سلة المهملات الأوتوماتيكية: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

هذه حركة تكشف عن فتح سلة المهملات تلقائيًا. لديه اتصال wifi ويرسل رسالة نصية عندما يكون ممتلئًا. تم صنع هذا من أجل ECE-297DP في جامعة ماساتشوستس - أمهيرست. كان الهدف الرئيسي من هذه الدورة هو اكتساب الخبرة في مجال الإلكترونيات العملية لأنني شعرت أنني وراء زملائي وسوف أفيدني في الجمع بين الأشياء التي تعلمتها من محاضراتي والعمل التجريبي.

المواد المطلوبة:

- 1x اردوينو أونو

- عدد 1 ESP-8266

- 2x Microservos

- عدد 2 من كاشفات الحركة HC-SR04 بالموجات فوق الصوتية

- 1x RBG LED

- 3x 330 مقاومات

- 1x 3.3 منظم جهد

- 2x 100 فائق التوهج كهربائيا مكثف

- مكثف سيراميك 1x 0.1 فائق التوهج

- 1x Corona Extra 12 عبوة زجاجة بيرة طويلة العنق

الخطوة 1: الخطط الأصلية والتقدم

في بداية الفصل الدراسي ، لم يكن لدي أي خطط لما أريد القيام به. قفزت إلى هذا الفصل دون فكرة. لذلك ، في البداية ، طورت طريقة سهلة لأجتاز نفسي ببطء في عالم إلكترونيات الهوايات.

خطوات:

1. تعلم أساسيات اردوينو

- تم ذلك من خلال اتباع دليل SparkFun المخترع الذي يأتي مع مجموعة المبتدئين. سمح لي بتعلم أساسيات المقاومات ومصابيح LED وعناصر بيزو (الصوت) والاستشعار والترميز العام باستخدام Arduino.

2. انظر إلى مشاريع DIY Arduino عبر الإنترنت

- كان هذا لإيجاد بعض الإلهام لصنع إلكترونيات إبداعية ومفيدة

3. استخدم الإلهام للعثور على ما أريد أن أصنعه

- نظرًا لأنني شخص كسول ، ولأن أصدقائي الذين سأقيم معهم في الفصل الدراسي التالي لا ينظفون جيدًا ، فقد قررت صنع سلة مهملات آلية.

جاءت الخطة الأصلية لذلك من خلال التحدث إلى أحد الموجهين الأقران ، وهو بريان تام ، طالب آخر في هندسة الكمبيوتر. ساعدني النقاش بصوت عالٍ معه في نقد تصاميمي على فهم عملية التصميم. عملية أخذ المشكلة والتفكير في حل مهما كان غير مجدٍ ، ثم النقاش حول كيفية القيام بالمشروع المذكور. علمتني أن الطموح والإبداع أمران أساسيان للتصميم في الهندسة.

في البداية ، كنت أرغب في صنع سلة مهملات من شأنها أن تكتشف تلقائيًا متى كانت سلة المهملات ممتلئة ثم أغلقها أو لفها. بعد البحث عن الطرق الممكنة لتصميم هذا ، أدركت أن هذا بعيدًا عن يدي. وبالتالي ، قمت بتغيير الهدف قليلاً - إنشاء سلة مهملات يمكنها إرسال رسالة نصية عندما تكون ممتلئة.

مع اقتراب نهاية الفصل الدراسي ، كنت أواجه مشكلة في دمج مكون WiFi لإرسال النص وكنت قلقًا لذلك فكرت في بدائل أخرى كنظام إنذار. لقد نظرت نحو عناصر بيزو ربما لإصدار صوت مزعج لا يتوقف حتى يتم إخراج القمامة. أيضًا ، نظرت في استخدام مصابيح LED لعمل ألوان مختلفة للإشارة إلى مستوى سلة المهملات.

