Slimme jaloezieën

Over dit project

Hallo!

Dit project presenteert de verbeteringen die zijn aangebracht aan mijn oorspronkelijke (en eerste) project, de geautomatiseerde horizontale jaloezieën op zonne-energie. Het origineel geplaatste ontwerp voldeed destijds aan de eisen. Het werkte bijna 4 maanden correct voordat enkele ontwerpfouten aan het licht kwamen.

Om samen te vatten, het doel van de jaloezieën is om te openen en te sluiten op basis van lichtniveaus, om licht binnen te laten of te sluiten voor privacy. En ook de jaloezieën moeten sluiten als het "te warm" wordt, wat een volkomen willekeurige aanduiding is.

Ik heb dit project ergens anders geïmporteerd, en de hardware/tools-sectie hier gaf me gewoon niet de opties die ik wilde, dus je zult te maken krijgen met de gespecificeerde lijst zoals deze is, in plaats van in het nette Hackster.io-formaat. Sorry.

Het nieuwe ontwerp doet het volgende:

• Open (draaien tot 85 graden) in de ochtend om licht binnen te laten

• Sluit (naar 0 graden draaien - jaloezieën naar beneden gericht) 's avonds om privacy te bieden

• Sluit (draaien tot 165 graden - jaloezieën omhoog gericht, tegen de zon) als de temperatuur boven de 30 C (~86 F) komt - deze temperatuur is willekeurig, uw comfortniveau kan variëren.

• Voer al deze activiteiten uit zonder externe bedrading, dozen, apparaten, enz. Met andere woorden, slaag voor de Wife Acceptance Factor.

• Wees zo duurzaam dat ik het project niet stop omdat ik te vaak batterijen moet vervangen.

• Kost niet te veel. Ik denk dat het eindresultaat is dat de jaloezieën kunnen worden gebouwd voor ongeveer $ 50 US. Geld geïnvesteerd in nieuwe tools en tijd besteed aan programmeren, testen, solderen en knutselen tellen natuurlijk niet mee.

De reden voor deze ontwerpeisen is dat het raam waarvoor ze zijn ontworpen een raam op de 2e verdieping boven de voordeur van het huis is. Dit raam ligt op het zuiden (echt, SSE), wat betekent dat er veel zonlicht (en potentiële warmte) is in de winter met de jaloezieën open, maar het potentieel voor te veel hitte in de zomer.

Zoals vermeld, werkten de jaloezieën ongeveer 4 maanden perfect (installatie in januari, ze kwamen terug in ongeveer juni). De ontdekte gebreken waren:

• Het huis ligt niet pal op het zuiden..... Daarom staat in de winter de zon het grootste deel van de dag op het raam en laat het raam pas laat in de middag uit. Dit zorgt voor veel zonne-energie tijdens de winter. In de zomer gaat de zon echter tegen het middaguur boven het huis, waardoor er niet genoeg zon is om een ​​groot deel van de daglichturen op te laden. En de oorspronkelijke plaatsing van het zonnepaneel in het raam krijgt de eerste uren van de dag bovendien schaduw. Oplossing:betere plaatsing van zonnepanelen.

• De servomotor die wordt gebruikt om de jaloezieën aan te sturen, trekt continu 13 mA. Dit schokte me. Bij mijn eerste poging heb ik de stroom niet gemeten met de servo op zijn plaats omdat mijn multimeter de grote trek van de servo niet kon ondersteunen en de nauwkeurigheid niet kon bieden om dat te zien wanneer hij in "slaap" was. Oplossing:high-side switch met een PNP-transistor.

• Mijn originele ontwerp 6V zonnepaneel werkt eigenlijk tegen de LiPo-oplaadmodule. De oplaadmodule heeft een nominale ingang van 4,5 V tot 5,5 V. Wanneer het paneel volle zon ontving en 6V of meer elektriciteit opwekte, werd de laadmodule uitgeschakeld. Ik ontdekte dit pas nadat de jaloezieën waren geïnstalleerd. Oplossing:het juiste formaat paneel.

• Geen logboekregistratie/telemetrieverzameling. Dit maakte het erg moeilijk om de jaloezieën te diagnosticeren wanneer ze defect begonnen te raken. Oplossing:EEPROM-logfunctie.

• Er was geen manier om verbinding te maken/los te koppelen om een ​​diagnose te stellen/op te lossen. Dit gold zowel voor het zonnepaneel als voor de accu. Oplossing:JST-connectoren tussen batterij en circuit, zonnepaneel en circuit.

