Control lliscant de porta automàtic de menys de 100 dòlars: 15 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Durant l’estiu, el meu pare em va motivar a mirar de comprar i configurar un sistema d’automatització de portes. Així que vaig començar la meva investigació i vaig examinar solucions de paquets a AliExpress i als proveïdors locals. Els proveïdors locals ofereixen solucions completes, inclosa la instal·lació per més de 1.000 dòlars. Es tractava de sistemes italians i se suposava que eren de molt alta qualitat. Però el preu estava fora del nostre pressupost. Els sistemes a AliExpress també eren força cars, el més barat era de 500 dòlars abans d’impostos. Vaig abandonar pràcticament la idea de comprar un sistema complet i vaig examinar alguns enfocaments de bricolatge.

Després de les meves primeres investigacions, vaig concloure que serà molt difícil i requereix molt de temps construir-lo des de zero. Això també amb recursos limitats. Però aleshores el vaig prendre com un repte i vaig començar a elaborar un pla aproximat.

Vaig trigar moltes proves i errors i molta feina, però vaig poder configurar un sistema fiable per a un preu que cap altre sistema pot superar.

Si voleu construir alguna cosa així, us animaria a fer-ho mentre explico tots els problemes que he trobat durant el meu procés de construcció. Esperem que pugueu obtenir informació i evitar els errors que he comès.

Si us agrada el que he fet i explicat, penseu en donar-me un vot. Qualsevol suport és molt apreciat. _

Seguiu-me també en altres plataformes mentre comparteixo el meu progrés entre projectes.

Facebook: Taller de Badar

Instagram: Taller de Badar

Youtube: Taller de Badar

Pas 1: el pla

Vaig començar a pensar com ho faria. Hi ha moltes maneres d’abordar aquest projecte, cadascun amb els seus propis avantatges i inconvenients.

El primer que vaig fer va ser entendre el sistema existent amb el qual estava treballant. Per a mi, això significava la meva porta corredissa pesada, tot de metall. Per a vosaltres, pot significar una altra cosa i us recomanaria que primer enteneu completament el vostre sistema abans de decidir-vos per una estratègia.

Em vaig adonar que la porta no estava molt ben construïda i tenia algunes variacions en el seu moviment. Així que qualsevol que fos el meu mètode de traducció, hauria de respondre a aquesta variació. Això em va fer pensar a fer servir la cadena de motos. Els he utilitzat abans, així que coneixia el seu funcionament. Són barats i estan àmpliament disponibles. I les seves grans seccions signifiquen que la desalineació menor no importarà gaire. El muntatge de la cadena a la vora superior em va funcionar bé, ja que tenia un suport a la part superior per muntar el conjunt del motor, de manera que tot pogués quedar-se perfectament a la part superior de la porta.

Després va venir la selecció del motor. Estava disparant a baix cost, així que vaig cavar a la paperera de la part esquerra i vaig trobar un motor del netejador del parabrisa del cotxe de la meva construcció de robot de combat. Vaig recordar que aquest motor tenia molt de parell i estava molt ben construït. Així que confiava que tindria prou energia per conduir la porta.

De moment tenia tot el pla que necessitava. L’electrònica i el control són una història totalment diferent i arribaran més endavant.

Pas 2: provar el motor "amb precisió"

Per tant, confiava que el motor podia moure la porta, però no anava a construir tota la cosa i després em demostraria que estava equivocat. Així que vaig fer el que se suposa que han de fer els enginyers. Proves.

Bé, crec que se suposa que haurien de fer càlculs primer, però no tenia cap valor per calcular. Així que vaig espolsar el meu vell robot de combat i el vaig lligar a la porta. El robot de combat utilitza dos motors d’eixugaparabrises per conduir-lo. I va ser el més proper que vaig poder configurar ràpidament en nom de les proves.

Vaig donar al robot l’accelerador complet i què sabeu, la porta va començar a moure’s. Tot i la manca de tracció, el robot va poder moure la porta. Va ser prou bo per a mi, així que vaig continuar.

Pas 3: fer el muntatge del motor

Per un accident passat, sabia que aquests motors no són cap broma. I si aconsegueix el dit a la roda dentada, es pot besar amb bona compra. Vaig tenir un incident prop de perdre el dit quan estava construint el robot de combat, així que parlo per experiència.

Basant-me en aquesta experiència, volia que el muntatge fos el més amagat possible. Així que vaig decidir muntar-lo al suport que sostenia la porta.

