نظام المظلة الآلية Arduino Uno: 9 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

المنتج الذي تم إنشاؤه عبارة عن نظام مظلة أوتوماتيكي للسيارات ، وهو مستقل تمامًا ويتم التحكم فيه بواسطة مستشعرات درجة الحرارة والضوء. سيسمح هذا النظام للظل بتغطية نافذة السيارة ببساطة عندما تصل السيارة إلى درجة حرارة معينة وعندما يتم تمرير قدر معين من الضوء عبر السيارة. تم وضع الحدود بحيث لا يعمل الظل عند تشغيل السيارة. تمت إضافة مفتاح إلى النظام في حالة رغبتك في رفع الظل على الرغم من عدم استيفاء أي من المعلمات. على سبيل المثال ، إذا كانت ليلة باردة وأردت تغطية سيارتك للخصوصية ، يمكنك ببساطة الضغط على المفتاح لرفع الظل. يمكنك أيضًا إيقاف تشغيل المفتاح لإيقاف تشغيل النظام تمامًا.

بيان المشكلة - "عندما تُترك المركبات في الحرارة ، يمكن أن تصبح درجة الحرارة الداخلية للسيارة غير مريحة للغاية ، خاصةً عند دخول السيارة مرة أخرى أو للركاب المتروكين في السيارة. يمكن أن يكون وجود نظام أعمى بمثابة جهاز أمان لمنع أي شخص من الرؤية داخل سيارتك ". على الرغم من وجود مظلات شمسية للسيارات سهلة التركيب وبسيطة ، إلا أنه قد يكون أمرًا صعبًا في بعض الأحيان وقد تنسى وضعها. مع نظام تظليل الشمس التلقائي ، لن تضطر إلى وضع الستائر يدويًا أو تذكر وضعها لأنها سترتفع تلقائيًا عند الحاجة.

مصدر الصورة:

الخطوة 1: عملية مفهوم التصميم

أردت تصميمًا بسيطًا لتصميم واستخدامه يمكن دمجه في النهاية في السيارة. هذا يعني أنها ستكون ميزة مثبتة بالفعل للسيارة. ومع ذلك ، كما هو مبني حاليًا ، يمكن استخدامه لأنظمة تظليل النوافذ أيضًا. بالنسبة لعملية إنشاء التصميم ، تم عمل العديد من الرسومات والأفكار ، ولكن بعد استخدام مصفوفة القرار ، كان المنتج المصنوع الآن هو المفهوم المقرر للبناء.

الخطوة الثانية: المواد المستخدمة

الصور من المكونات الفعلية المستخدمة في المشروع. صحائف بيانات المشروع موجودة في الوثيقة المرفقة. لا يمكن توفير جميع أوراق البيانات. كلفني ما يقرب من 146 دولارًا لبناء المنتج بأكمله.

جاءت معظم الأجزاء والمكونات من أمازون أو متجر لتحسين المنزل يسمى Lowe's.

الأجهزة الأخرى المستخدمة:

قواطع الأسلاك

كماشة

فيليبس مفك البراغي

مفك مسطح الرأس

المقياس المتعدد

حاسوب محمول

برنامج Arduino الذي تم تنزيله

الخطوة 3: المنطق: كيف يعمل

الدوائر:

من خلال جهاز كمبيوتر أو كمبيوتر محمول ، يتم إرسال رمز من مبرمج Arduino إلى Arduino Uno الذي يقرأ الرمز ويفرض الأوامر. بمجرد تحميل الكود إلى Arduino Uno ، لن تكون هناك حاجة للبقاء متصلاً بالكمبيوتر لمتابعة البرنامج طالما أن Arduino Uno يحصل على مصدر طاقة مختلف للتشغيل. يوفر الجسر H في الدائرة إخراجًا يبلغ 5 فولت وهو ما يكفي للتحكم في Arduino Uno. السماح للنظام بالعمل بدون الكمبيوتر كمصدر للطاقة لـ Arduino Uno ، مما يجعل النظام محمولًا ، وهو أمر ضروري إذا أراد استخدامه في السيارة.

يتم توصيل مفتاحي حد ، مستشعر درجة الحرارة ، مستشعر الضوء ، RBG LED ، و H - Bridge بـ Arduino Uno.

يشير مؤشر RBG LED إلى مكان وجود قضيب الزناد. عندما يكون المشغل في الموضع السفلي يؤدي إلى تشغيل مفتاح الحد الأدنى ، يظهر مؤشر LED باللون الأحمر. عندما يكون المشغل بين كلا مفتاحي الحد ، يعرض مؤشر LED باللون الأزرق. عندما يكون المشغل في الجزء العلوي يضرب مفتاح الحد العلوي ، يظهر مؤشر LED باللون الأحمر الوردي.