• Metingen (temperatuur en licht) moeten tegen een solide 5V-referentiespanning zijn (VCC uit op de Arduino), NIET tegen de 5V-uitgang van de DC-DC-booster. Die spanning kan een beetje variëren, wat invloed heeft op de metingen van de analoog-naar-digitaal conversie. In mijn eerste ontwerp was de "5V"-lijn die ik gebruikte eigenlijk de niet-gereguleerde lijn die uit de DC-DC-booster kwam. Oplossing:lijkt voor de hand liggend, nietwaar? Gebruik de *gereguleerde* 5V-uitgang van de Arduino Pro Mini.

Dus laten we beginnen!

Stap 1:Onderdelenlijst

Ik koos ervoor om een ​​Arduino te gebruiken voor dit project. Het is wat ik weet. Je zou een andere microcontroller kunnen gebruiken, wat bij je past. Je zult merken dat ik veel koop bij SparkFun - ze zijn voor mij in de buurt. Het fijne is dat ik 's ochtends een bestelling kan plaatsen en 's middags kan ophalen.

Andere links die je zult zien zijn van banggood.com - ze hebben veel goedkope componenten en een grote verscheidenheid aan elektronische onderdelen. Als je het prettig vindt om tot een maand of langer op je onderdelen te wachten, kun je dingen goedkoop krijgen. En van taydaelectronics.com. Als je meerdere dingen tegelijk kunt kopen, zijn de prijzen ZEER goed. Verzending is redelijk. Dus sommige van de onderdelen die je in mijn lijst ziet, heb ik eigenlijk 5, 10 of 20 items besteld om tot een minimum te komen. Wie weet bouw ik er wel meerdere.

• Arduino Pro Mini ($10 - SparkFun)

• Arduino Uno, voor het programmeren van de Mini - je kunt speciale kabels gebruiken, maar deze opstelling werkt voor mij.

• LM35DZ temperatuursensor ($1,23 - Tayda)

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

• Lichtafhankelijke weerstand (LDR) ($ 1,24 voor een pakket van 10 stuks van banggood.com) -

• Eén (1) weerstand van 10K-Ohm ($ 0,01 - Tayda) - hoewel ik een weerstandspakket van SparkFun kocht voor $ 8.

• Eén (1) weerstand van 1K-Ohm

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

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

• Oplaadmodule voor lithiumbatterijen ($ 2,89 voor een pakket van 3 stuks van banggood.com)

• JST-connectoren ($ 3,33 voor een 60-pack van banggood.com)

• Oplaadbare 3,6 V lithiumbatterij ($ 15,39 voor een 4-pack van Amazon, inclusief een oplader voor wratten)

• 18650 batterijhouder ($1 - SparkFun)

• Servomotor (ik gebruikte een Hitec HS-325HB die ik in een plaatselijke hobbywinkel vond) (Hier is een equivalent) Ik moest raden wat voor koppel nodig was. Ik kon geen redelijk geprijsde momentsleutel vinden om een ​​meting uit te voeren.

• Servomotor koppeling. Omdat ik een Hitec Servo gebruikte, had ik dit nodig. ($ 5 - SparkFun)

• 100 uF condensator ($ 0,03 - Tayda)

• Diverse aansluitdraad (ik kocht deze kit - $ 17,79 op Amazon)

• PCB ($ 2,74 voor een pakket van 10 van Amazon)

Stap 2:Gereedschap

Handige items om te hebben:

• Boor

• Soldeerbout

• SolderWire

• Draadknipper

• Draadstripper

• Multimeter

• Dremel of vergelijkbaar klein snijgereedschap

• Printplaat/soldeer breadboard

• Hittekrimpfolie

Stap 3:Maak een prototype van het project

OKE. Dus nu je al je componenten en een werkgebied hebt, is het tijd om alles bij elkaar te gooien en te kijken wat er gebeurt.

In het oorspronkelijke project was het eerste wat ik deed twee AA-batterijen aansluiten op de 5V DC-DC-booster en controleren of ik 5V output kreeg. Deze keer deed ik hetzelfde, alleen met de eigenlijke batterij, de lithium-oplaadbare 3,6V-batterij. Volledig opgeladen zit hij op 4.1-4.2V. Volgens mijn multimeter haal ik 5.04V uit de booster. Goed genoeg.

De volgende stap die ik nam was om alle componenten op een soldeerloze breadboard te leggen, om de code te schrijven om het te besturen, en om stroom- en spanningsmetingen te doen.

• Sluit de juiste connectoren van de lithium-oplaadmodule aan op de batterij en het zonnepaneel (positief op positief, negatief op negatief)

• Sluit een draad van de positieve klem van het paneel aan op analoog A0 - dit levert paneelspanning voor logging.

