Автоматические ворота своими руками

Совсем недавно познакомился с архитектурой Arduino. Простота технологии настолько понравилась, что сразу же захотелось сделать что-нибудь своими руками. И первым своим проектом решил создать автоматические раздвижные ворота на дистанционном управлении!

Обо всем по порядку, но для начала немного информации для непосвященных об Arduino:

Arduino - это готовая платформа (микроконтроллер), позволяющая легко и быстро создавать различные электронные устройства. Arduino позволяет компьютеру выйти за рамки виртуального мира в физический и взаимодействовать с ним. Устройства на базе  Arduino могут получать информацию об окружающей среде посредством различных датчиков, а также могут управлять различными исполнительными устройствами.

По сути Arduino представляет собой миникомпьютер, в который через USB-шнур из обычного компьютера записывается программный код, написанный на языке C++. В дальнейшем наш программный код в автономном режиме управляет контактами ардуино, к которым подключаются различные устройства (датчики, реле, моторчики, светодиоды и т.д.)

Существует много разновидностей платформ Arduino, различающихся мощностью и функционалом. Вот например, две наиболее часто используемые из них:

Arduino изначально придуман итальянцами, но как и все в этом мире - успешно освоен китайцами.

Заказать можно с Алиэкспресс, стоимость плат варьируется от 2 до 10 долларов за единицу (против 30-100 оригинала). Качество и работоспособность абсолютно идентичные (надпись Made in Italy естественно присутствует). Там же можно заказать кучу датчиков и прочих необходимых прибамбасов. Для начинающих рекомендую приобрести стартовые пакеты: готовый набор с платформой ардуино и большим количеством необходимых устройств (от светодиодов и резисторов до ЖК-дисплеев). Стоит такой набор порядка 25 баксов.

Ну а теперь вернемся к нашему проекту

Для сборки нам понадобятся:

1. Старый советский асинхронный реверсивный двигатель:

2. Старый советский редуктор (непонятно от чего):

3. Старые советские концевые выключатели (от тельфера)

4. Корпус от аптечки автомобильной универсальной

5. Собственно сама платформа ардуино. В данном случае самая простая - UNO

6. Беспроводные дистанционные пульты управления с приемником, работающие на радиочастоте 315 Мгц

7. Электронный реле-переключатель

8. Магнитный пускатель (сразу сфоткать забыл, поэтому выкладываю постскриптум с уже подключенными проводами)

9. Старые советские конденсаторы

10. Ручной пульт управления

11. Блок питания на 9 вольт (у всех такой есть;))

12. Фара от отечественного автопрома

13. Два светодиода и два резистора на 220 Ом

14. Шмоток проводов

15. Ну и наконец сами ворота, куда мы будем все это монтировать

 

Приступаем к изготовлению.

Для начала проводим механическую работу с болгаркой, дрелью, молотком, электросваркой, и с помощью небольших усилий соединяем двигатель с генератором на жесткой опоре, собранной из металлических уголков. Приводной механизм строим на базе шкивов и ремня. Вот что в итоге получилось:

 

Теперь переходим к электронике:

Силовую часть нашей системы монтируем в корпус от аптечки:

Как видите из рисунка, здесь я разместил магнитный пускатель, который нужен для того, чтобы менять направление вращения реверсивного двигателя

Методом тыка установлено, что для запуска этого двигателя необходимо и достаточно ровно два параллельно спаянных конденсатора, поэтому третий я выкинул

Сюда же я разместил тот самый 9 вольтовый блок питания, предварительно удалив из него лишние части корпуса. 9 вольт нужно для питания платформы ардуино

Таким образом, в аптечке я разместил все габаритные и высоковольтные механизмы. Все что работает от 220 вольт

Получился отличный герметичный бокс (почти герметичный)

 

Все микросхемы я разместил в автомобильную фару. Ну во первых потому-что они малогабаритные, во-вторых очень чувствительны к влаге (а фара просто идеальный образец герметичности), и наконец, в-третьих они все работают от малого тока 5-9 вольт, поэтому такие устройства нужно держать отдельно от высоковольтных

(это кстати тоже выяснилось в процессе работы. Сначала я все разместил в одной аптечке, но во время первого же испытания оказалось, что вся система работает нестабильно. Причиной было то, что конденсаторы накапливают большой ток, который создает вокруг себя намагниченное поле, напряженностью более 5 вольт. В результате все контакты ардуино самовольно улавливали этот ток и наперебой включались сами по себе. Поэтому было принято решение вынести все микросхемы подальше от аптечки в отдельный бокс.)

