Smart Blinds

Tentang proyek ini

Halo!

Proyek ini menyajikan peningkatan yang dibuat untuk proyek asli saya (dan pertama), Tirai Horizontal Bertenaga Surya Otomatis. Desain asli yang diposting memenuhi persyaratan pada saat itu. Ini beroperasi dengan benar selama hampir 4 bulan sebelum beberapa kekurangan desain menjadi jelas.

Singkatnya, tujuan tirai adalah untuk membuka dan menutup berdasarkan tingkat cahaya, untuk membiarkan cahaya masuk atau menutup untuk privasi. Dan juga tirai harus menutup saat "terlalu panas", yang merupakan sebutan yang sepenuhnya sewenang-wenang.

Saya mengimpor proyek ini dari tempat lain, dan bagian perangkat keras/alat di sini tidak memberi saya opsi yang saya inginkan, jadi Anda harus berurusan dengan daftar terperinci apa adanya, alih-alih dalam format Hackster.io yang rapi. Maaf.

Desain baru melakukan hal berikut:

• Buka (putar hingga 85 derajat) di pagi hari untuk membiarkan cahaya masuk

• Tutup (putar ke 0 derajat - tirai mengarah ke bawah) di malam hari untuk memberikan privasi

• Tutup (putar ke 165 derajat - tirai mengarah ke atas, menghadap matahari) jika suhu melebihi suhu 30 C (~86 F) - suhu ini berubah-ubah, tingkat kenyamanan Anda dapat bervariasi.

• Lakukan semua aktivitas ini tanpa kabel eksternal, kotak, perangkat, dll. Dengan kata lain, lulus Faktor Penerimaan Istri.

• Bersikaplah cukup berkelanjutan sehingga saya tidak meninggalkan proyek karena saya harus mengganti baterai terlalu sering.

• Jangan terlalu mahal. Saya pikir hasil akhirnya adalah bahwa kerai dapat dibangun dengan biaya sekitar $50 AS. Uang yang diinvestasikan dalam alat baru, dan waktu yang dihabiskan untuk pemrograman, pengujian, menyolder, dan mengutak-atik, tentu saja, tidak masuk hitungan.

Alasan persyaratan desain ini adalah bahwa jendela yang dirancang adalah jendela lantai 2 di atas pintu depan rumah. Jendela ini menghadap ke Selatan (benar-benar, SSE), yang berarti ada banyak sinar matahari (dan potensi kehangatan) di musim dingin dengan tirai terbuka, tetapi potensi panas terlalu banyak di musim panas.

Seperti yang dinyatakan, tirai bekerja dengan sempurna selama sekitar 4 bulan (pemasangan Januari, mereka kembali turun sekitar bulan Juni). Kekurangan yang ditemukan adalah:

• Rumah tidak menghadap ke Selatan..... Oleh karena itu di musim dingin, matahari berada di jendela hampir sepanjang hari, hanya meninggalkan jendela pada sore hari. Ini menyediakan banyak pengisian solar selama musim dingin. Selama musim panas, bagaimanapun, matahari melewati rumah pada siang hari, yang berarti tidak ada cukup sinar matahari untuk mengisi sebagian besar jam siang hari. Dan penempatan asli panel surya di jendela akan diarsir selama beberapa jam pertama hari itu, di atas itu. Solusi:Posisi panel surya yang lebih baik.

• Motor servo yang digunakan untuk mengontrol tirai menarik 13 mA terus menerus. Ini mengejutkan saya. Dalam upaya pertama saya, saya tidak mengukur arus dengan servo di tempatnya karena multimeter saya tidak dapat mendukung penarikan besar servo dan memberikan akurasi untuk melihatnya ketika dalam "tidur". Solusi:Sakelar Sisi Tinggi menggunakan Transistor PNP.