• De batterij kan ook worden aangesloten op de 5V DC-DC-booster.

• Sluit een draad van de positieve pool van de batterij aan op analoge A1 - dit levert de batterijspanning voor het loggen.

• De 5V-uitgang van de booster gaat naar de RAW-ingang op de Arduino.

• Gronding van de 5V-booster wordt overal gebruikt.

• Verbind de Arduino VCC-pin met alles wat gereguleerde 5V nodig heeft.

• De servo kan worden aangesloten op de 5V-uitgang van de DC-DC-booster, maar gaat eerst door de PNP-transistor.

• Sluit vanaf de LDR de 10K-Ohm-weerstand aan op aarde. Sluit een draad aan tussen de LDR en de weerstand op Analog A3 - dit is uw lichtdetectie.

• Sluit 5V aan op de 5V-zijde van de LM35DZ (of je temperatuursensor)

• Verbind de aarde van de LM35DZ met de aarde.

• Sluit een draad aan van de middelste (of output) pin van de LM35DZ naar A2 - dit is je temperatuurmeting.

• Sluit de 5V-uitgang van de DC-DC-booster aan op de E (emitter) pin van de PN2907A.

• Sluit een weerstand van 1K-Ohm aan tussen pin B (Base) van de transistor en pin 11 - dit is de besturing om stroom naar de servomotor te laten vloeien.

• Sluit de C (Collector) pin van de transistor aan op de power pin van de servomotor.

• Sluit de aardingspin van de servomotor aan op de aarde.

• Sluit de signaalpin van de servo aan op pin 10 - dit is de PWM-pin die je gebruikt om de servo te besturen.

Tijdens het prototypen hoeft u het zonnepaneel en de lithium-oplaadmodules niet aangesloten te hebben. De instructies zijn hier voor de hele montage. Vanaf dit punt zijn alle componenten behalve de oplaadmodule aanwezig voor alle metingen.

Voorafgaand aan het toevoegen van de transistor in stappen 13-16, vond de volgende volgorde plaats:

• Kijk eens naar de stationaire stroom zonder de servo.

• Laten we nu de servomotor toevoegen en de stroom noteren.

Wat is hier aan de hand!? Door simpelweg de servo aan te sluiten, hebben we 14 mA ruststroom aan het systeem toegevoegd. Hoe kunnen we dit aanpakken? Onze goede vriend de transistor. Mijn oorspronkelijke aankoop van een Arduino-kit bevatte enkele NPN-transistoren. Nadat ik er wat over had gelezen (bedankt SparkFun!), besloot ik dat ik een Low Side Switch-configuratie zou proberen. Dit werkte echter niet. Ik *nog* had een veel grotere nutteloze stroom dan ik had verwacht. Ik heb de spanningen op de emitter-, basis- en collectorpinnen gemeten en ontdekte dat de basispin een spanning had terwijl ik er geen verwachtte. Ik weet niet 100% zeker wat er aan de hand is, behalve dat misschien het interne circuit van de servo een pad naar aarde vindt via de PWM-pin die wordt gebruikt voor het regelen van de motorpositie? Als iemand ideeën heeft, ben ik een en al oor.

Laten we dus een PNP-transistor proberen in een High Side Switch-configuratie.

Succes! Nu, wanneer de servo niet beweegt, lijkt het alsof er geen servo is aangesloten. Vandaar het gebruik van de transistor in stappen 13-16.

Stap 4:Programmeren

Natuurlijk, nadat je hem hebt opgesteld, moet je de Pro Mini programmeren om hem te testen. Je gaat het toch eerst testen? Ik heb geprobeerd de SparkFun TTL-naar-USB-kabel te gebruiken, maar het lukte niet. Misschien heb ik de verkeerde kabel? Dus besloot ik te kijken of het ook zonder kon.

Welnu, alleen al op deze site zijn er verschillende instructies voor het programmeren van een Arduino Pro Mini met behulp van een Arduino Uno. Het is vrij eenvoudig. Voor mij was het engste deel het verwijderen van de IC van de Uno (dit moet gebeuren omdat je een Uno niet als Pro Mini kunt programmeren):

• Verwijder het IC van de Uno (noteer in welke richting de inkeping is gericht, zodat je hem terug kunt plaatsen). Ik deed dit met een plastic mes-achtig apparaat, zoals je zou kunnen gebruiken voor het openen van een iPhone. Ik begon door voorzichtig onder het IC te wrikken, afwisselend van beide kanten, om te voorkomen dat de pinnen verbogen.

• Sluit de Uno 5V-pin aan op de Pro Mini VCC-pin.