لإنشاء هذا ، ستكون هناك حاجة إلى جهازي استشعار: أحدهما يشعر بالخارج عندما تكون اليد فوقه لفتحه ، والآخر في الداخل لاكتشاف مستوى القمامة. في الأصل ، كانت وحدة WiFi فقط هي التي ترسل النص كتنبيه ولكن قرب نهاية الفصل الدراسي ، قررت إضافة ضوء في الجزء العلوي من سلة المهملات لدعم ذلك.

هذا هو تصميم المشروع الذي تمسكت به وواصلته حتى النهاية.

الخطوة الثانية: البحث

للتحضير لهذه المحنة ، قمت بالبحث في عدة أشياء.

أولاً ، أقوم بالبحث عن الطريقة العامة لتشفير Arduino. ساعد التدرب مع مجموعة المخترع SparkFun بشكل كبير ؛ جعلني أعتاد على توصيل المسامير بـ Arduino وكيفية استخدام لوح التجارب.

ثم تدربت بشكل خاص على استخدام الماكينات كما كنت أعرف أن هذه هي الطريقة التي سأحتاج إليها للتحكم في الغطاء لتدويره. أولاً ، التدرب على التحكم في توقيتها ثم الجمع بين الاستخدام والشرطية حتى أتمكن من التحكم في وقت تنشيطها.

ثم بحثت عن أجهزة الاستشعار التي يجب استخدامها. كان هناك نوعان: جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية (HC-SR04) ومستشعر الأشعة تحت الحمراء (مستشعر الحركة PIR). يرسل مستشعر الموجات فوق الصوتية نبضًا يرتد بعد ذلك ويقرأه HC-SR04 ، ويحسب الوقت في هذا الفاصل الزمني ، لتحديد المسافة بينه وبين موقع الارتداد. قررت استخدام مستشعر الموجات فوق الصوتية للمستشعر الداخلي لأن اكتشاف المسافة سيكون أكثر فائدة ، خاصة وأن القمامة لا تنبعث منها الكثير من الإشعاع. ثم قررت أنه سيكون من الأسهل استخدام HC-SR04 لكل من المستشعر الداخلي والخارجي.

أثناء البحث عن ESP-8266 ، تعلمت الكثير حول كيفية عمل wifi. لقد تعرفت على نقاط الوصول ونقاط المحطة. تعلمت عن خوادم الويب كخيار محتمل أيضًا. فى النهاية. ESP هي اللوحة الخاصة بها والتي يمكن برمجتها بشكل منفصل تمامًا على Arduino. وبالتالي ، من الممكن حتى جعل هذا المشروع بأكمله يستخدمه فقط. لبرمجة ESP ، قمت بتوصيله بـ Arduino وربطت GND في Arduino لإعادة التعيين لتعطيله وجعله يعمل كمتصل بين ESP وكابل USB.

علمت بعد ذلك أنه يمكنني جعل ESP يعمل كعميل يريد الوصول إلى البيانات أو طلبها من موقع ويب. مع العلم بذلك ، استخدمت موقع IFTTT.com لإنشاء تطبيق صغير لربط خطافات الويب بالرسائل النصية القصيرة بشكل كامل بحيث عندما يتم تشغيل حدث (عندما يطلب العميل بيانات من عنوان URL معين ، فإنه يرسل نصًا).

شيء آخر قمت بالبحث عنه هو منظمات الجهد ، والصمامات الثنائية ، والمقاومات. كانت هناك حاجة إلى مقاومات لمصباح LED لتوصيل مؤشر LED بـ Arduino. كانت الثنائيات ومنظمات الجهد من الحلول الممكنة لتشغيل ESP-8266 نظرًا لأنه يأخذ بشكل صارم 3.3 فولت لـ Vcc. كان منظم الجهد هو الحل الأسهل. على الرغم من وجود خيار 3.3 فولت على Arduino ، فقد انتهزته كفرصة لمعرفة المزيد.

بعد ذلك ، تعلمت عن المكثفات لأنها ضرورية لمنظم جهد فعال. تساعد المكثفات على ضبط الجهد في حالة "ارتداد" أو "الفواق" كثيرًا. 2 مكثف إلكتروليتي ومكثف خزفي واحد هو الإعداد المعتاد لمنظمات الجهد.