• Panel surya 6V desain asli saya benar-benar bekerja melawan modul pengisian daya LiPo. Modul pengisian daya memiliki input pengenal 4,5V hingga 5,5V. Ketika panel menerima sinar matahari penuh dan menghasilkan listrik 6V atau lebih, modul pengisian daya dimatikan. Saya tidak menemukan ini sampai setelah tirai dipasang. Solusi:panel berukuran benar.

• Tidak ada pengumpulan log/telemetri. Hal ini membuat sangat sulit untuk mendiagnosis tirai ketika mereka mulai tidak berfungsi. Solusi:Fungsi Pencatatan EEPROM.

• Tidak ada cara untuk menyambungkan/memutuskan sambungan untuk mendiagnosis/memperbaiki. Ini berlaku untuk panel surya dan baterai. Solusi:Konektor JST antara baterai dan sirkuit, panel surya dan sirkuit.

• Pengukuran (suhu dan cahaya) harus melawan tegangan referensi 5V yang solid (VCC di Arduino), BUKAN output 5V dari penguat DC-DC. Tegangan itu dapat sedikit berbeda, yang berdampak pada pengukuran konversi Analog-ke-Digital. Dalam desain pertama saya, saluran "5V" yang saya gunakan sebenarnya adalah saluran yang tidak diatur yang berasal dari penguat DC-DC. Solusi:Tampak jelas, bukan? Gunakan output 5V *teratur* dari Arduino Pro Mini.

Jadi mari kita mulai!

Langkah 1:Daftar Bagian

Saya memilih untuk menggunakan Arduino untuk proyek ini. Itu yang saya tahu. Anda dapat menggunakan pengontrol mikro lain, apa pun yang cocok untuk Anda. Anda akan melihat saya membeli banyak dari SparkFun - mereka lokal untuk saya. Hebatnya, saya bisa memesan di pagi hari dan kemudian mengambilnya sore itu.

Tautan lain yang akan Anda lihat berasal dari banggood.com - mereka memiliki banyak komponen murah, dan berbagai macam suku cadang elektronik. Jika Anda merasa nyaman menunggu hingga satu bulan atau lebih untuk suku cadang Anda, Anda bisa mendapatkan barang-barang murah. Dan dari taydaelectronics.com. Jika Anda dapat membeli beberapa barang sekaligus, harganya SANGAT bagus. Pengiriman cukup masuk akal. Jadi beberapa bagian yang akan Anda lihat di daftar saya, saya sebenarnya memesan 5, 10, atau 20 item untuk mendapatkan minimum pesanan. Siapa tahu, mungkin saya akan membuat beberapa dari ini.

• Arduino Pro Mini ($10 - SparkFun)

• Arduino Uno, untuk memprogram Mini - Anda dapat menggunakan kabel khusus, tetapi pengaturan ini berfungsi untuk saya.

• Sensor suhu LM35DZ ($1.23 - Tayda)

• Transistor PNP PN2907A ($0,05 - Tayda)

• Light Dependent Resistor (LDR) ($1.24 untuk paket 10 buah dari banggood.com) -

• Satu (1) Resistor 10K-Ohm ($0,01 - Tayda) - meskipun saya membeli paket resistor dari SparkFun seharga $8.

• Satu (1) Resistor 1K-Ohm

• Panel Surya 5V 1,5W ($4,07 - banggood.com)

• Penguat DC-DC 5V ($1,38 - banggood.com)

• Modul Pengisian Baterai Lithium ($2,89 untuk paket 3 buah dari banggood.com)

• Konektor JST ($3,33 untuk paket 60 dari banggood.com)

• Baterai Lithium 3.6V isi ulang ($15,39 untuk paket 4 dari Amazon, termasuk pengisi daya kutil dinding)

• tempat baterai 18650 ($1 - SparkFun)

• Motor servo (saya menggunakan Hitec HS-325HB yang saya temukan di toko hobi lokal) (Ini yang setara) Saya harus menebak torsi seperti apa yang diperlukan. Saya tidak dapat menemukan kunci torsi dengan harga terjangkau untuk melakukan pengukuran.

