Αυτόματο σύστημα σκίασης: 9 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Το προϊόν που δημιουργήθηκε είναι ένα αυτόματο σύστημα σκίασης για οχήματα, είναι πλήρως αυτόνομο και ελέγχεται από αισθητήρες θερμοκρασίας και φωτός. Αυτό το σύστημα θα επέτρεπε μια σκιά να καλύπτει απλά το παράθυρο του αυτοκινήτου όταν το αυτοκίνητο φτάσει σε μια ορισμένη θερμοκρασία και όταν μια ορισμένη ποσότητα φωτός διέρχεται από το αυτοκίνητο. Τα όρια τέθηκαν έτσι ώστε η σκιά να μην λειτουργεί όταν ένα όχημα είναι αναμμένο. Ένας διακόπτης προστέθηκε στο σύστημα σε περίπτωση που θέλετε να αυξήσετε τη σκιά, παρόλο που καμία από τις παραμέτρους δεν ικανοποιήθηκε. Για παράδειγμα, αν ήταν μια δροσερή νύχτα και θέλατε το αυτοκίνητό σας να καλυφθεί για ιδιωτικότητα, μπορείτε απλά να πατήσετε το διακόπτη για να αυξήσετε τη σκιά. Μπορείτε επίσης να απενεργοποιήσετε τον διακόπτη για να απενεργοποιήσετε εντελώς το σύστημα.

Δήλωση προβλήματος - «Όταν τα οχήματα παραμένουν στη ζέστη, η εσωτερική θερμοκρασία του οχήματος μπορεί να γίνει πολύ άβολη, ειδικά για τον εαυτό του όταν μπαίνει ξανά στο όχημα ή για τους επιβάτες που μένουν στο όχημα. Η κατοχή ενός τυφλού συστήματος μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως συσκευή ασφαλείας για να αποτρέψει κάποιον να βλέπει μέσα στο όχημά σας. Παρόλο που υπάρχουν αντηλιακά για αυτοκίνητα που είναι εύκολο και εύκολο να τοποθετηθούν, μερικές φορές μπορεί να είναι ταλαιπωρία και μπορεί να ξεχάσετε να τα τοποθετήσετε. Με ένα αυτόματο σύστημα σκίασης, δεν θα χρειαστεί να ανεβάσετε χειροκίνητα τις αποχρώσεις ή να θυμηθείτε να τις τοποθετήσετε γιατί θα ανέβει αυτόματα όταν χρειάζεται.

Βήμα 1: Έννοια σχεδίασης

Iθελα ένα απλό σχέδιο κατασκευής και χρήσης που θα μπορούσε τελικά να ενσωματωθεί σε ένα όχημα. Αυτό σημαίνει ότι θα ήταν μια ήδη εγκατεστημένη δυνατότητα για το όχημα. Ωστόσο, όπως κατασκευάστηκε αυτήν τη στιγμή, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και για συστήματα σκίασης παραθύρων. Για τη διαδικασία δημιουργίας του σχεδιασμού έγιναν πολλά σκίτσα και ιδέες, αλλά μετά τη χρήση μιας μήτρας αποφάσεων, το πλέον κατασκευασμένο προϊόν ήταν η αποφασισμένη ιδέα για κατασκευή.

Βήμα 2: Μέρη που χρησιμοποιούνται

Οι εικόνες είναι από πραγματικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται στο έργο. Τα Φύλλα Δεδομένων Έργου βρίσκονται στο συνημμένο έγγραφο. Δεν ήταν δυνατή η παροχή όλων των φύλλων δεδομένων. Μου κόστισε περίπου 146 $ για την κατασκευή ολόκληρου του προϊόντος.

Τα περισσότερα ανταλλακτικά και εξαρτήματα προέρχονται από την Amazon ή ένα κατάστημα οικιακής βελτίωσης που ονομάζεται Lowe's.