مفاتيح الحد هي مفاتيح قطع للدائرة لإخبار النظام بإيقاف حركة المحرك.

يعمل H - Bridge كمرحل للتحكم في دوران المحرك. إنه يعمل عن طريق التبديل في أزواج. إنه يقوم بتبديل تدفق التيار عبر المحرك ، والذي يتحكم في قطبية الجهد مما يسمح بحدوث تغيير الاتجاه.

توفر بطارية 12 فولت و 1.5 أمبير الطاقة للمحرك. البطارية متصلة بالجسر H بحيث يمكن التحكم في اتجاه دوران المحرك.

يوجد مفتاح تبديل يدوي بين البطارية والجسر H ليعمل كمكون تشغيل / إيقاف لمحاكاة تشغيل السيارة أو إيقاف تشغيلها. عندما يكون المفتاح في وضع التشغيل ، مما يشير إلى أن السيارة قيد التشغيل ، لن يحدث أي إجراء على الإطلاق. بهذه الطريقة عند قيادة سيارتك لن يعمل الظل. عند إيقاف التشغيل ، يتصرف كما لو كانت السيارة متوقفة عن التشغيل بالمثل ، فسيعمل النظام ويعمل بشكل صحيح.

مستشعر درجة الحرارة هو عنصر الأساس للدائرة ، إذا لم يتم استيفاء درجة حرارة عتبة معينة ، فلن يتم اتخاذ أي إجراء حتى إذا تم ملاحظة الضوء. إذا تم استيفاء عتبة درجة الحرارة ، فإن الكود يتحقق من مستشعرات الضوء.

إذا تم استيفاء معلمات مستشعر الضوء ودرجة الحرارة ، فسيخبر النظام المحرك بالتحرك.

المعوض المادي:

يتم توصيل الترس بمحرك DC موجه بجهد 12 فولت و 200 دورة في الدقيقة. يقوم الترس بتشغيل قضيب محرك يقوم بتدوير سلسلة ونظام مسنن يتحكم في الحركة لأعلى أو لأسفل لقضيب من الألومنيوم متصل بالسلسلة. يتم توصيل القضيب المعدني بالظل ، مما يسمح برفعه أو خفضه اعتمادًا على ما تطلب معلمات الكود الحالي أن يكون الظل عليه.

الخطوة 4: تطوير المشروع

عملية الإنشاء:

الخطوة 1) بناء الإطار

الخطوة 2) إرفاق المكونات بالإطار ؛ يشتمل على أنظمة التروس والسلاسل ، وأيضًا غطاء الأسطوانة مع إزالة دبوس القفل

لقد استخدمت كماشة لإزالة الغطاء النهائي من غطاء الأسطوانة لإزالة دبوس القفل. إذا لم تكن حريصًا ، فإن التوتر الزنبركي في غطاء الأسطوانة سوف ينحسر ، إذا حدث ذلك فمن السهل إعادة لفه. فقط أمسك غطاء الأسطوانة وقم بلف الآلية الداخلية حتى تشد.

الخطوة 3) قم بعمل دائرة على اللوح - استخدم أسلاك التوصيل لتوصيل دبوس اللوح المناسب بدبوس Arduino الرقمي أو التناظري.

الخطوة 4) قم بإنشاء كود في Arduino

الخطوة 5) رمز الاختبار ؛ انظر إلى النسخة المطبوعة على الشاشة التسلسلية ، إذا أدت المشكلات إلى إجراء تصحيحات على التعليمات البرمجية.

الخطوة 6) إنهاء المشروع ؛ يعمل الكود مع الدائرة التي تم إنشاؤها وهيكل المنتج.

تم استخدام العديد من المنتديات ومقاطع الفيديو التعليمية لمساعدتي في إنشاء مشروعي.

قائمة المراجع:

• 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…

بفضل التجربة والخطأ والبحث والمساعدة الإضافية من الزملاء بالإضافة إلى أساتذة الجامعات ، تمكنت من إنشاء مشروعي النهائي.

الخطوة 5: عملية الإنشاء: الإطار

كان من المقرر بناء المنتج بحيث يمكن تصنيعه بأجزاء يسهل الحصول عليها إلى حد ما.

كان الإطار المادي مصنوعًا من خشب الأرز فقط ومسامير.

يبلغ طول الإطار 24 بوصة وطوله 18 بوصة. إنه تقريبًا مقياس 1: 3 للزجاج الأمامي المتوسط الحجم الكامل للسيارة.

يحتوي المنتج المادي على مجموعتين من المعدات البلاستيكية ومجموعة السلاسل ، وقضيبين معدنيين ، وغطاء أسطواني.

يتم توصيل الترس بمحرك DC ، ويقوم بتدوير قضيب معدني يعمل كعمود محرك يتحكم في حركة السلسلة. تمت إضافة قضيب المحرك لتحريك الظل بشكل متساوٍ.