Primer vaig adjuntar una xapa d’acer entre les dues peces de ferro d’angle. Va ser així perquè puc muntar el conjunt del motor a la part superior, sense haver de preocupar-me de tenir una base resistent.

Vaig decidir fer que el conjunt del motor es desmuntés de la base de la porta principal perquè potser voldria treballar-hi per separat. Treure el motor hauria estat molt difícil sobretot perquè treballava en un espai reduït. Això va donar els seus fruits més endavant, ja que vaig treure el conjunt del motor diverses vegades per treballar-hi.

Com podeu veure, he connectat el motor al conjunt del motor. També he fixat el pinyó al motor i un parell de pinyons a banda i banda per guiar la cadena cap al pinyó del motor i no permetre que rellisqui sota càrrega.

Pas 4: fabricació del suport de cadena

Tot el tema d’aquest projecte era reduir el cost, de manera que volia reutilitzar trossos d’acer vells que tenia en lloc de comprar-ne de nous. Vaig trobar un tros vell de brou angular que tenia prou gruix per al meu ús.

Vaig tallar el brou a mida amb la meva amoladora angular i després el vaig soldar entre si per fer el suport. Després vaig soldar el suport a la part superior de la porta. Una cosa important a tenir en compte és que no voleu soldar la part superior d’una superfície pintada. Tritureu sempre la pintura a la zona de soldadura.

Vaig haver de refer la soldadura tres vegades. La primera vegada va ser perquè no vaig muntar el suport fora de les parades físiques de la porta. Per tant, quan el provava i vaig trencar accidentalment un dels cables del commutador de límit, el suport es va forçar al interruptor de límit i el va trencar. Per tant, és important muntar sempre els suports de manera que no puguin danyar una altra part del sistema si fallen els interruptors de límit electrònics.

La segona vegada va ser perquè vaig muntar els suports torts. Aquest va ser el meu primer projecte de soldadura i no tenia pinces adequades, de manera que em va costar alinear el suport.

Un últim error que vaig cometre va ser foradar un forat després de soldar completament el suport. I com que la soldadura fa que l’acer sigui molt més dur, és molt més difícil de treure. Vaig passar tres broques i una hora de perforació constant per fer dos forats.

Així que apreneu d’aquests errors si teniu previst cometre alguna cosa similar. Passem a la instal·lació de la cadena.

Pas 5: Instal·lació de la cadena

Primer vaig tenir diferents idees en ment sobre com muntar la cadena de manera que tingui absorció de xocs per evitar la sobrecàrrega del motor quan es parteix d’una posició estàtica. Però res semblava prou senzill d’implementar. Així que vaig anar amb la solució més barata i senzilla.

Vaig agafar una cadena i vaig tallar el coixinet central de la peça final. Després vaig agafar un pern de 3 i vaig tallar el cap. Vaig fixar el pern a l'últim tros de la cadena i el vaig soldar. Potser no seria la solució més bonica. Però funcionarà.

Vaig connectar totes les cadenes de punta a punta i després vaig fixar l’extrem de la femella al suport de la cadena d’un costat. Vaig mesurar per veure on hauré de tallar la cadena a l'altre costat. El vaig marcar i vaig repetir el procediment de soldadura de femelles.

Després vaig muntar la cadena a la part superior de la porta. Vaig utilitzar un parell de parabolts per assegurar els dos extrems de manera que el pern no funcionés solt.

La clau en el meu cas era no estrenir massa la cadena perquè això posaria molta tensió al motor i a les rodes dentades. En lloc d'això, deixar que la cadena pesada descansés a l'extrem superior de la porta semblava ser la millor manera d'evitar una càrrega constant al motor.

D’aquesta manera, quan el motor comença a moure la porta, ha d’estirar primer el pes de la cadena abans de tirar la porta. Funciona com una molla per evitar la sobrecàrrega del motor.

La part mecànica de l'obertura de la porta és completa. Podem passar a algunes proves per veure si realment funciona.

Pas 6: proves

Ara que es va acabar el vessant mecànic del projecte, el vaig poder provar per resoldre alguns problemes i possibles trampes. He utilitzat una bateria de plom àcid de 12v i he connectat manualment el motor a la bateria. I sí! La porta es va començar a moure. Tot l’esforç fins ara no era per a res.

Em vaig adonar d'algunes coses durant les proves. Una d’elles era que el canal de la porta necessitava estar net i tot el necessari per lubricar-se adequadament. En cas contrari, el motor petit pot tenir alguna dificultat per moure la porta.