• Sluit de Uno GND-pin aan op de Pro Mini GND-pin.

• Sluit de Uno TX-pin aan op de Pro Mini TX0-pin.

• Sluit de Uno RX-pin aan op de Pro Mini RXI-pin

• Sluit de Uno RESET-pin aan op de Pro Mini RST-pin.

Ik heb voor mezelf twee sets draden gemaakt en deze op een breadboard aangesloten. Ik heb de twee uiteinden van de jumperdraden aan elkaar geplakt, zodat ik de pinnen niet afzonderlijk hoefde aan te sluiten, als het eenmaal klaar was. Ik ben het type persoon dat zegt:als ik dit twee keer moet doen, kan ik het automatiseren of het eenvoudiger maken.

Wanneer u nu naar de Arduino IDE gaat, selecteert u "Arduino Pro of Pro Mini", en u kunt het bord rechtstreeks programmeren. Ik kan het zelfs herprogrammeren zonder het hele samenstel van de jaloezieën te verwijderen, als ik veranderingen vind die ik wil maken.

Hier is de SmartBlinds-schets die ik voor dit project heb gebruikt. Ik denk dat het redelijk goed gedocumenteerd is, maar als je vragen hebt, stel ze gerust. De klasse EEPROM Logging is ook nodig en beschikbaar in de bibliotheken in mijn github.

Ik heb ook een poging toegevoegd tot zowel de breadboard-weergave als de schematische weergave van het project. Fritzing blijft me echter hinderen, dus het ziet er misschien niet geweldig uit.

Stap 5:Begin met de montage

Nu we wat gegevens over ons systeem hebben, gaan we het in elkaar zetten.

De toevoeging die ik deze keer heb gemaakt, is om de JST-connectoren te gebruiken en de massieve draad eraan te solderen om ze een beetje extra bereik te geven. Standaard zijn ze ZEER kort. Het gebruik van de connectoren heeft als bijkomend voordeel dat u een gemakkelijk inbraakpunt krijgt tussen de batterij en de rest van het circuit.

Merk op dat ik in mijn eerste project deze kritische meting niet heb gehaald, omdat ik niet ontdekte dat de servomotor altijd 14 mA trekt.

Dit is een goed moment om ook de massieve draad aan het zonnepaneel te solderen. Ik heb ongeveer 2 voet draad aan de JST-connector toegevoegd om het zonnepaneel op de juiste locatie in het raam te plaatsen om het hele jaar door de zon te maximaliseren, maar de visuele impact te minimaliseren. Bewaar de korte(re) connectoren voor het solderen op de print. Dit minimaliseert de grootte van het onderdeel dat in de blinde bovenrail gaat. Ook lijkt het gebruik van draad met een vaste kern om het op de printplaat te solderen (voor mij) beter te werken dan gevlochten draad in de gaten te solderen. Uw kilometers variëren.

Snijd de printplaat op de maat die je nodig hebt voor je jaloezieën. De planken die ik heb gekocht zijn te groot met ongeveer 3 rijen gaten, dus ik heb het zo veel ingekort. Ik heb geprobeerd het circuit zo klein en netjes mogelijk in te richten. Knip de draden voor op de maat die je nodig hebt, en doe er een klein bochtje in om door hoeken te gaan, enz. En dan naar beneden (of omhoog) in de PCB-gaten. Houd rekening met de hoogte van de pinnen van de servoconnector en zorg ervoor dat de connector de servowerking binnen de jaloezieën niet verstoort.

Ik heb ook de geëtste lijnen op de DC-DC-booster weggekrast die naar de indicatie-LED leidden. Het bespaart altijd ongeveer 1 mA. In het ideale geval zou de temperatuursensor vanzelf uitgeschakeld zijn, om mogelijke impact van de servo of andere componenten te verminderen. Ik heb dat niet gedaan, en het is vlak naast de transistor.

Stap 6:Volledige montage, nog een laatste herprogrammering

Het laatste wat ik doe nadat ik de assembly heb voltooid, is de EEPROM-logklasse herstellen. Ik wilde niet naar EEPROM schrijven terwijl ik prototypes aan het maken was en verschillende dingen probeerde, dus ik had die code uitgeschreven. Maar nu we klaar zijn om te implementeren, is het tijd om logboekregistratie in te schakelen. De uitvoer van het logboek is hier. Het is ook hieronder bijgevoegd, zoals het was in het originele formaat.

De Pro Mini heeft 1024Kb EEPROM. Gebaseerd op een grootte van 22 bytes per item, plus 2 bytes "synchronisatiepatroon", zou ik 42 items in EEPROM moeten kunnen krijgen voordat het rond is. Dat is minder dan een maand aan data, bij 2 activiteiten per dag. Ik zou graag meer willen hebben, maar daarvoor heb ik een SD-kaart of een grotere EEPROM nodig. Misschien de volgende rev.