كان معظم البحث يحاول تصحيح أخطاء الكود الخاص بي حيث كان هناك الكثير من الأخطاء عندما كنت أقوم به.

الخطوة الثالثة: الصعوبات التي واجهتها وكيف تغلبت عليها

كانت معظم الصعوبة في بداية الفصل الدراسي هي ببساطة حقيقة أنني كنت عديم الخبرة. لم أفكر أبدًا في بناء شيء ما من قبل ، لذلك كنت أخشى أن أكون إما طموحًا جدًا أو بسيطًا جدًا. هذا هو السبب في أنني أجلت اختيار فكرة لفترة طويلة.

للتغلب على هذا ، ساعد التحدث مع أحد كبار السن الذي لديه خبرة بالتأكيد. كان برايان قادرًا على نقد أفكاري وإخباري أيها يسير في الاتجاه الصحيح وأيها يسير في الاتجاه الخاطئ. لقد ساعدني في إدراك أنني بحاجة إلى التفكير في مستوى مهارتي والموارد التي يمكنني الوصول إليها وإدارة الوقت.

كانت إدارة الوقت أيضًا صعبة للغاية بالنسبة لي. أعلم بالفعل أن لدي نقطة ضعف عندما يتعلق الأمر بإدارة الوقت ، خاصة وأن هذا الفصل الدراسي كان مليئًا بشكل لا يصدق منذ أن كنت مثقلًا بـ 21 ساعة معتمدة.

كانت هناك أوقات اضطررت فيها للتضحية بالعمل في مشروعي ، لكن للتغلب على ذلك كرست ساعة واحدة على الأقل من البحث في عطلات نهاية الأسبوع للعمل في المشروع ، وكل أسبوعين في عطلات نهاية الأسبوع للذهاب إلى M5 للعمل عليه.

كانت الصعوبة الأخرى التي واجهتها هي قلة معرفتي بالكثير من الأجزاء. لم أكن أعرف كيف يعملون أو ما هي الأسلاك المتصلة في مكانها. للتغلب على هذا ، تعلمت الأصول القيمة المتمثلة في البحث عن أوراق البيانات عبر الإنترنت ، مما ساعدني على فهم ماهية مدخلات الجهد الضرورية ، وأين يجب توصيل VCC و GND والمدخلات. أتذكر أنني كنت أعمل بشكل خاص على محاولة توصيل الماكينات بأجهزة كشف الحركة وأشعر بالإحباط لأن الماكينات لم تكن تعمل على الإطلاق.

قادني هذا إلى تجربة أجهزة مختلفة ، على أمل أن يكون هناك خطأ ما معهم. ومع ذلك ، ما زالوا لا يعملون ، مما يعني أنه يجب أن يكون إما الأسلاك الخاصة بي ، أو الكود الخاص بي. ثم حاولت بعد ذلك استخدام مصدر طاقة خارجي عن طريق توصيل الماكينات بأربع بطاريات AA حيث قرأت أنه في بعض الأحيان ، قد لا يعطي USB الموجود على جهاز الكمبيوتر جهدًا كافيًا لتشغيلها. أخيرًا ، قررت ببساطة إلقاء نظرة على ورقة البيانات وأدركت أنه كان فقط لأن الأسلاك الخاصة بي كانت غير صحيحة طوال الوقت.

كانت أصعب عقبة في ذلك هي محاولة دمج مكون WiFi في Arduino. كنت أبحث عن العديد من البرامج التعليمية على الإنترنت وفهمت البرمجة ببساطة لأنه كان من الصعب علي فهمها. ومع ذلك ، ساعدني موقع ويب معين وعرّفني على IFTTT. اعتقدت أنني حققت انتصارًا ، ومع ذلك ، لم أكن أدرك أن اللوحات كانت منفصلة وانتهى بي الأمر ببرمجة اللوحات برمز مختلف. لقد علقت لمدة أسبوع في محاولة لمعرفة كيفية توصيلهم ولكن الإنترنت لم يساعد. للتغلب على هذه العقبة ، طلبت أخيرًا مساعدة الدكتور مالوك. أنا شخص فخور جدًا وأميل إلى فعل الأشياء بمفردي. لقد ساعدني سابقًا ، ومع ذلك ، لم تكن هذه مشكلة كبيرة لدي ، بل مناقشة حول الطرق الممكنة للتعامل مع مشروعي. ما عليك سوى سؤال الدكتور مالوك وحلها على الفور بدمج جهاز ESP-8266 الخاص بي.