Una altra cosa important era que havia de tenir algun tipus de protecció electrònica contra la sobrecàrrega del meu motor per si els interruptors de límit electrònics deixaven de funcionar. No volia fregir el motor si això passés.

També he determinat la tensió de la cadena adequada per obtenir un rendiment òptim, ja que he provat el corrent de corrent del motor amb diferents tensions. La tensió més baixa era millor perquè absorbia totes les imperfeccions de l'alineació movent-se cap a l'esquerra i la dreta sense estressar el motor.

Amb aquests resultats, estava preparat per començar a treballar en el costat elèctric de les coses.

Pas 7: pla d'electrònica

Per tant, el pla amb l’aspecte electrònic era mantenir les coses el més senzilles possibles i tenir la funcionalitat desitjada.

L'energia provindrà d'una bateria de plom sec de 12V que es connectarà a un carregador de bateria. Tot i que vaig tenir molts problemes amb el carregador, del qual parlaré més endavant.

La caixa del cervell serà una placa arduino. Res de luxe, només un arduino uno. El control del motor es farà mitjançant una placa de relés de 4 canals que funciona com un pont H. La comunicació RF es gestiona mitjançant un mòdul receptor de 433 mhz. Un dels taulers econòmics d’1 dòlar. Tot i que no és la millor idea en retrospectiva. Més informació sobre això més endavant. La detecció de corrent utilitzarà un sensor de corrent de 20A. I, finalment, els interruptors de límit i els interruptors d’operació manual només seran interruptors normals.

Els comandaments a distància que vaig utilitzar eren comandaments a distància programables per a cotxes. Tot i que també em van donar problemes.

Així que aquest era el pla. Deixeu-ho entrar en la més profunda.

Pas 8: construcció d'electrònica

El procés de construcció d’electrònica no va ser gens complicat. Ho vaig muntar tot de manera que pogués canviar peces ràpidament si calia. Vaig fer servir pins de capçalera i connectors de pala sempre que era possible per permetre el desmuntatge ràpid. Vaig utilitzar una placa proto relativament gran per connectar els interruptors de límit i la placa RF. Tenir un tauler gran em permet afegir més funcions en el futur sense haver de refer el marc existent.

Hi ha alguns problemes que em vaig trobar amb l'electrònica. Primer va ser el tauler de relleus. Les traces del tauler de relés no estaven dissenyades per manejar grans corrents a baixa tensió. Alguns taulers de relés tenen traços estanyats, però el meu no. I una de les traces va explotar al cap d’un temps. Així, he aconseguit unir totes les línies d’alta intensitat amb un cable de mida adequada.

Un altre gran problema va ser el carregador que causava molta interferència EM. Això es deu al fet que el carregador no tenia marca i no tenia cap mena de certificació. I la interferència es desordenava amb el circuit. No respondria a l'atzar a les ordres rf. Em vaig adonar que es tractava d’un problema d’EM quan vaig apropar el meu portàtil a l’electrònica per programar-lo i es va descontrolar completament. Vaig comprar un carregador de cos complet de metall que estava molt superat per al meu ús, però que sembla funcionar bé per ara. Però ho canviaré més endavant.

També he tingut problemes amb els connectors que he utilitzat per als commutadors externs. Són molt fràgils i es trenquen quan es treuen diverses vegades. Encara he d’esbrinar uns connectors millors per a això.

El mòdul RF que he utilitzat és un mòdul molt bàsic i el seu abast no és gens impressionant. Però era el que tenia a mà i el que funcionava, de manera que em vaig quedar amb això per ara. Tot i que tinc previst actualitzar a un mòdul millor sobretot perquè vull que l’interval no sigui un problema. Odio haver de caminar cap al sistema només perquè funcioni.

Pas 9: allotjar l'electrònica

Al principi, acabava de muntar l’electrònica en un tros de fusta contraxapada i tenia previst construir una caixa de plàstic a sobre. Però em vaig adonar que seria molta feina. Així que, en canvi, vaig comprar un gran recipient per a aliments que tenia un segell impermeable.

Vaig muntar la bateria i el carregador a la part inferior. Vaig muntar l’electrònica en un tros de plàstic que venia amb la caixa. Vaig omplir osques per a tots els cables que sortien de la caixa i després vaig utilitzar una mica de greix de silicona per assegurar-me que no hi pogués entrar aigua. També vaig fer una tapa d’antena impresa en 3D per intentar maximitzar l’abast.