Ik doe ook nog een laatste stroommeting, om zeker te zijn dat ik niet ergens kortsluiting heb. De stroom die ik heb gemeten is ongeveer 1,5 mA. Met een batterij van 900 mA-uur zou dat zo'n 600 uur moeten werken zonder opladen. Trek een beetje af, want het zal niet altijd slapen, en natuurlijk elke keer dat het beweegt, raakt de batterij sneller leeg. Met behulp van de LowPower-bibliotheek van rocketlabs slaapt hij op 1,5 mA. Tijdens uitvoering is het ongeveer 25 mA, en bij het verplaatsen van de jaloezieën is het tussen 200 mA tot ongeveer 500 mA, of meer. Ik wil graag dat de batterij nog langer meegaat, maar ik wil ook dat LED's oplichten wanneer hij werkt, zodat ik weet dat hij werkt, dus dat is een afweging die ik goed vind.

Stap 7:Installatie

OK, nu om in de jaloezieën te installeren.

• Verwijder eerst de kurkentrekker voor het trekkoord (als je jaloezieën die hebben). Ze bieden te veel weerstand om de servomotor correct te laten werken. (Ik heb daar geen foto van omdat ik de originele jaloezieën hergebruik en dat stuk niet kan vinden)

• Boor een klein gaatje waar de LDR uit kan steken (ik gebruik de naar buiten gerichte kant van de jaloezieën)

• Gebruik nu een Dremel of ander snijgereedschap om een ​​vierkant te snijden voor de grootte van uw servomotor. Het moet strak passen, maar je wilt de servo niet krassen of anderszins beschadigen (ik heb de naar buiten gerichte kant opnieuw gebruikt - ik wil het niet in huis zien, hoewel het kan worden bedekt door de decoratieve trim. Zorg er wel voor dat het de trim niet verstoort als je die kant kiest)

• Bedek de ruwe randen met tape of strijk het op de een of andere manier glad.

• Plaats de print in de jaloezieën en zorg ervoor dat de lichtsensor uit het gat steekt dat je in stap 2 hebt geboord.

• Bevestig nu de servomotor op de as en draai de stelschroef vast. Op dit punt zou de reden voor de 90 graden wachttijd van 10 seconden aan het begin van de operatie duidelijk moeten zijn. Ik start het programma, laat de servo tot 90 graden bewegen en schakel vervolgens de batterij uit. Vervolgens gebruik ik die positie om hem aan de jaloezieën te bevestigen, die ik handmatig naar 90 graden heb verplaatst om te matchen.

• Klim nu op de ladder en installeer de jaloezieën.

• Ik heb het zonnepaneel rond de middelste ruit bevestigd, in het bovenste derde deel van het raam. Ik leid de draden langs de ruitafscheidingen en plak het paneel en de draden op hun plaats om de zichtbaarheid te minimaliseren.

• Sluit nu het zonnepaneel aan op het circuit.

• Sluit de batterij aan en schuif de jaloezieën snel op hun plaats. Ze moeten naar het midden gaan en na de vertraging van 10 seconden naar de juiste positie gaan. Ik plaats de batterijhouder in de blindrail voordat ik hem aansluit.

• Plaats de sierstrip terug.

• Neem een ​​biertje (of in mijn geval een rum en cola).

Stap 8:Ontspan en geniet!

Geniet van de soepele bediening van de jaloezieën omdat ze automatisch openen en sluiten.

Als je er een maakt met mijn ontwerp, laat het me dan weten! Ik hoor het graag en of je wijzigingen of verbeteringen hebt aangebracht. Als je vragen hebt, stel ze. Deze website is zeer nuttig geweest bij het leren van de vele verschillende vaardigheden die bij dit project betrokken zijn, en ik zou graag iets terugdoen.

Update:na enkele maanden in bedrijf te zijn geweest, ben ik blij te kunnen zeggen dat ze zich PRECIES gedragen zoals ze zouden moeten! Een eigenaardigheid die we ontdekten, was dat als de lichten in de gang boven EN de ingang beneden allebei aan zijn, de jaloezieën open blijven tot het donker is - wat het perfect maakt om te pronken met hun functie met gezelschap. En op die nazomerdagen waar het erg warm werd, sloten de jaloezieën vanwege warmte op een zeer comfortabele temperatuur - het raam wordt heter dan de begane grond, dus de jaloezieën sluiten terwijl het nog in de jaren 70 (F) in huis is .