Paperera automàtica: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Es tracta d’un moviment que detecta la paperera d’obertura automàtica. Té connectivitat wifi i envia un missatge de text quan està ple. Es fa per a ECE-297DP a la Universitat de Massachusetts - Amherst. L’objectiu principal d’aquest curs era adquirir experiència amb l’electrònica pràctica, ja que sentia que estava darrere dels meus companys i em beneficiaria combinar les coses que vaig aprendre de les meves conferències amb el treball vivencial.

Materials necessaris:

- 1x Arduino Uno

- 1x ESP-8266

- 2x Microservos

- 2x detectors de moviment ultrasònics HC-SR04

- 1 LED RBG

- Resistències 3x 330 Ω

- Regulador de voltatge 1x 3,3

- Condensador electrolític de 2x 100 uF

- Condensador de ceràmica 1x 0,1 uF

- 1 envàs de cervesa amb ampolla de coll llarg Corona Extra de 12 paquets

Pas 1: Plans originals i progressió

Al principi del semestre, no tenia previst el que volia fer. Vaig saltar a aquesta classe sense tenir en compte una idea. Per començar, vaig desenvolupar una manera senzilla de travessar-me lentament en el món de l’electrònica per aficions.

Passos:

1. Apreneu els conceptes bàsics d’Arduino

- Això es va fer seguint la guia d'inventors SparkFun que s'inclou amb el kit d'inici. Em va permetre aprendre els conceptes bàsics de resistències, LEDs, elements piezoelèctrics (so), detecció i codificació general amb Arduino.

2. Mira els projectes de bricolatge Arduino en línia

- Es tractava de trobar alguna inspiració per fer electrònica creativa i útil

3. Utilitzeu la inspiració per trobar el que volia fer

- Com que sóc una persona mandrosa i perquè els meus amics amb qui estic allotjant-me el proper semestre no es netegen molt bé, vaig decidir fabricar una paperera automàtica.

El pla original per a això va venir amb parlar amb un dels meus pares mentors, Bryan Tam, un altre estudiant d'Enginyeria Informàtica. Discutir en veu alta amb ell criticant els meus dissenys em va ajudar a entendre el procés de disseny. El procés de prendre un problema i pensar una solució per molt inviable que sigui, i després debatre sobre com fer aquest projecte. Em va ensenyar que l’ambició i la creativitat són fonamentals per al disseny en enginyeria.

Inicialment, volia fer una paperera que detectés automàticament quan la paperera estava plena i després tancar o embolicar la bossa. Després d’investigar possibles maneres de dissenyar-ho, em vaig adonar que això estava lluny de les meves mans. Per tant, he canviat lleugerament l’objectiu: fer una paperera que pugui enviar un text quan estigui ple.

Arribant cap al final del semestre, tenia problemes per integrar el component WiFi per enviar el text i estava preocupat, així que vaig pensar en altres alternatives com a sistema d'alarma. Vaig mirar cap als elements piezoelèctics per tal de fer un so molest que no s’aturaria fins que no s’extreguin les escombraries. A més, vaig mirar d'utilitzar LEDs per crear diferents colors per indicar el nivell de paperera.

Per crear-ho, caldrien dos sensors: un per a que l’exterior detecti quan una mà està a sobre d’ella per obrir-se i un per dins per detectar el nivell d’escombraries. Originalment, només el mòdul WiFi enviava el text com a alarma, però a prop del final del semestre vaig decidir afegir una llum a la part superior de la paperera per donar-hi suport.

Aquest és el disseny del projecte amb el qual em vaig quedar i vaig acabar fins al final.

Pas 2: investigació

Per preparar-me per aquest calvari, vaig investigar diverses coses.

Primer investigo sobre la forma general de codificar Arduino. Practicar amb el kit d’inventors SparkFun va ajudar enormement; acostumant-me a haver de connectar els pins a l'Arduino i a fer servir una placa.