ساعدني هذا المشروع في وضعي في مكاني وأدرك أنه يجب أن أعمل وأطلب المساعدة من الناس أكثر لأن الهندسة ليست مشروعًا منفردًا بل ديناميكية جماعية.

الخطوة 4: التغييرات على M5 للمساعدة في تبسيط عملية التعلم

كانت M5 أداة رائعة بالنسبة لي هذا الفصل الدراسي. يأتي بالفعل مع الكثير من الموارد للمستكشفين الجدد وقدامى المحاربين.

أعتقد أن M5 يمكن أن يساعد في تبسيط عملية التعلم من خلال عقد المزيد من ورش العمل حول مجموعة متنوعة من الموضوعات وإعلانها أكثر. بالكاد سمعت عن ورش العمل التي كانت تعقد في M5 ، والوحيدة التي عرفتها كانت ورش اللحام.

قد تكون ورش العمل الأخرى مثل "كيفية الشروع في التصميم" أو "كيفية استخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد" مفيدة أيضًا. ربما لديهم ورش العمل هذه ، لكنني لم أستطع معرفة المزيد عنها.

الخطوة الخامسة: ما أنجزته في النهاية

لقد تمكنت من صنع سلة مهملات أوتوماتيكية

لكن الأهم من ذلك أنني تعلمت أهمية إدارة الوقت وكيفية بناء الدوائر واستخدام الأجزاء الإلكترونية. لقد تعلمت عن Arduino ، والموجات والاستشعار ، والمقاومات ، واللوحات ، و WiFi ، و ESP-8266 ، وخوادم الويب ، ومنظمات الجهد ، والصمامات الثنائية ، وما إلى ذلك. لاكتساب فهم للمستوى العملي حول الإلكترونيات والدوائر.

لقد أشعلت أيضًا حريقًا إبداعيًا في داخلي لأن إنشاء هذا المشروع ، على الرغم من أنه محبط للغاية في بعض الأحيان ، كان ممتعًا للغاية ومكافئًا. أخيرًا ، فهم كيفية عمل جزء ما أو جعل الكود يعمل بالطريقة التي أريدها يستحق ساعات من التعديلات والتغييرات التي كان عليّ القيام بها. لقد ساعدني ذلك على فهم أن هذا ما أردت القيام به. في بداية الفصل الدراسي كنت مترددًا بشأن الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات حيث لم يكن لدي خبرة في ذلك لمعرفة ما إذا كنت أحبه أم لا. مثل كيف لا يعرف شخص ما إذا كان يحب رياضة أو لعبة فيديو أو هواية ما لم يجربها.

كان أعظم إنجاز لي من ذلك هو أن أقول بثقة أنني أريد الاستمرار في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات.

الخطوة 6: كيف يمكن لشخص آخر أن يتبع خطى

إذا كان شخص ما في نفس الموقف الذي كنت فيه في بداية الفصل الدراسي ، فإنني أوصي باتباع نفس الخطوات التي أوجزتها في "الخطط الأصلية والتقدم". لقد ساعدني ذلك حقًا في تحديد ما كنت مهتمًا به وما يمكنني فعله.

على وجه التحديد ، بالنسبة لهذا المشروع ، سأوضح أدناه كيفية عمل واحد.

الخطوة 1: انتقل إلى IFTTT.com ، وسجّل رقم هاتفك ثم أنشئ تطبيقًا صغيرًا. اختر "if" ليكون خطاف الويب و "that" ليكون SMS. بمجرد إنشائه ، ابحث عن Maker Webhooks في مربع البحث وانقر على التوثيق. املأ المعلومات باسم الحدث الخاص بك وانسخ عنوان URL. هذا هو عنوان URL الذي ستستخدمه لكود ESP-8266 الموجود في الأسفل.