Άλλες συσκευές που χρησιμοποιούνται: Απογυμνωτές σύρματος Πένσα κατσαβίδι Phillips Κατσαβίδι επίπεδης κεφαλής Πολυμετρικός φορητός υπολογιστής Arduino πρόγραμμα λήψης

Βήμα 3: Πώς λειτουργεί

Κύκλωμα:

Μέσω υπολογιστή ή φορητού υπολογιστή, ο κωδικός από τον προγραμματιστή Arduino αποστέλλεται στο Arduino Uno, ο οποίος στη συνέχεια διαβάζει τον κώδικα και εκτελεί τις εντολές. Μόλις μεταφορτωθεί ο κώδικας στο Arduino Uno, δεν θα χρειαστεί να παραμείνετε συνδεδεμένοι στον υπολογιστή για να συνεχίσετε το πρόγραμμα, εφόσον το Arduino Uno έχει διαφορετικό τροφοδοτικό για εκτέλεση.

Η γέφυρα H στο κύκλωμα παρέχει έξοδο 5 βολτ, η οποία είναι αρκετή για τον έλεγχο του Arduino Uno. Επιτρέποντας στο σύστημα να λειτουργεί χωρίς τον υπολογιστή ως τροφοδοτικό για το Arduino Uno, καθιστώντας το σύστημα φορητό, το οποίο είναι απαραίτητο εάν θέλετε να χρησιμοποιηθεί σε ένα όχημα.

Δύο οριακοί διακόπτες, ένας αισθητήρας θερμοκρασίας, ένας αισθητήρας φωτός, ένα LED RBG και ένα H -Bridge συνδέονται με το Arduino Uno.

Η λυχνία LED RBG πρέπει να υποδεικνύει πού βρίσκεται η ράβδος σκανδάλης. Όταν η σκανδάλη βρίσκεται στην κάτω θέση ενεργοποιώντας τον διακόπτη κάτω ορίου, η λυχνία LED δείχνει κόκκινο. Όταν η σκανδάλη βρίσκεται μεταξύ των δύο οριακών διακοπτών, η λυχνία LED εμφανίζεται μπλε. Όταν η σκανδάλη βρίσκεται στην κορυφή και χτυπάει το διακόπτη άνω ορίου, η λυχνία LED δείχνει ροζ-κόκκινο.

Οι οριακοί διακόπτες είναι διακόπτες διακοπής για το κύκλωμα που λέει στο σύστημα να σταματήσει την κίνηση του κινητήρα.

Το H - Bridge λειτουργεί ως ρελέ για τον έλεγχο περιστροφής του κινητήρα. λειτουργεί με την ενεργοποίηση σε ζεύγη. εναλλάσσει τη ροή ρεύματος μέσω του κινητήρα, η οποία ελέγχει την πολικότητα τάσης επιτρέποντας την αλλαγή κατεύθυνσης.

Μια μπαταρία 12 Volt, 1.5 Amp παρέχει ισχύ για τον κινητήρα. Η μπαταρία είναι συνδεδεμένη στη γέφυρα Η έτσι ώστε να μπορεί να ελεγχθεί η κατεύθυνση περιστροφής του κινητήρα.

Ένας χειροκίνητος διακόπτης εναλλαγής βρίσκεται μεταξύ της μπαταρίας και της γέφυρας H για να λειτουργήσει ως στοιχείο On/ Off για προσομοίωση όταν το αυτοκίνητο είναι ενεργοποιημένο ή απενεργοποιημένο. Όταν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος, υποδεικνύοντας ότι το όχημα είναι ενεργοποιημένο, δεν θα γίνει καμία ενέργεια. Με αυτόν τον τρόπο, όταν οδηγείτε το όχημά σας, η σκιά δεν λειτουργεί. Όταν ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος, ενεργώντας σαν να είναι το όχημα παρόμοια απενεργοποιημένο, τότε το σύστημα θα λειτουργεί και θα λειτουργεί σωστά.

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας είναι το βασικό συστατικό στοιχείο του κυκλώματος, εάν δεν τηρείται η θερμοκρασία ενός καθορισμένου ορίου, τότε δεν θα γίνει καμία ενέργεια ακόμη και αν παρατηρηθεί φως. Εάν το όριο θερμοκρασίας πληρείται, τότε ο κωδικός ελέγχει τους αισθητήρες φωτός.