Després vaig practicar particularment l’ús de servos, ja que sabia que així hauria de controlar la tapa per girar. Primer, practicant el control de la seva sincronització i després combinant l’ús amb els condicionants per poder controlar quan s’activen.

Després vaig investigar quins sensors calia utilitzar. N’hi havia de dos tipus: un sensor d’ultrasons (HC-SR04) i un sensor d’infrarojos (PIR Motion Sensor). El sensor ultrasònic envia un impuls que després es fa rebotar i és llegit per l'HC-SR04, calculant el temps en aquest interval, per determinar la distància entre aquest i la ubicació del rebot. Vaig decidir utilitzar el sensor d'ultrasons per al sensor interior, ja que la detecció de la distància seria més útil, sobretot perquè les escombraries no emeten molta radiació. Aleshores vaig decidir que seria més fàcil utilitzar un HC-SR04 tant per al sensor interior com exterior.

Investigant sobre l’ESP-8266, vaig aprendre molt sobre el funcionament del wifi. Vaig conèixer els punts d’accés i els punts d’estació. També vaig conèixer els servidors web com una opció possible. Al final. L'ESP és la seva pròpia placa que es pot programar completament per separat a l'Arduino. Per tant, fins i tot és possible fer tot aquest projecte només utilitzant-lo. Per programar l'ESP, el vaig connectar a l'Arduino i vaig connectar GND a l'Arduino per restablir-lo per desactivar-lo i fer-lo servir de comunicador entre l'ESP i el cable USB.

Aleshores vaig saber que puc fer que l’ESP actuï com un client que vulgui accedir o sol·licitar dades d’un lloc web. Sabent això, he utilitzat el lloc web IFTTT.com per crear una miniaplicació per connectar webhooks a missatges de text SMS, de manera que quan s’activa un esdeveniment (quan un client sol·licita dades d’un URL concret, enviaria un text).

Una altra cosa que vaig investigar van ser els reguladors de tensió, els díodes i les resistències. Es necessitaven resistències perquè el LED connectés el LED a l’Arduino. Els díodes i els reguladors de tensió eren possibles solucions per alimentar l’ESP-8266, ja que requereix estrictament 3,3 V per Vcc. El regulador de tensió va ser la solució més fàcil. Tot i que hi ha una opció de 3,3V a l’Arduino, la vaig aprofitar per aprendre més.

Després d'això, vaig conèixer els condensadors, ja que són necessaris per a un regulador de voltatge en funcionament. Els condensadors ajuden a reduir la tensió en cas que "reboti" o "singlot" massa. Els condensadors electrolítics i 1 de ceràmica són els habituals per als reguladors de tensió.

La majoria de la investigació intentava depurar el meu codi, ja que hi anava fent molts errors.

Pas 3: dificultats trobades i com les vaig superar

Gran part de la dificultat al començament del semestre era simplement el fet que no tenia experiència. Ni tan sols havia pensat en construir alguna cosa, així que tenia por de ser massa ambiciós o massa senzill. Per això, vaig deixar d'escollir una idea durant tant de temps.

Per superar-ho, parlar definitivament amb una persona gran que tenia experiència va ajudar. Bryan va poder criticar les meves idees i dir-me quines anaven en la direcció correcta i quines anaven en la direcció equivocada. Em va ajudar a adonar-me que havia de tenir en compte el meu nivell d’habilitat, els recursos als quals tenia accés i la gestió del temps.

La gestió del temps també va ser molt difícil per a mi. Ja sé que tinc un punt feble pel que fa a la gestió del temps, sobretot perquè aquest semestre va ser molt ple, ja que estava sobrecarregat de 21 crèdits.

Hi va haver moments en què vaig haver de sacrificar-me per treballar en el meu projecte, però per superar-ho vaig dedicar almenys una hora de recerca els caps de setmana a treballar en el projecte i cada dues setmanes els caps de setmana per anar a M5 a treballar-hi.