• Kopling motor servo. Karena saya menggunakan Servo Hitec, saya membutuhkan ini. ($5 - SparkFun)

• kapasitor 100 uF ($0,03 - Tayda)

• Berbagai macam kabel penghubung (saya membeli kit ini - $17,79 di Amazon)

• PCB ($2,74 untuk 10 paket dari Amazon)

Langkah 2:Alat

Item yang berguna untuk dimiliki:

• Bor

• Besi Solder

• Kawat Solder

• Pemotong kawat

• Pencabut kabel

• Multimeter

• Dremel atau alat pemotong kecil sejenis

• Papan sirkuit/papan tempat memotong roti solder

• Pembungkus anti panas

Langkah 3:Prototipe proyek

OKE. Jadi sekarang setelah Anda memiliki semua komponen dan area kerja, inilah saatnya untuk menggabungkan semuanya dan melihat apa yang terjadi.

Dalam proyek aslinya, hal pertama yang saya lakukan adalah menghubungkan dua baterai AA ke booster DC-DC 5V dan memverifikasi bahwa saya mendapatkan output 5V. Kali ini, saya melakukan hal yang sama, hanya dengan baterai yang sebenarnya, baterai Lithium isi ulang 3.6V. Terisi penuh, ia duduk di 4.1-4.2V. Menurut multimeter saya, saya mendapatkan 5.04V dari booster. Cukup baik.

Langkah selanjutnya yang saya lakukan adalah meletakkan semua komponen pada papan tempat memotong roti tanpa solder, untuk menulis kode untuk mengontrolnya, serta melakukan pengukuran arus dan tegangan.

• Hubungkan konektor yang sesuai dari modul pengisian daya Lithium ke baterai dan panel surya (Positif ke positif, negatif ke negatif)

• Hubungkan kabel dari terminal positif panel ke analog A0 - ini memberikan tegangan panel untuk pencatatan.

• Baterai juga terhubung ke booster DC-DC 5V.

• Hubungkan kabel dari terminal positif baterai ke analog A1 - ini memberikan tegangan baterai untuk pencatatan.

• Output 5V dari booster masuk ke input RAW di Arduino.

• Pembumian dari booster 5V digunakan secara keseluruhan.

• Hubungkan pin Arduino VCC ke semua yang membutuhkan 5V yang diatur.

• Servo dapat terhubung ke output 5V penguat DC-DC, tetapi servo akan melalui transistor PNP terlebih dahulu.

• Dari LDR, sambungkan resistor 10K-Ohm ke ground. Hubungkan kabel antara LDR dan resistor ke Analog A3 - ini adalah deteksi cahaya Anda.

• Hubungkan 5V ke sisi 5V LM35DZ (atau sensor suhu Anda)

• Hubungkan Ground LM35DZ ke Ground.

• Hubungkan kabel dari pin tengah (atau Output) LM35DZ ke A2 - ini adalah sensor suhu Anda.

• Hubungkan output 5V dari penguat DC-DC ke pin E (Emitter) PN2907A.

• Hubungkan resistor 1K-Ohm antara pin B (Base) transistor ke pin 11 - ini adalah kontrol untuk memungkinkan arus mengalir ke motor servo.

• Hubungkan pin C (Kolektor) transistor ke pin daya motor servo.

• Hubungkan pin Ground motor servo ke Ground.

• Hubungkan pin sinyal servo ke pin 10 - ini adalah pin PWM yang Anda gunakan untuk mengontrol servo.

Saat membuat prototipe, Anda tidak perlu memasang panel surya dan modul pengisian lithium. Instruksi di sini untuk seluruh perakitan. Mulai saat ini, semua komponen kecuali modul pengisian daya sudah siap untuk semua pengukuran.

Sebelum menambahkan transistor pada langkah 13-16, urutan berikut terjadi:

• Lihatlah arus idle tanpa servo.

• Sekarang mari kita tambahkan motor Servo, dan perhatikan arusnya.