В итоге вот что получилось:

На дне размещен микроконтроллер Ардуино. Это мозг всей системы. В него будет записан управляющий программный код

Сверху размещена микросхема-приемник от дистанционных пультов. Она улавливает кодированный радиосигнал от пультов и посылает импульс в микроконтроллер Ардуино сигнализируя о нажатии той или иной кнопки на пульте

Снизу размещена плата с двумя реле-переключателями, которые нужны для того, чтобы подавать высокое напряжение 220 вольт на магнитные пускатели для последующего запуска двигателя в ту или иную сторону

Светодиоды запаял прямо в крышку фары, соединив через резисторы (чтобы не сгорели. Напряжение 5 вольт для них слишком много). Светодиоды я добавил для визуальной индикации. Ярко желтый светодиод я сделал мигающим (мигание осуществляется программным кодом) для того чтобы из далека (конкретно из окна дома) можно было убедиться в нормальной исправности\работоспособности системы. Красный светодиод загорается во время нажатия кнопки на пульте дистанционного управления. Он как бы информирует о том, что сигнал с пульта получен нормально, и если ворота не открываются, то значит дело не в отсутствии радиосигнала

Этот бокс вышел еще лучше силового:

 

Теперь когда все физические элементы собраны переходим к программированию микроконтроллера

На сайте Arduino скачиваем и устанавливаем в компьютер специальную программу, предназначенную для создания программного кода и его последующей записи в микроконтроллер. Вот как она выглядит:

Пишем программный код. В моем случае он таков:

   