Una altra dificultat que vaig tenir va ser la manca de coneixement de bona part de les parts. No sabia com funcionaven ni quins cables connectaven on. Per superar-ho, vaig aprendre el valuós avantatge de buscar els fulls de dades en línia, cosa que em va ajudar a comprendre quina era la tensió d’entrada necessària i on calia connectar VCC, GND i entrades. Recordo haver treballat específicament en intentar connectar els servos als detectors de moviment i sentir-me frustrat perquè els servos no funcionaven en absolut.

Això em va portar a provar diferents servos, amb l'esperança que alguna cosa no els anés bé. Tot i això, encara no funcionaven, cosa que volia dir que havia de ser el meu cablejat o el meu codi. Llavors vaig provar d’utilitzar una font d’alimentació externa connectant els servos a 4 bateries AA, ja que havia llegit que de vegades és possible que l’USB d’un ordinador no doni suficient voltatge per alimentar-los. Finalment, vaig decidir simplement mirar el full de dades i em vaig adonar que era només perquè el meu cablejat era incorrecte tot el temps.

El meu obstacle més difícil: intentar integrar el component WiFi a l’Arduino. Buscava molts tutorials en línia i simplement entenia la programació perquè em resultava difícil d’entendre. Tot i això, un lloc web en particular em va ajudar i em va introduir a IFTTT. No obstant això, vaig creure haver aconseguit una victòria, no em vaig adonar que les taules estaven separades i havia acabat programant les taules amb un codi diferent. Vaig estar atrapat durant una setmana intentant esbrinar com connectar-los, però Internet no em va ajudar. Per superar aquest obstacle, finalment vaig demanar ajuda al doctor Malloch. Sóc una persona molt orgullosa i tendeixo a voler fer les coses tot sol. No obstant això, m'havia ajudat anteriorment, no tenia cap problema, sinó una discussió sobre possibles maneres d'enfocar el meu projecte. Simplement preguntar-li al doctor Malloch va solucionar immediatament la integració del meu ESP-8266.

Aquest projecte em va ajudar a situar-me al meu lloc i a adonar-me que hauria de treballar i demanar més ajuda a la gent, ja que l’enginyeria no és un projecte en solitari sinó una dinàmica d’equip.

Pas 4: Canvis a M5 per ajudar a racionalitzar el procés d'aprenentatge

M5 va ser una eina fantàstica per a mi aquest semestre. Ja inclou molts recursos per a nous exploradors i veterans experimentats.

Crec que M5 podria ajudar a racionalitzar el procés d’aprenentatge tenint més tallers sobre una àmplia varietat de temes i fent-los més anunciats. Amb prou feines havia sentit a parlar dels tallers que es feien a M5 i els únics que coneixia eren els tallers de soldadura.

També serien útils altres tallers com ara "Com es pot dissenyar" o "Com utilitzar la impressora 3D". Potser sí que tenen aquests tallers, però mai no vaig poder escoltar-los.

Pas 5: Què he aconseguit al final

Vaig poder fer una paperera automàtica

Més important encara, però, vaig aprendre la importància de la gestió del temps, com construir circuits i utilitzar peces electròniques. Vaig aprendre sobre Arduino, ones i detecció, resistències, taules de connexió, WiFi, l’ESP-8266, servidors web, reguladors de tensió, díodes, etc. Vaig poder aconseguir exactament el que tenia en ment. Per obtenir una comprensió d’un nivell pràctic sobre electrònica i circuits.

També em va provocar un foc creatiu, ja que la creació d’aquest projecte, encara que de vegades extremadament frustrant, va ser molt divertit i gratificant de fer. Finalment, entendre com funciona una peça o fer funcionar el codi com volia valia la pena les hores de canvis i canvis que havia de fer. Em va ajudar a entendre que això era el que volia fer. Al principi del semestre, dubtava sobre l’enginyeria elèctrica i informàtica, ja que no tenia experiència per saber si m’agradava o no. Com si algú no sap si li agrada un esport, un videojoc o un hobby, tret que ho provi.

El meu major èxit va ser poder dir amb confiança que vull continuar amb l'enginyeria elèctrica i informàtica.