Εάν πληρούνται οι παράμετροι του αισθητήρα φωτός και θερμοκρασίας, τότε το σύστημα λέει στον κινητήρα να κινηθεί.

Φυσική ικανότητα:

Ένα γρανάζι είναι προσαρτημένο σε έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος 12V 200rpm. Το γρανάζι οδηγεί μια ράβδο οδηγού που περιστρέφει μια αλυσίδα και ένα σύστημα γραναζιού που ελέγχει την κίνηση προς τα πάνω ή προς τα κάτω μιας ράβδου αλουμινίου που είναι προσαρτημένη στην αλυσίδα. Η μεταλλική ράβδος συνδέεται με τη σκιά, επιτρέποντάς της να ανυψωθεί ή να χαμηλώσει ανάλογα με το τι ζητούν οι τρέχουσες παράμετροι κώδικα στη σκιά.

Βήμα 4: Διαδικασία δημιουργίας

Διαδικασία Δημιουργίας:

Βήμα 1) Δημιουργία πλαισίου

Βήμα 2) Συνδέστε εξαρτήματα στο πλαίσιο. περιλαμβάνει συστήματα γραναζιών και αλυσίδων, επίσης σκίαστρο κυλίνδρου με αφαιρεμένο τον πείρο ασφάλισης Χρησιμοποίησα πένσα για να βγάλω το τελικό πώμα από τη σκιά του κυλίνδρου για να αφαιρέσω τον πείρο ασφάλισης. Εάν δεν είστε προσεκτικοί, η τάση του ελατηρίου σε σκίαση κυλίνδρων θα χαλαρώσει, αν συμβεί αυτό, είναι εύκολο να το τυλίξετε ξανά. Απλώς κρατήστε τη σκιά του κυλίνδρου και στρίψτε τον εσωτερικό μηχανισμό μέχρι να σφίξει.

Βήμα 3) Κάντε κύκλωμα στο breadboard - χρησιμοποιήστε καλώδια jumper για να συνδέσετε τον κατάλληλο πείρο του breadboard στον ψηφιακό ή αναλογικό Arduino pin.

Βήμα 4) Δημιουργήστε κώδικα στο Arduino

Βήμα 5) Κωδικός δοκιμής. Κοιτάξτε την εκτύπωση σε σειριακή οθόνη, εάν τα ζητήματα κάνουν διορθώσεις στον κώδικα.

Βήμα 6) Ολοκλήρωση έργου. Ο κώδικας λειτουργεί με δημιουργημένο κύκλωμα και δομή προϊόντος.

Με δοκιμή και λάθος, έρευνα και πρόσθετη βοήθεια από συναδέλφους και καθηγητές κολλεγίων μπόρεσα να δημιουργήσω το τελικό μου έργο.

Βήμα 5: Δομή προϊόντος

Το προϊόν επρόκειτο να κατασκευαστεί έτσι ώστε να μπορεί να κατασκευαστεί με μέρη που είναι αρκετά εύκολο να αποκτηθούν.

Το φυσικό πλαίσιο ήταν κατασκευασμένο από ξύλο κέδρου και βίδες.

Το πλαίσιο έχει μήκος 24 ίντσες και ύψος 18 ίντσες. είναι περίπου μια κλίμακα 1: 3 ενός πλήρους μεγέθους μέσου παρμπρίζ οχήματος.

Το φυσικό προϊόν διαθέτει δύο πλαστικά κιβώτια ταχυτήτων και αλυσίδες, δύο μεταλλικές ράβδους και σκίαστρο.

Ένα γρανάζι συνδέεται με τον κινητήρα DC, περιστρέφει μια μεταλλική ράβδο που λειτουργεί ως άξονας οδηγού που ελέγχει την κίνηση της αλυσίδας. Η ράβδος οδηγού προστέθηκε για να κινείται ομοιόμορφα η σκιά.

Το γρανάζι και η αλυσίδα επιτρέπουν σε μια διαφορετική μεταλλική ράβδο να σηκώνει και να χαμηλώνει τη σκιά και λειτουργεί ως σκανδάλη για τους δύο οριακούς διακόπτες.

