodos e os reguladores de tensão foram as soluções possíveis para alimentar o ESP-8266, já que ele precisa estritamente de 3,3 V para Vcc. O regulador de tensão foi a solução mais fácil. Embora haja uma opção de 3,3 V no Arduino, aproveitei-a como uma oportunidade para aprender mais.

Em seguida, aprendi sobre capacitores, pois eles são necessários para um regulador de tensão em funcionamento. Os capacitores ajudam a nivelar a tensão no caso de "saltos" ou "soluços" muito. 2 eletrolíticos e 1 capacitor de cerâmica é a configuração usual para reguladores de tensão.

A maior parte da pesquisa estava tentando depurar meu código, pois havia muitos erros enquanto eu o cometia.

Etapa 3: Dificuldades encontradas e como as superei

Grande parte da dificuldade no início do semestre era simplesmente o fato de eu ser inexperiente. Eu nunca havia pensado em construir algo antes, então tinha medo de ser muito ambicioso ou muito simples. É por isso que adiei por tanto tempo a escolha de uma ideia.

Para superar isso, conversar com um idoso que tinha experiência definitivamente ajudou. Bryan foi capaz de criticar minhas idéias e me dizer quais estavam indo na direção certa e quais estavam indo na direção errada. Ele me ajudou a perceber que eu precisava considerar meu nível de habilidade, os recursos aos quais tinha acesso e o gerenciamento de tempo.

A gestão do tempo também foi muito difícil para mim. Já sei que tenho uma fraqueza quando o assunto é gerenciamento de tempo, principalmente porque esse semestre foi incrivelmente lotado, já que estive sobrecarregado com 21 créditos.

Houve momentos em que tive que sacrificar o trabalho no meu projeto, mas para superar isso dediquei pelo menos uma hora de pesquisa nos finais de semana para trabalhar no projeto, e a cada duas semanas nos finais de semana para ir ao M5 para trabalhar nele.

Outra dificuldade que tive foi com minha falta de conhecimento com grande parte das peças. Eu não sabia como eles funcionavam ou quais fios conectavam aonde. Para superar isso, aprendi o recurso valioso de pesquisar as planilhas de dados online, o que me ajudou a entender qual era a entrada de tensão necessária e onde VCC, GND e entradas precisavam ser conectadas. Lembro-me de ter trabalhado especificamente na tentativa de conectar os servos aos detectores de movimento e ficar frustrado porque os servos não estavam funcionando.

Isso me levou a experimentar diferentes servos, esperando que algo estivesse errado com eles. No entanto, eles ainda não funcionaram, o que significava que tinha que ser minha fiação ou meu código. Em seguida, tentei usar uma fonte de alimentação externa conectando os servos a 4 baterias AA, pois havia lido que, às vezes, o USB de um PC pode não estar fornecendo voltagem suficiente para alimentá-los. Por fim, decidi simplesmente olhar a folha de dados e percebi que era só porque minha fiação estava incorreta o tempo todo.

Meu obstáculo mais difícil nisso foi tentar integrar o componente WiFi ao Arduino. Eu estava procurando muitos tutoriais online e simplesmente entender a programação, pois era difícil para mim entender. No entanto, um determinado site me ajudou e me apresentou ao IFTTT. Acreditava ter conquistado uma vitória porém, não percebi que as placas estavam separadas e acabei programando as placas com código diferente. Fiquei preso por uma semana tentando descobrir como conectá-los, mas a internet não ajudou. Para superar esse obstáculo, finalmente pedi a ajuda do Dr. Malloch. Sou uma pessoa muito orgulhosa e tenho tendência a querer fazer as coisas sozinho. Ele me ajudou anteriormente, no entanto, não era um grande problema que eu tinha, mas sim uma discussão sobre as possíveis maneiras de abordar meu projeto. O simples fato de perguntar ao Dr. Malloch resolveu imediatamente a integração do meu ESP-8266.

Este projeto ajudou a me colocar no meu lugar e perceber que eu deveria estar trabalhando e pedindo mais ajuda às pessoas, já que a engenharia não é um projeto solo, mas uma dinâmica de equipe.

Etapa 4: Mudanças no M5 para ajudar a simplificar o processo de aprendizagem

O M5 foi uma ferramenta fantástica para mim neste semestre. Já vem com muitos recursos para novos exploradores e veteranos experientes.

Acho que o M5 poderia ajudar a agilizar o processo de aprendizagem, tendo mais workshops sobre uma variedade mais ampla de tópicos e tornando-os mais divulgados. Eu mal tinha ouvido falar das oficinas que estavam acontecendo na M5, e as únicas que eu conhecia eram as oficinas de solda.

Outros workshops, como "Como fazer o design" ou "Como usar a impressora 3D", também seriam úteis. Talvez eles tenham esses workshops, mas nunca pude ouvir falar deles.