Pas 6: Com algú pot seguir els meus passos?

Si algú es troba en la mateixa situació en què em trobava a principis del semestre, us recomanaria fer els mateixos passos que he esbossat a "Plans orals i progressió". Això realment em va ajudar a distingir lentament què m’interessava fer i què podia fer.

En concret, per a aquest projecte, explicaré a continuació com fer-ne un.

Pas 1: aneu a IFTTT.com, registreu el vostre número de telèfon i, a continuació, creeu una miniaplicació. Trieu el "si" per ser webhooks i el "que" per ser SMS. Un cop creat, cerqueu Maker Webhooks al quadre de cerca i feu clic a la documentació. Empleneu la informació amb el vostre propi nom d’esdeveniment i copieu l’URL. Aquest és l’URL que utilitzarà per al codi ESP-8266 que es troba a la part inferior.

Pas 1: connecteu l'ESP-8266 com a tal:

RXD -> RX

TXD -> TX

VCC -> VCC

CH_PD VCC

GPIO0 -> GND

GND -> GND

A continuació, connecteu el GND a l'Arduino al Restabliment per desactivar-lo.

Pas 2: introduïu el codi a la part inferior i pengeu-lo a l'ESP-8266 (primer descarregueu la placa esp-8266 a l'IDE). A continuació, desconnecteu l’ESP-8266.

Pas 3: connecteu els servos al pin 8 i al pin 9 de l'Arduino

Pas 4: connecteu el primer sensor HC-SR04 als pins 10 i 13 (per trig i eco, respectivament). A continuació, connecteu el segon als pins 11 i 12 (de nou per trig i eco, respectivament).

Pas 5: connecteu el LED RGB als pins 4 (vermell), 5 (verd) i 6 (blau).

Pas 6: connecteu GPIO2 al pin 2

Pas 7: introduïu el codi a la part inferior (ECE_297_DP) i pengeu-lo a l'Arduino.

Pas 8: cerqueu una antiga caixa de cervesa reciclada i un tros de cartró per a la tapa. Enganxeu en calent les paletes als servos i, a continuació, enganxeu-los a l'interior del bot de cada costat. Enganxeu la tapa dels palets de palets. Enganxeu els dos sensors a la tapa (l’interior és el que detecta les escombraries (pins 11 i 12) i l’exterior és el que detecta el moviment (pins 10 i 13). A continuació, enganxeu el LED a la part superior de la tapa. I enganxeu el cablejat darrere de la caixa per amagar el cablejat lleig.

Pas 7: què faria a continuació?

Avançant en el projecte, vaig tenir algunes idees per implementar una alarma de so a més del LED. Com que vaig aconseguir que l’ESP-8266 funcionés, vaig decidir no fer-ho. Tanmateix, si avançés, seria interessant afegir-ne un i molestar a la gent perquè tregui les escombraries.

A més, m’hauria agradat treballar en un projecte més definitiu, ja que es tracta sobretot d’un projecte de prova de concepte. Si avançés, hauria fet servir una paperera o un contenidor de plàstic més fort. A més, m'hauria agradat ser més eficient amb el cablejat, ja que és molt desordenat.

Una alternativa a l’ESP-8266 que estava estudiant mentre em preocupava no poder-lo integrar era utilitzar un mòdul Bluetooth. El meu amic Sean m’havia comentat que anteriorment havia fet un projecte en el qual havia d’enviar dades del seu projecte al telèfon i utilitzar un mòdul Bluetooth. Va dir que era relativament fàcil. Tot i això, vaig aconseguir que el mòdul WiFi funcionés abans de fer cap detectiu seriós. Crec que seria interessant veure cap a on m’hauria conduït aquell camí.

A part d'això, m'hauria agradat implementar la part "embolcall automàtic de bosses d'escombraries", però això encara està fora de la meva lliga. Potser en un futur futur, tornaré a visitar aquest projecte i intentaré fer-lo més eficient.