Η σκιά κυλίνδρου είχε αρχικά έναν μηχανισμό κλειδώματος όταν αγοράστηκε και το έβγαλα. Αυτό έδωσε στη σκιά του κυλίνδρου τη δυνατότητα να τραβιέται προς τα πάνω και να κατεβαίνει προς τα κάτω χωρίς να κλειδώνεται σε θέση μόλις σταματήσει η κίνηση ανύψωσης.

Βήμα 6: Καλωδίωση προϊόντος

Η καλωδίωση έπρεπε να οργανωθεί τακτοποιημένα και τα καλώδια να διαχωριστούν έτσι ώστε να μην υπάρξει παρεμβολή μεταξύ των καλωδίων. Δεν έγινε συγκόλληση κατά τη διάρκεια αυτού του έργου.

Ένας ανιχνευτής φωτός Ywrobot LDR χρησιμοποιείται ως ανιχνευτής φωτός, είναι μια αντίσταση φωτογραφίας που συνδέεται με την αναλογική ακίδα A3 στο Arduino UNO.

Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας DS18B20 χρησιμοποιείται ως καθορισμένη παράμετρος θερμοκρασίας για το έργο, διαβάζεται σε Κελσίου και τον μετατρέπω σε αναγνώσιμο σε Φαρενάιτ. Το DS18B20 επικοινωνεί μέσω ενός 1-Wire bus. Μια βιβλιοθήκη πρέπει να μεταφορτωθεί και να ενσωματωθεί στο σκίτσο του κώδικα Arudino, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί το DS18B20. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας είναι συνδεδεμένος με την ψηφιακή ακίδα 2 στο Arduino UNO.

Ένα LED RBG χρησιμοποιείται ως ένδειξη για τη θέση σκιάς. Το κόκκινο είναι όταν η σκιά είναι εντελώς πάνω ή πλήρως κάτω και είναι μπλε όταν βρίσκεται σε κινούμενη κατάσταση. Κόκκινη καρφίτσα σε LED συνδεδεμένη με την ψηφιακή ακίδα 4 στο Arduino UNO. Μπλε καρφίτσα σε LED συνδεδεμένη με την ψηφιακή ακίδα 3 στο Arduino UNO.

Οι μικροδιακόπτες μικροϋπολογιστή χρησιμοποιήθηκαν ως σημεία στάσης για τη θέση σκιάς και σταμάτησαν την κίνηση του κινητήρα. Limit Switch στο κάτω μέρος συνδεδεμένο με την ψηφιακή ακίδα 12 στο Arduino UNO. Limit Switch στο επάνω μέρος συνδεδεμένο με την ψηφιακή ακίδα 11 στο Arduino UNO. Και οι δύο ρυθμίστηκαν στην αρχική κατάσταση μηδέν όταν δεν ενεργοποιήθηκαν/ πατηθούν.

Ένα L298n Dual H-Bridge χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο της περιστροφής του κινητήρα. Χρειάστηκε για να χειριστεί το ρεύμα της μπαταρίας που παρέχεται. Η ισχύς και η γείωση από την μπαταρία 12V συνδέονται με το H-Bridge, το οποίο παρέχει ισχύ για τον κινητήρα 12V 200rpm. Το H-Bridge συνδέεται με το Arduino UNO.

Η επαναφορτιζόμενη μπαταρία 12Volt 1.5A παρέχει ισχύ στον κινητήρα. Για αυτό το έργο χρησιμοποιήθηκε 12Volt 0.6 A 200rpm βουρτσισμένο αναστρέψιμο μοτέρ DC. Tooταν πολύ γρήγορο για να λειτουργήσει σε πλήρη κύκλο λειτουργίας ενώ ελέγχονταν με Pulse Width Modulation (PWM).