يسمح الترس والسلسلة لقضيب معدني مختلف برفع الظل وخفضه ، ويعملان كمحفز للمفاتيح الحدية..

كان غطاء الأسطوانة في الأصل يحتوي على آلية قفل عند شرائه وأخرجته. أعطى هذا غطاء الأسطوانة القدرة على السحب لأعلى وخفضه لأسفل دون قفل في وضع بمجرد توقف حركة الرفع.

الخطوة 6: تركيب الأسلاك

يجب أن تكون الأسلاك منظمة بدقة وأن يتم فصل الأسلاك حتى لا يحدث أي تداخل بين الأسلاك. لم يتم عمل لحام خلال هذا المشروع.

يتم استخدام مستشعر الضوء Ywrobot LDR ككاشف للضوء ، وهو مقاوم للصور متصل بالدبوس التمثيلي A3 على Arduino UNO

يتم استخدام مستشعر درجة الحرارة DS18B20 كمعامل درجة حرارة محددة للمشروع ، ويتم قراءته بالدرجة المئوية وقمت بتحويله لقراءته بالفهرنهايت. يتصل DS18B20 عبر ناقل بسلك واحد. يجب تنزيل المكتبة ودمجها في مخطط كود Arudino بحيث يمكن استخدام DS18B20. مستشعر درجة الحرارة متصل بالدبوس الرقمي 2 على Arduino UNO

يتم استخدام RBG LED كمؤشر لمكان وضع الظل. الأحمر هو عندما يكون الظل لأعلى أو لأسفل بالكامل ، ويكون أزرق عندما يكون في حالة متحركة. دبوس أحمر على LED متصل بالدبوس الرقمي 4 على Arduino UNO. دبوس أزرق على LED متصل بالدبوس الرقمي 3 على Arduino UNO

تم استخدام مفاتيح الحد الصغير كنقاط توقف لموضع الظل وحركة المحرك المتوقفة. الحد من التبديل في الجزء السفلي متصل بالرقم الرقمي 12 على Arduino UNO. الحد من التبديل في الجزء العلوي متصل بالرقم الرقمي 11 على Arduino UNO. تم ضبط كلاهما على الحالة الأولية للصفر عندما لا يتم تشغيلهما / الضغط عليهما

تم استخدام L298n Dual H-Bridge للتحكم في دوران المحرك ، حيث كانت هناك حاجة للتعامل مع قوة البطارية التي تم توفيرها. يتم توصيل الطاقة والأرض من بطارية 12V بجسر H ، والذي يوفر الطاقة للمحرك المُجهز بجهد 12 فولت 200 دورة في الدقيقة. H-Bridge متصل بـ Arduino UNO

توفر البطارية القابلة لإعادة الشحن 12Volt 1.5A الطاقة للمحرك

تم استخدام محرك DC ذو اتجاهين عكسي 12 فولت 0.6 أمبير 200 دورة في الدقيقة لهذا المشروع. كان سريعًا جدًا للعمل في دورة التشغيل الكاملة أثناء التحكم فيه باستخدام تعديل عرض النبض (PWM)