Apa yang terjadi di sini!? Cukup dengan menghubungkan servo, kami telah menambahkan 14 mA arus idle ke sistem. Bagaimana kita bisa mengatasi ini? Teman baik kita transistor. Pembelian kit Arduino asli saya berisi beberapa transistor NPN. Setelah membacanya (terima kasih SparkFun!), saya memutuskan untuk mencoba konfigurasi Low Side Switch. Namun, ini tidak berhasil. Saya *masih* memiliki arus idle yang jauh lebih besar dari yang saya harapkan. Saya mengukur tegangan pada pin Emitter, Basis, dan Kolektor, dan menemukan bahwa pin Basis memiliki tegangan ketika saya tidak mengharapkannya. Saya tidak 100% yakin apa yang terjadi, selain mungkin sirkuit internal servo menemukan jalur ke ground melalui pin PWM yang digunakan untuk mengontrol posisi motor? Jika ada yang punya ide, saya siap mendengarkan.

Jadi mari kita coba transistor PNP dalam konfigurasi High Side Switch.

Kesuksesan! Nah, saat servo tidak bergerak, sepertinya tidak ada servo yang terpasang. Oleh karena itu penggunaan transistor pada langkah 13-16.

Langkah 4:Pemrograman

Tentu saja, setelah Anda meletakkannya, Anda harus memprogram Pro Mini untuk mengujinya. Anda AKAN mengujinya terlebih dahulu, bukan? Saya mencoba menggunakan kabel SparkFun TTL ke USB, tetapi tidak dapat berfungsi. Mungkin saya memiliki kabel yang salah? Jadi saya memutuskan untuk melihat apakah itu bisa dilakukan tanpa.

Nah, di situs ini saja sudah ada beberapa petunjuk untuk memprogram Arduino Pro Mini menggunakan Arduino Uno. Ini cukup sederhana. Bagi saya, bagian yang paling menakutkan adalah melepas IC dari Uno (ini perlu dilakukan karena Anda tidak dapat memprogram Uno sebagai Pro Mini):

• Lepaskan IC dari Uno (catat ke arah mana takik menghadap, sehingga Anda bisa memasangnya kembali). Saya melakukan ini menggunakan perangkat jenis pisau plastik, seperti yang mungkin Anda gunakan untuk membuka iPhone. Saya mulai dengan mencongkel perlahan di bawah IC, bergantian dari kedua sisi, untuk menghindari menekuk pin.

• Hubungkan pin Uno 5V ke pin Pro Mini VCC.

• Hubungkan pin Uno GND ke pin Pro Mini GND.

• Hubungkan pin Uno TX ke pin Pro Mini TX0.

• Hubungkan pin Uno RX ke pin Pro Mini RXI

• Hubungkan pin Uno RESET ke pin Pro Mini RST.

Saya membuat sendiri dua set kabel dan menghubungkannya ke papan tempat memotong roti. Saya merekatkan kedua ujung kabel jumper sehingga saya tidak perlu menghubungkan pin satu per satu, setelah selesai. Saya adalah tipe orang yang mengatakan, jika saya harus melakukan ini dua kali, saya dapat mengotomatiskannya atau membuatnya lebih sederhana.

Sekarang ketika Anda masuk ke Arduino IDE, pilih "Arduino Pro atau Pro Mini," dan Anda dapat memprogram papan secara langsung. Saya bahkan dapat memprogram ulang tanpa melepas seluruh rakitan dari tirai, jika saya menemukan perubahan yang ingin saya buat.

Berikut sketsa SmartBlinds yang saya gunakan untuk proyek ini. Saya pikir itu didokumentasikan dengan cukup baik, tetapi jika Anda memiliki pertanyaan, jangan ragu untuk bertanya. Kelas EEPROM Logging juga diperlukan, dan tersedia di perpustakaan di github saya.

Saya juga telah menambahkan upaya pada tampilan papan tempat memotong roti dan tampilan skema proyek. Fritzing terus mengganggu saya, jadi mungkin tidak terlihat bagus.