Βήμα 7: Πειραματικά δεδομένα

Δεν χρειάστηκαν πολλά πειραματικά δεδομένα, υπολογισμοί, γραφήματα ή καμπύλες για την ανάπτυξη του έργου. Ο αισθητήρας φωτός θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για μεγάλο εύρος φωτεινότητας και ο αισθητήρας θερμοκρασίας έχει εύρος από -55 ° C έως 155 ° C, το οποίο υπερβαίνει το εύρος θερμοκρασιών μας. Η ίδια η απόχρωση είναι κατασκευασμένη από ύφασμα βινυλίου και προσαρτημένη σε ράβδο αλουμινίου και επιλέχθηκε μια μπαταρία 12V επειδή δεν ήθελα να έχω πρόβλημα με την ισχύ. Ένας κινητήρας 12V επιλέχθηκε για να χειριστεί την τάση και το ρεύμα που παρέχεται από την μπαταρία και βάσει προηγούμενων γνώσεων ότι θα πρέπει να είναι αρκετά ισχυρός για να λειτουργεί υπό τις δυνάμεις που θα εφαρμοστούν. Έγιναν υπολογισμοί για να επιβεβαιωθεί ότι θα μπορούσε πράγματι να χειριστεί τη ροπή που θα εφαρμοζόταν στον άξονα των 0,24 ιντσών του κινητήρα. Δεδομένου ότι ο ακριβής τύπος ράβδου αλουμινίου ήταν άγνωστος λόγω χρήσης προσωπικών προμηθειών, το αλουμίνιο 2024 χρησιμοποιήθηκε για υπολογισμούς. Η διάμετρος της ράβδου είναι περίπου 0,25 ίντσες και το μήκος είναι 18 ίντσες. Χρησιμοποιώντας την ηλεκτρονική αριθμομηχανή βάρους καταστήματος μετάλλων, το βάρος της ράβδου είναι 0,0822 λίβρες. Το ύφασμα βινυλίου που χρησιμοποιήθηκε κόπηκε από ένα μεγαλύτερο κομμάτι βάρους 1,5 κιλών. Το τετράγωνο κομμάτι υφάσματος που χρησιμοποιήθηκε έχει διαστάσεις 12 σε μήκος και 18 ίντσες πλάτος και έχει το μισό μέγεθος το αρχικό κομμάτι. Για το λόγο αυτό, το βάρος του υφάσματος μας είναι περίπου 0,75 λίβρες. Το συνολικό συνδυασμένο βάρος για τη ράβδο και το ύφασμα είναι 0,8322 λίβρες. Η ροπή λόγω αυτών των συνδυασμένων φορτίων δρα στο κέντρο της μάζας της ράβδου και υπολογίστηκε πολλαπλασιάζοντας το συνολικό βάρος κατά την ακτίνα 0,24 ιντσών του άξονα. Η συνολική ροπή θα λειτουργεί στο κέντρο της ράβδου με τιμή 0,2 lb-in. Η ράβδος είναι κατασκευασμένη από ένα υλικό με ομοιόμορφη διάμετρο και έχει στήριξη αλυσίδας στο ένα άκρο και τον άξονα του κινητήρα στο άλλο άκρο. Δεδομένου ότι το στήριγμα της αλυσίδας και ο άξονας του κινητήρα είναι ίσες αποστάσεις από το κέντρο της ράβδου, η ροπή λόγω του βάρους μοιράζεται εξίσου σε κάθε άκρο. Ο άξονας του κινητήρα έπρεπε επομένως να χειριστεί τη μισή ροπή λόγω βάρους ή 0,1 lb-in. Ο κινητήρας DC μας έχει μέγιστη ροπή 0,87 lb-in στις 200 σ.α.λ., κάτι που θα ξεπεράσει τη σκιάστρα και τη ράβδο, οπότε ο κινητήρας εφαρμόστηκε έτσι ώστε να ξεκινήσουν οι δοκιμές. Οι υπολογισμοί με έκαναν να συνειδητοποιήσω ότι ο κινητήρας δεν πρέπει να λειτουργεί σε μέγιστες συνθήκες, οπότε ο κύκλος λειτουργίας θα πρέπει να μειωθεί από 100 τοις εκατό. Ο κύκλος εργασίας βαθμονομήθηκε με δοκιμή και λάθος για να καθοριστεί η ιδανική ταχύτητα τόσο για την ανύψωση όσο και για τη μείωση του σκιά του ήλιου.