الخطوة 7: بيانات تصميم المشروع

لم تكن هناك حاجة إلى الكثير من البيانات التجريبية أو الحسابات أو الرسوم البيانية أو المنحنيات من أجل تطوير المشروع. يمكن استخدام مستشعر الضوء لمجموعة كبيرة من السطوع ويتراوح نطاق مستشعر درجة الحرارة من -55 درجة مئوية إلى 155 درجة مئوية وهو ما يزيد عن نطاق درجة الحرارة لدينا. الظل نفسه مصنوع من قماش الفينيل ومرفق بقضيب من الألومنيوم وتم اختيار بطارية 12 فولت لأنني لم أرغب في مواجهة مشكلة في الطاقة. تم اختيار محرك بجهد 12 فولت للتعامل مع الجهد والتيار الموفر من البطارية وبناءً على المعرفة السابقة بأنه يجب أن يكون قويًا بما يكفي للعمل في ظل القوى التي سيتم تطبيقها. تم إجراء الحسابات للتأكد من أنه يمكنه بالفعل التعامل مع عزم الدوران الذي سيتم تطبيقه على عمود المحرك مقاس 0.24 بوصة. نظرًا لأن النوع الدقيق لقضيب الألومنيوم غير معروف بسبب استخدام المستلزمات الشخصية ، فقد تم استخدام الألومنيوم 2024 في الحسابات. يبلغ قطر القضيب حوالي 0.25 بوصة وطوله 18 بوصة. باستخدام حاسبة وزن متجر المعادن عبر الإنترنت ، يبلغ وزن القضيب 0.0822 رطل. تم قطع قماش الفينيل المستخدم من قطعة أكبر تزن 1.5 رطل. يبلغ طول قطعة القماش المربعة المستخدمة 12 بوصة وعرضها 18 بوصة ونصف حجمها. القطعة الأصلية. لهذا السبب ، يبلغ وزن قطعة القماش الخاصة بنا حوالي 0.75 رطل. ويبلغ إجمالي الوزن المشترك للقضيب والنسيج 0.8322 رطل. ويعمل عزم الدوران الناتج عن هذه الأحمال مجتمعة في مركز كتلة القضيب وتم حسابه بضرب الوزن الإجمالي بنصف قطر 0.24 بوصة للعمود. سيعمل عزم الدوران الكلي في مركز القضيب بقيمة 0.2 رطل-بوصة. القضيب مصنوع من مادة واحدة بقطر موحد وله دعامة سلسلة من أحد الأطراف وعمود المحرك على الطرف الآخر. نظرًا لأن دعامة السلسلة وعمود المحرك مسافات متساوية من مركز القضيب ، فإن العزم الناجم عن الوزن يتم تقاسمه من قبل كل طرف بالتساوي. لذلك يحتاج عمود المحرك إلى التعامل مع نصف عزم الدوران بسبب الوزن أو 0.1 رطل في. محرك التيار المستمر لديه أقصى عزم دوران يبلغ 0.87 رطل-بوصة عند 200 دورة في الدقيقة والذي سوف يستوعب مظلة الشمس والقضيب ، لذلك تم تنفيذ المحرك حتى يمكن بدء الاختبار. جعلتني الحسابات أدرك أن المحرك يجب ألا يعمل في أقصى الظروف ، لذا يجب تقليل دورة العمل من 100 بالمائة. تمت معايرة دورة العمل عن طريق التجربة والخطأ لتحديد السرعة المثالية لكل من رفع وخفض الظل الشمسي.

الخطوة 8: اردوينو سكتش

لبرمجة الكود ، استخدمت Arduino IDE. قم بتنزيل المبرمج من خلال الموقع

إنه سهل الاستخدام إذا لم تستخدمه من قبل. هناك العديد من مقاطع الفيديو التعليمية على YouTube أو الإنترنت لتعلم كيفية برمجة برنامج في برنامج Arduino.

لقد استخدمت متحكم Arduino UNO كجهاز لمشروعي. كان لديه ما يكفي من المدخلات الرقمية التي أحتاجها.

الملف المرفق هو الكود الخاص بي للمشروع وطباعة الشاشة التسلسلية. كما هو ملحوظ في المستند الذي يعرض النسخة المطبوعة ، فإنه يوضح متى يكون الظل على طول الطريق لأعلى أو لأسفل تمامًا ، وعند التحرك لأعلى أو لأسفل.

لجعل مستشعر درجة الحرارة DS18B20 قابلاً للاستخدام ، تم استخدام مكتبة تسمى OneWire. توجد هذه المكتبة ضمن علامة التبويب Sketch عندما يكون برنامج Arduino مفتوحًا.

لكي يعمل الرمز ، تأكد من استخدام المنفذ واللوحة الصحيحين عند تحميل الكود ، إذا لم يكن الأمر كذلك ، فسيعطي Arduino خطأً ولن يعمل بشكل صحيح.

الخطوة 9: المنتج النهائي

لقد وضعت جميع الأسلاك داخل الصندوق لحمايتها من التلف أو الإزالة مما قد يؤدي إلى عدم عمل الدائرة.

يعرض الفيديو جميع الإعدادات الممكنة للمظلة الآلية. يرتفع الظل ، ثم يتم تغطية الضوء لإعادة الظل إلى أسفل. يعمل هذا فقط لأنه تم استيفاء عتبة درجة الحرارة ، إذا لم تكن درجة الحرارة دافئة بدرجة كافية ، فلن يتحرك الظل على الإطلاق وسيظل منخفضًا في القاع في وضع الراحة. يمكن تغيير درجة الحرارة المطلوبة لتشغيل النظام وتعديلها حسب الرغبة. يتمثل مفتاح التبديل في الفيديو في توضيح وقت تشغيل السيارة أو عند الرغبة في التوقف عن توفير الطاقة للمحرك.

المنتج محمول بالكامل ومستقل. تم تصميمه ليكون عنصرًا مدمجًا في السيارة كنظام تظليل تلقائي ، ولكن يمكنه استخدام الإنشاءات الحالية لأنظمة التظليل الخارجية أو داخل منزل للنوافذ.

للاستخدام الداخلي ، يمكن توصيل المنتج في النهاية بجهاز ترموستات منزلي ماديًا أو بتكييف Bluetooth مع الدائرة والكود ، مما يتيح التحكم في المنتج باستخدام تطبيق جوال. ليس هذا هو القصد الأصلي أو كيفية بناء المنتج ، فقط استخدام محتمل للتصميم.