Langkah 5:Mulai Perakitan

Sekarang setelah kita mendapatkan beberapa data tentang sistem kita, mari kita mulai merakitnya.

Penambahan yang saya buat kali ini adalah dengan menggunakan konektor JST dan menyolder kabel inti padat untuk memberi mereka sedikit jangkauan ekstra. Secara default, mereka SANGAT pendek. Menggunakan konektor memiliki manfaat tambahan yaitu memberi Anda titik putus yang mudah antara baterai dan bagian sirkuit lainnya.

Catatan dalam proyek pertama saya, saya pasti gagal dalam pengukuran kritis ini, karena saya tidak menemukan motor servo menarik 14 mA sepanjang waktu.

Ini adalah saat yang tepat untuk juga menyolder kabel inti padat ke panel surya. Saya menambahkan sekitar 2 kaki kabel ke konektor JST untuk menempatkan panel surya di lokasi yang sesuai di jendela untuk memaksimalkan cakupan sinar matahari sepanjang tahun, tetapi meminimalkan dampak visual. Simpan konektor pendek (er) untuk menyolder ke PCB. Ini meminimalkan ukuran bagian yang masuk ke rel atas buta. Juga, menggunakan kawat inti padat untuk menyoldernya ke PCB tampaknya (bagi saya) bekerja lebih baik daripada menyolder kawat yang dikepang ke dalam lubang. Jarak tempuh Anda bervariasi.

Potong PCB ke ukuran yang Anda butuhkan untuk tirai Anda. Papan yang saya beli terlalu besar dengan sekitar 3 baris lubang, jadi saya memotongnya sebanyak itu. Saya mencoba untuk meletakkan sirkuit sekecil mungkin, dan serapi mungkin. Pra-potong kabel ke ukuran yang Anda butuhkan, dan buat sedikit tikungan di dalamnya untuk melewati sudut, dll. Dan kemudian turun (atau naik) ke dalam lubang PCB. Perhatikan ketinggian pin konektor servo, dan pastikan konektor tidak mengganggu pengoperasian servo di dalam tirai.

Saya juga menggores garis yang tergores pada booster DC-DC yang mengarah ke LED indikator. Ini menghemat sekitar 1 mA sepanjang waktu. Idealnya, sensor suhu akan mati dengan sendirinya, untuk mengurangi potensi dampak dari servo atau komponen lainnya. Saya gagal melakukannya, dan itu tepat di sebelah transistor.

Langkah 6:Selesaikan perakitan, satu program ulang terakhir

Hal terakhir yang saya lakukan setelah menyelesaikan perakitan adalah mengembalikan kelas logging EEPROM. Saya tidak ingin menulis ke EEPROM saat membuat prototipe dan mencoba berbagai hal, jadi kode itu saya komentari. Tapi sekarang kita siap untuk menerapkan, saatnya untuk mengaktifkan logging. Output dari log ada di sini. Itu juga dilampirkan di bawah, seperti dalam format aslinya.

Pro Mini memiliki 1024Kb EEPROM. Berdasarkan ukuran 22 byte per entri, ditambah 2 byte "pola sinkronisasi", saya harus bisa mendapatkan 42 entri di EEPROM sebelum membungkus. Itu data kurang dari sebulan, dengan 2 aktivitas per hari. Saya ingin mendapatkan lebih banyak, tetapi itu akan membutuhkan kartu SD atau EEPROM yang lebih besar. Mungkin putaran berikutnya.

Saya juga mengambil satu pengukuran arus terakhir, untuk memastikan saya tidak memiliki tempat yang pendek. Arus yang saya ukur adalah sekitar 1,5 mA. Dengan baterai 900 mA-jam, yang seharusnya menyediakan sekitar 600 jam pengoperasian tanpa pengisian daya. Kurangi sedikit karena tidak akan selalu tidur, dan tentu saja setiap kali bergerak, Anda lebih cepat menghabiskan baterai. Menggunakan perpustakaan LowPower dari rocketlabs, ia tidur pada 1,5 mA. Selama eksekusi, sekitar 25 mA, dan saat menggerakkan tirai, antara 200 mA hingga sekitar 500 mA, atau lebih. Saya ingin membuat baterai bertahan lebih lama, tetapi saya juga ingin LED menyala saat baterai menyala sehingga saya tahu baterai berfungsi, jadi saya setuju dengan itu.