Βήμα 8: Κωδικός

Για τον προγραμματισμό κώδικα χρησιμοποίησα το Arduino IDE. Κατεβάστε τον προγραμματιστή μέσω της ιστοσελίδας

Είναι απλό στη χρήση αν δεν το είχατε χρησιμοποιήσει ποτέ πριν. Υπάρχουν πολλά εκπαιδευτικά βίντεο στο YouTube ή στο διαδίκτυο για να μάθετε πώς να κωδικοποιείτε ένα πρόγραμμα στο λογισμικό Arduino.

Χρησιμοποίησα έναν μικροελεγκτή Arduino UNO ως υλικό για το έργο μου. Είχε μόνο αρκετές εισόδους ψηφιακού pin που χρειαζόμουν.

Το συνημμένο αρχείο είναι ο κωδικός μου για το έργο και η εκτύπωση σειριακής οθόνης. Όπως γίνεται αντιληπτό στο έγγραφο που εμφανίζει την εκτύπωση, δηλώνει όταν η σκιά είναι εντελώς πάνω ή εντελώς κάτω και όταν μετακινείται πάνω ή κάτω.

Για τη χρήση του αισθητήρα θερμοκρασίας DS18B20 χρησιμοποιήθηκε μια βιβλιοθήκη που ονομάζεται OneWire. Αυτή η βιβλιοθήκη βρίσκεται στην καρτέλα Sketch όταν είναι ανοιχτό το πρόγραμμα Arduino.

Για να λειτουργήσει ο κώδικας, βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείται η σωστή θύρα και πίνακας κατά τη μεταφόρτωση του κώδικα, αν όχι το Arduino θα δώσει ΛΑΘΟΣ και δεν λειτουργεί σωστά.

Βήμα 9: Τελικό προϊόν

Έβαλα όλη την καλωδίωση μέσα στο κουτί για να τα προστατεύσω από το να καταστραφούν ή να αφαιρεθούν με αποτέλεσμα το κύκλωμα να μην λειτουργήσει.

Το βίντεο εμφανίζει όλες τις πιθανές ρυθμίσεις για το αυτοματοποιημένο σκίαστρο. Η σκιά ανεβαίνει, μετά καλύπτεται το φως για να επαναφέρει τη σκιά. Αυτό λειτουργεί μόνο επειδή έχει επιτευχθεί το όριο θερμοκρασίας, εάν η θερμοκρασία δεν ήταν αρκετά ζεστή, η σκιά δεν θα μετακινούνταν καθόλου και θα έμενε κάτω στο κάτω μέρος σε θέση ανάπαυσης. Η θερμοκρασία που απαιτείται για τη λειτουργία του συστήματος μπορεί να αλλάξει και να ρυθμιστεί όπως επιθυμείτε. Ο διακόπτης εναλλαγής στο βίντεο είναι για να δείξει πότε το όχημα είναι ενεργοποιημένο ή όταν θέλει να σταματήσει να παρέχει ισχύ στον κινητήρα.

Το προϊόν είναι πλήρως φορητό και αυτόνομο. Έχει σχεδιαστεί για να είναι ένα στοιχείο που είναι ενσωματωμένο σε ένα όχημα ως αυτόματο σύστημα σκίασης, αλλά μπορεί να χρησιμοποιήσει την τρέχουσα κατασκευή για εξωτερικά συστήματα σκίασης ή μέσα σε ένα σπίτι για παράθυρα.

Για εσωτερική χρήση, το προϊόν θα μπορούσε τελικά να συνδεθεί με ένα θερμοστάτη σπιτιού φυσικά ή με μια προσαρμογή Bluetooth στο κύκλωμα και τον κωδικό, καθιστώντας δυνατό τον έλεγχο του προϊόντος με μια εφαρμογή για κινητά. Αυτό δεν είναι η αρχική πρόθεση ή ο τρόπος κατασκευής του προϊόντος, αλλά μια πιθανή χρήση του σχεδιασμού.