Etapa 5: O que eu consegui no final

Consegui fazer uma lata de lixo automática

Mais importante, no entanto, aprendi a importância da administração do tempo, como construir circuitos e usar peças eletrônicas. Aprendi sobre Arduino, ondas e sensoriamento, resistores, breadboards, WiFi, o ESP-8266, servidores web, reguladores de tensão, diodos, etc. Consegui realizar exatamente o que tinha em mente. Para obter uma compreensão prática sobre eletrônica e circuitos.

Também acendeu um fogo criativo em mim, pois criar este projeto, embora extremamente frustrante às vezes, foi muito divertido e gratificante de fazer. Finalmente, entender como uma parte funciona ou fazer o código funcionar como eu queria valeu as horas de ajustes e mudanças que tive que fazer. Isso me ajudou a entender que isso é o que eu queria fazer. No início do semestre, hesitei em relação à Engenharia Elétrica e de Computadores, pois não tinha experiência para saber se gostava ou não. Por exemplo, alguém não sabe se gosta de um esporte, videogame ou hobby, a menos que experimente.

Minha maior conquista com isso foi poder dizer com segurança que quero continuar com Engenharia Elétrica e de Computação.

Etapa 6: como outra pessoa poderia seguir meus passos

Se alguém está na mesma situação que eu estava no início do semestre, eu recomendaria fazer os mesmos passos que descrevi em "Planos Originais e Progressão". Isso realmente me ajudou lentamente a identificar o que eu estava interessado em fazer e o que eu poderia fazer.

Especificamente, para este projeto, vou descrever abaixo como fazer um.

Etapa 1: Acesse IFTTT.com, registre seu número de telefone e crie um miniaplicativo. Escolha o "se" para ser webhooks e o "isso" para ser SMS. Depois de criado, procure Maker Webhooks na caixa de pesquisa e clique na documentação. Preencha as informações com seu próprio nome de evento e copie o URL. Este é o URL que você usará para o código ESP-8266 encontrado na parte inferior.

Etapa 1: conecte o ESP-8266 da seguinte forma:

RXD -> RX

TXD -> TX

VCC -> VCC

CH_PD VCC

GPIO0 -> GND

GND -> GND

Em seguida, conecte o GND no Arduino ao Reset nele para desativá-lo.

Etapa 2: Insira o código na parte inferior e carregue-o no ESP-8266 (primeiro baixe a placa esp-8266 no IDE). Em seguida, desconecte o ESP-8266.

Etapa 3: conecte os servos aos pinos 8 e 9 no Arduino

Etapa 4: Conecte o primeiro sensor HC-SR04 aos pinos 10 e 13 (para trigonometria e eco respectivamente). Em seguida, conecte o segundo aos pinos 11 e 12 (novamente para trigonometria e eco respectivamente).

Etapa 5: Conecte o LED RGB aos pinos 4 (vermelho), 5 (verde) e 6 (azul).

Etapa 6: conecte GPIO2 ao pino 2

Etapa 7: Insira o código na parte inferior (ECE_297_DP) e faça o upload para o Arduino.

Etapa 8: encontre uma caixa de cerveja reciclada velha e um pedaço de papelão para a tampa. Cole os palitos de picolé nos servos e, em seguida, cole os servos no interior do bot em cada lado. Cole a tampa nos palitos de picolé. Cole os dois sensores na tampa (o interior é para detectar o lixo (pinos 11 e 12) e o exterior é para detectar o movimento (pinos 10 e 13). Em seguida, prenda o LED na parte superior da tampa. E prenda a fiação atrás da caixa para esconder a fiação feia.

Etapa 7: O que eu faria a seguir

Avançando no projeto, tive algumas idéias para implementar um alarme sonoro além do LED. Como fiz o ESP-8266 funcionar, decidi não fazê-lo. No entanto, se eu fosse seguir em frente, seria interessante adicionar um e irritar as pessoas para que levassem o lixo para fora.

Além disso, eu teria gostado de trabalhar em um projeto mais definitivo, já que isso é principalmente uma prova de projeto. Se eu fosse seguir em frente, teria usado uma lata de lixo de verdade ou um recipiente de plástico mais pesado. Além disso, eu gostaria de ser mais eficiente com a fiação, pois ela é muito complicada.

Uma alternativa ao ESP-8266 que eu estava procurando enquanto estava preocupado por não conseguir integrá-lo era usar um módulo Bluetooth. Meu amigo Sean mencionou para mim que ele já havia feito um projeto no passado em que ele tinha que enviar dados de seu projeto para seu telefone e usar um módulo Bluetooth. Ele disse que era relativamente fácil. No entanto, fiz o módulo WiFi funcionar antes de fazer qualquer trabalho sério de detetive nele. Acho que seria interessante ver aonde esse caminho teria me levado.

Fora isso, eu adoraria implementar a parte do "empacotamento automático do saco de lixo", mas isso ainda está fora do meu alcance atualmente. Talvez no futuro, eu revisite este projeto e tente torná-lo mais eficiente.