La caixa funciona perfectament. Està clar per poder veure si tot és bo a l'interior sense haver d'obrir-lo. I ha sobreviscut a alguns períodes greus de pluja, de manera que hauria de ser bona. Tot i que una de les preocupacions és la calor dins de la caixa perquè és clar i el sol pot escalfar l’electrònica ràpidament. La solució més senzilla és cobrir-lo amb una altra tapa oberta per evitar la llum solar directa.

Pas 10: interruptor de límit

El interruptor de límit per a la porta va ser un greu dolor, ja que vaig haver de fer diverses iteracions del disseny per aconseguir que funcionés de manera fiable.

Al principi, només vaig enganxar dos interruptors de palanca a banda i banda del muntatge i enganxar els para-xocs a la porta per colpejar els interruptors. Aquesta va ser una idea sòlida en principi, ja que l’he vist funcionar en impressores 3D. Però després d'algunes proves, els dos interruptors es van danyar i els para-xocs es van trencar. He canviat a interruptors més grans i he afegit escuma davant dels para-xocs amb l’esperança d’evitar l’impacte. Però encara es van trencar.

Em vaig adonar que la porta té molta inèrcia quan toca el interruptor de límit i, per tant, tenir un interruptor de límit de parada de força probablement no funcionarà. Vaig anar al mercat de l’electrònica a buscar idees i vaig trobar un interruptor de corró.

Vaig fer-ne un suport imprès en 3D i una rampa impresa en 3D. D’aquesta manera, l’interruptor s’actuaria quan arribi al seu límit, però no s’interposarà si per alguna raó la porta no s’atura gens o continua rodant a causa de la inèrcia.

Pas 11: Programació de l'electrònica

Programar l'electrònica era bastant senzill. Per al receptor de RF, he utilitzat la biblioteca rcswitch que gestiona tots els detalls descarnats de rebre el senyal dels comandaments a distància. La resta era només un munt de bucles if per comprovar si hi havia diferents condicions. Una d’aquestes condicions era la comprovació de la protecció contra sobrecorrent. He utilitzat un comptador de bucles per comprovar-ho. Podeu trobar el codi adjunt i fer comentaris si voleu que ho expliqui amb més detall.

Pas 12: es revelen els problemes i se solucionen

Durant el transcurs d’aquest projecte em vaig enfrontar a molts problemes mecànics i elèctrics. N’he esmentat algunes abans, però les enumeraré a continuació.

1. Comutadors de límit de parada dura: això es va convertir en un problema, ja que els interruptors de límit rebrien molta força fins i tot després de tallar l'alimentació de la porta. Una massa tan pesada té molta inèrcia. I qualsevol interruptor de parada dura que pogués pensar no era suficient per absorbir aquesta inèrcia. La solució és utilitzar interruptors de límit de rodament com jo.

2. Col·locació dels commutadors de límit dins dels límits durs: la vostra ubicació física ha de ser tal que, fins i tot si el commutador de límit no funciona, la porta no pot rodar a l'interruptor i destruir-lo. Això es va convertir en un problema quan es va trencar un dels cables del commutador de límit i la porta va rodar a l'interruptor, destruint el suport i l'interruptor. Ho vaig solucionar movent el suport de la cadena cap a fora perquè no pugui tocar el límit en cap cas.

3. Tensió de la cadena massa elevada: quan vaig posar la cadena per primer cop, la vaig estrènyer tant que va posar molta força a l’eix del motor perpendicularment al seu pla de moviment. A causa d'això, el motor era ineficaç, ja que lluitava amb moltes friccions. Això no hauria estat un problema si fes un muntatge de motor adequat amb rodaments i tot, però no en tingués l'experiència. A més, la porta no era recta al llarg de la seva longitud, de manera que la cadena es movia d’esquerra a dreta. Per solucionar aquest problema, simplement vaig afluixar la cadena. No funciona bé.

4. Interferència EM del carregador: el carregador de bateria que volia utilitzar produïa tanta EMI que feia que el receptor fos ineficaç i esquifit. Vaig intentar aplicar apantallament, però crec que la combinació d'EMI conductiu i radiat era excessiva per al maneig del circuit. La solució per a això no és una solució permanent, però he utilitzat un carregador de cos metàl·lic molt més gran que és gairebé 20 vegades més potent del que es necessita. Però funciona per ara.