Langkah 7:Instalasi

Oke, sekarang pasang di tirai.

• Pertama, lepaskan drive pembuka botol untuk kabel penarik (jika kerai Anda memilikinya). Mereka memberikan terlalu banyak perlawanan untuk motor servo untuk bekerja dengan benar. (Saya tidak punya fotonya karena saya menggunakan kembali tirai asli dan tidak dapat menemukan bagian itu)

• Buat lubang kecil untuk mengeluarkan LDR (saya menggunakan sisi luar gorden yang menghadap ke luar)

• Sekarang gunakan Dremel atau alat pemotong lainnya untuk memotong persegi sesuai ukuran motor servo Anda. Itu harus pas, tetapi Anda tidak ingin menggores atau merusak servo (saya menggunakan sisi yang menghadap ke luar lagi - saya tidak ingin melihatnya di dalam rumah, meskipun bisa ditutupi oleh dekorasi trim. Pastikan tidak mengganggu trim jika Anda memilih sisi itu)

• Tutup bagian tepi yang kasar dengan selotip atau ratakan.

• Masukkan PCB ke dalam tirai, dan pastikan sensor cahaya mencuat dari lubang yang Anda bor di langkah 2.

• Sekarang pasang motor servo ke poros dan kencangkan sekrup penyetel ke bawah. Pada titik ini, alasan untuk menunggu 90 derajat 10 detik di awal operasi harus jelas. Saya memulai program, membiarkan servo bergerak ke 90 derajat, dan kemudian menonaktifkan baterai. Saya kemudian menggunakan posisi itu untuk menempelkannya ke tirai, yang telah saya pindahkan secara manual ke 90 derajat agar sesuai.

• Sekarang naik tangga dan pasang tirai.

• Saya memasang panel surya di sekitar panel tengah, di sepertiga bagian atas jendela. Saya menjalankan kabel di sepanjang pemisah panel dan menempelkan panel dan kabel di tempatnya untuk meminimalkan visibilitas.

• Sekarang hubungkan panel surya ke sirkuit.

• Hubungkan baterai dan geser tirai dengan cepat ke tempatnya. Mereka harus pindah ke tengah, lalu setelah penundaan 10 detik, pindah ke posisi yang sesuai. Saya menempatkan dudukan baterai di dalam blind rail sebelum menghubungkan.

• Pasang kembali trim dekoratif.

• Minum bir (atau dalam kasus saya, rum dan Coke).

Langkah 8:Santai dan Nikmati!

Nikmati kelancaran pengoperasian kerai saat membuka dan menutup secara otomatis.

Jika Anda membuatnya menggunakan desain saya, beri tahu saya! Saya akan senang mendengarnya, dan jika Anda membuat perubahan atau peningkatan. Jika Anda memiliki pertanyaan, tanyakan. Situs web ini sangat membantu dalam mempelajari berbagai keterampilan berbeda yang terlibat dalam proyek ini, dan saya ingin membalasnya.

Pembaruan:Setelah beberapa bulan beroperasi, saya senang mengatakan bahwa mereka berperilaku PERSIS sebagaimana mestinya! Satu kekhasan yang kami temukan adalah bahwa jika lampu di lorong lantai atas DAN pintu masuk lantai bawah keduanya menyala, tirai tetap terbuka melewati kegelapan - yang membuatnya sempurna untuk memamerkan fungsinya bersama teman. Dan pada hari-hari akhir musim panas di mana cuaca menjadi sangat panas, tirai ditutup karena panas pada suhu yang sangat nyaman - jendela menjadi lebih panas daripada lantai utama, jadi tirai ditutup saat masih di tahun 70-an (F) di dalam rumah .