الخطوة 1: قم بتوصيل ESP-8266 على النحو التالي:

RXD -> RX

TXD -> TX

VCC -> VCC

CH_PD VCC

GPIO0 -> GND

GND -> GND

ثم قم بتوصيل GND على Arduino بإعادة الضبط عليه لتعطيله.

الخطوة 2: أدخل الرمز في الأسفل وقم بتحميله على ESP-8266 (قم أولاً بتنزيل لوحة esp-8266 على IDE). ثم افصل ESP-8266.

الخطوة 3: قم بتوصيل الماكينات بالدبوس 8 والدبوس 9 على Arduino

الخطوة 4: قم بتوصيل أول مستشعر HC-SR04 بالدبابيس 10 و 13 (للمثلثات والصدى على التوالي). ثم قم بتوصيل الطرف الثاني بالدبابيس 11 و 12 (مرة أخرى للمثلث والصدى على التوالي).

الخطوة 5: قم بتوصيل RGB LED بالدبابيس 4 (أحمر) و 5 (أخضر) و 6 (أزرق).

الخطوة 6: قم بتوصيل GPIO2 بالطرف 2

الخطوة 7: أدخل الرمز في الأسفل (ECE_297_DP) وقم بتحميله على Arduino.

الخطوة 8: ابحث عن صندوق بيرة قديم معاد تدويره وقطعة من الورق المقوى للغطاء. يتم لصق المصاصة بالغراء الساخن على الماكينات ثم الغراء الساخن إلى داخل الروبوت على كل جانب. ألصق الغطاء على عصي المصاصة. قم بربط المستشعرين على الغطاء (الجزء الداخلي هو الذي يكتشف القمامة (الطرفان 11 و 12) والجزء الخارجي هو الذي يكتشف الحركة (الدبابيس 10 و 13) ثم قم بربط مؤشر LED بأعلى الغطاء. وشريط الأسلاك خلف الصندوق لإخفاء الأسلاك القبيحة.

الخطوة 7: ما سأفعله بعد ذلك

للمضي قدمًا في المشروع ، كان لدي بعض الأفكار لتنفيذ إنذار صوتي بالإضافة إلى LED. لأنني حصلت على ESP-8266 للعمل ، قررت عدم القيام بذلك. ومع ذلك ، إذا أردت المضي قدمًا ، فسيكون من المثير للاهتمام إضافة واحدة وإزعاج الناس لإخراج القمامة.

أيضًا ، كنت أرغب في العمل على مشروع أكثر تحديدًا ، لأن هذا في الغالب دليل على مشروع المفهوم. إذا كنت سأنتقل إلى الأمام ، لكنت استخدمت سلة مهملات فعلية أو حاوية بلاستيكية أثقل. بالإضافة إلى ذلك ، كنت أرغب في أن أكون أكثر كفاءة مع الأسلاك لأنها شديدة الفوضى.

كان أحد البدائل لـ ESP-8266 الذي كنت أبحث فيه بينما كنت قلقًا بشأن عدم القدرة على دمجها هو استخدام وحدة Bluetooth. لقد ذكر لي صديقي شون أنه سبق له أن أنشأ مشروعًا في الماضي حيث كان عليه إرسال البيانات من مشروعه إلى هاتفه واستخدم وحدة Bluetooth. قال إنه سهل نسبيًا. ومع ذلك ، حصلت على وحدة WiFi للعمل قبل أن أقوم بأي عمل تحري جاد فيها. أعتقد أنه سيكون من المثير للاهتمام معرفة إلى أين يقودني هذا المسار.

بخلاف ذلك ، كنت أرغب في تنفيذ جزء "التغليف التلقائي لأكياس القمامة" ، لكن هذا لا يزال خارج نطاق دوري حتى الآن. ربما في المستقبل ، سأعيد النظر في هذا المشروع وأحاول جعله أكثر كفاءة.