1. #define DIGITAL_IN1 8
2. #define DIGITAL_IN2 9
3. #define DIGITAL_IN3 10
4. #define DIGITAL_IN4 11
5. #define OUT_PIN1 12
6. #define OUT_PIN2 13
7. #define WORK_INDICATOR 6
9. // +++++++++++++++++++++++ИНДИКАТОР НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
10. const int ledPin = 7; // номер выхода, подключенного к светодиоду
11. // Variables will change:
12. int ledState = LOW; // этой переменной устанавливаем состояние светодиода
13. long previousMillis = 0; // храним время последнего переключения светодиода
15. long interval = 1000; // интервал между включение/выключением светодиода (1 секунда)
16. // +++++++++++++++++++++++ИНДИКАТОР НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
19. void setup () {
20. // Настраиваем пины
21. pinMode (DIGITAL_IN1, INPUT);
22. pinMode (DIGITAL_IN2, INPUT);
23. pinMode (DIGITAL_IN3, INPUT);
24. pinMode (DIGITAL_IN4, INPUT);
25. pinMode (OUT_PIN1, OUTPUT);
26. pinMode (OUT_PIN2, OUTPUT);
27. pinMode (WORK_INDICATOR, OUTPUT);
29. // +++++++++++++++++++++++ИНДИКАТОР НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
30. // задаем режим выхода для порта, подключенного к светодиоду
31. pinMode(ledPin, OUTPUT);
32. // +++++++++++++++++++++++ИНДИКАТОР НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
33. }
36. void loop() {
38. int InputSignal_1 = digitalRead(DIGITAL_IN1);
39. int InputSignal_2 = digitalRead(DIGITAL_IN2);
40. int InputSignal_3 = digitalRead(DIGITAL_IN3);
41. int InputSignal_4 = digitalRead(DIGITAL_IN4);
43. digitalWrite(OUT_PIN1, HIGH);
44. digitalWrite(OUT_PIN2, HIGH);
46. // Временное вращение. Кнопки A,B,C,D
47. if (InputSignal_1 == HIGH) {
48. digitalWrite(OUT_PIN2, LOW);
49. digitalWrite(WORK_INDICATOR, HIGH); // активируем красный индикатор
50. delay(400);
51. digitalWrite(OUT_PIN2, HIGH);
52. digitalWrite(WORK_INDICATOR, LOW); // гасим красный индикатор
53. }
54. if (InputSignal_3 == HIGH) {
55. digitalWrite(OUT_PIN1, LOW);
56. digitalWrite(WORK_INDICATOR, HIGH);
57. delay(400);
58. digitalWrite(OUT_PIN1, HIGH);
59. digitalWrite(WORK_INDICATOR, LOW);
60. }
61. if (InputSignal_2 == HIGH) {
62. digitalWrite(OUT_PIN2, LOW);
63. digitalWrite(WORK_INDICATOR, HIGH);
64. delay(400);
65. digitalWrite(OUT_PIN2, HIGH);
66. digitalWrite(WORK_INDICATOR, LOW);
67. }
68. if (InputSignal_4 == HIGH) {
69. digitalWrite(OUT_PIN1, LOW);
70. digitalWrite(WORK_INDICATOR, HIGH);
71. delay(400);
72. digitalWrite(OUT_PIN1, HIGH);
73. digitalWrite(WORK_INDICATOR, LOW);
74. }
76. // +++++++++++++++++++++++ИНДИКАТОР НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
77. // здесь код, который будет работать постоянно
78. // и который не должен останавливаться на время между переключениями светодиода
79. unsigned long currentMillis = millis();
81. //проверяем не прошел ли нужный интервал, если прошел то
82. if(currentMillis - previousMillis > interval) {
83. // сохраняем время последнего переключения
84. previousMillis = currentMillis;
86. // если светодиод не горит, то зажигаем, и наоборот
87. if (ledState == LOW)
88. ledState = HIGH;
89. else
90. ledState = LOW;
92. // устанавливаем состояния выхода, чтобы включить или выключить светодиод
93. digitalWrite(ledPin, ledState);
94. }
95. // +++++++++++++++++++++++ИНДИКАТОР НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
98. //Finish
99. }

 

Заливаем код в наш микроконтроллер. Теперь ардуино автономно будет улавливать сигналы с пульта дистанционного управления и посылать нужные команды на реле и светодиоды. Реле в свою очередь будут включать магнитные пускатели, которые будут управлять двигателем

 

Теперь осталось самое малое и приятное: установить все это на ворота и проверить результат.

Вот что получилось в итоге:

 

 

 

Скорость вышла медленной. Но это легко устраняется путем замены диаметра одного из шкивов (в большую или меньшую сторону, смотря какой шкив менять)

 

Итак подобьем бабки подведем итоги, тенге:

Наименование	Количество	Цена	Сумма
1.Реверсивный двигатель	1	3 000	3 000
2.Редуктор	1	2 000	2 000
3.Концевые выключатели	2	200	400
4.Аптечка универсальная	1	0	0
5.Микроконтроллер Arduino	1	800	800
6.Пульты дистанционного управления	1	750	750
7.Релейный модуль	1	600	600
8.Магнитный пускатель	1	5 500	5 500
9.Конденсаторы	2	100	200
10.Ручной пульт управления	1	1 350	1 350
11.Блок питания 9v	1	0	0
12.Фара автомобильная	1	0	0
13.Светодиоды	2	5	10
14.Резисторы 220 Ом	2	5	10
ИТОГО			14 620

* Самым дорогим элементом является магнитный пускатель. В шкафу на полке такой не найдешь, поэтому придется приобретать в специализированном магазине электротехники. Для тех, у кого в гараже завалялись старые ненужные двигатели, редукторы и прочее, смета выйдет намного дешевле.