5. Rang de RF: el receptor de RF que vaig utilitzar no era el millor. Va ser un d’aquests $ 1 barats. La gamma, tot i que no és terrible, no és suficient per estar còmode. De moment, l'acabo d'optimitzar amb una antena de fil, però buscaré una millor solució de RF.

6. Copiar comandaments a distància de RF: aquest era un problema tan ximple, quan finalment ho vaig descobrir, vaig riure. Així que em dedico a aquests comandaments a distància programables que poden aprendre codis d'altres comandaments a distància. Vaig utilitzar-ne una com a línia base i després vaig provar de copiar-ne els codis. Després d’hores de violí, em vaig assabentar que no podeu copiar el comandament d’un altre comandament similar. Només podeu copiar codis de comandaments a distància estàndard. Vaig trigar innombrables hores a esbrinar-ho. Intenta, doncs, no caure en el mateix parany. La solució és fer servir qualsevol altre comandament a distància estàndard i després copiar-lo a tots els comandaments a distància programables.

7. Forat d'acer dur: aquest era un problema molest. Quan vaig muntar els suports de la cadena a la porta, volia fer-hi un forat. Va ser llavors quan vaig saber que l’acer s’havia endurit perquè el soldava. Vaig trencar molts trossos intentant superar-ho. Així que el meu aconsellem que es perfori abans de soldar. Us estalviarà molts problemes.

Aquests van ser alguns dels problemes que vaig afrontar durant la meva construcció. Vaig a afegir a aquesta llista a mesura que penso en més problemes.

Pas 13: finalització de la compilació (s’ha acabat alguna versió?)

Vaig finalitzar la construcció posant-ho tot junt. La caixa electrònica va quedar al seu lloc i es va connectar a la xarxa. Vaig finalitzar una carcassa impresa en 3D per als interruptors de moviment manuals i els vaig muntar allà on es podia accedir fàcilment. Vaig posar mànigues als cables i els vaig lligar al seu lloc per evitar que cap fil quedés atrapat a les parts mòbils. Vaig desmuntar el conjunt del motor per pintar-lo. També vaig pintar els suports de la cadena ja que ja havien començat a rovellar-se.

I això va ser tot. El control lliscant automàtic de la porta estava llest per utilitzar-se. Han passat dos mesos des que l’he acabat i continua funcionant com s’esperava. Hi faré millores quan torni a casa, de manera que realment no puc dir-ne una versió acabada. Però acabat per ara.

Vaig gastar-hi més de 100 dòlars tenint en compte totes les coses que vaig comprar que vaig trencar o que no vaig acabar utilitzant mai. Però seguiré enumerant la llista de materials per demostrar que es pot fer amb menys de 100 dòlars si s’hi posa en compte.

Pas 14: llista de materials

Moltes de les peces, incloses les d'acer, motors, etc., van ser reciclades. Per tant, no són el millor gruix ni s'han de netejar. Però vaig acabar estalviant molts diners.

1. Motor del netejador d’escut de vent AliExpress = 10 dòlars des de la brossa
2. Bateria de plom àcid de 12 V 4,5 Ah = 10 dòlars
3. Carregador de bateria de 12V = 10 $
4. Cadena de motocicletes = 20 dòlars (menys a la brossa)
5. Mòdul de relé AliExpress = 3 dòlars
6. Arduino Uno AliExpress = 4 dòlars
7. Sensor actual AliExpress = 2 dòlars
8. Mòdul RF AliExpress = 2 dòlars
9. RF Remote AliExpress = 5 dòlars
10. Habitatge = 15 dòlars
11. Canvi de límit AliExpress = 5 dòlars
12. Diversos (acer, filferro, etc.) = 14 dòlars

Total = 100 $

Pas 15: Conclusió

Aquest projecte funciona des de fa dos anys. I no hi ha hagut més problemes. Independentment, faig millores incrementals de tant en tant. He actualitzat els comandaments a distància, he afegit interruptors impermeables, he tornat a fer el cablejat, he afegit la detecció de voltatge, he actualitzat el carregador i molt més.

La construcció ha demostrat ser molt fiable a causa de la calor i la pluja. Estic orgullós del que he pogut construir, i això també a un cost molt baix. Aviat crearé un altre sistema per a alguns familiars amb algunes millores més en el meu disseny original.

Espero que hagueu après alguna cosa del meu viatge per aquesta construcció. Si teniu alguna pregunta o comentari, demaneu-ho.