HOME O MNĚ KOLO ELEKTRONIKA RODINA FOTOGALERIE ODKAZY NOVINKY STÁHNOUT NAPIŠTE MI HLEDAT
  Elektronika  
   

Automatické zavírání dvířek čmelínu

Úvodem:

Nedávno mne můj tchán požádal o řešení zajímavého projektu. Na své zahrádce začal chovat čmeláky z důvodu lepšího opylení rostlin. O své hnízdo však v průběhu léta 2014 přišel, neboť mu je pozabíjel noční motýl, a to i přesto, že jsou čmeláci ke své obraně dostatečně vybaveni žihadlem a kusadly. Bohužel proti škůdcům, vnikajícím do jejich hnízd, jich nepoužívají. Jejich ochrana před predátory je výhradně na chovateli. Stál jsem před úkolem postavit zabezpečení čmelínu (zejména vstupních dvířek) přes noc, kdy čmeláci nelétají, ale přesto jsou v ohrožení škůdci. Článek popisuje konstrukci automatického zavírání dvířek čmelínu.

  • spolehlivé vyhodnocení dne a noci

  • spolehlivý pohon pro pohyb dvířek

  • bateriový pohon s měřením napětí

  • varovný systém při slabých bateriích

  • uživatelské tlačítko pro otevření/zavření dvířek

Technické údaje:

  • Napájecí napětí: 5 až 6V, stejnosměrné Baterie: 4ks alkalická baterie LR20, typ D (velký buřt)

  • Klidový proud: 8 až 12mA, dle napájecího napětí

  • Indikace vybití baterie: 4,8V

  • Vypínací napětí: 4,5V, vrátka čmelínu se uzavřou

  • Perioda měření: cca 5 min

  • Časování serva: 300 až 900us

  • Životnost baterie: > 1 měsíc (verze FW 1.07)

Ovládání přístroje:

Po vložení baterií se automaticky nastaví poloha dvířek, dle osvětlení. Tlačítkem lze dvířka překlápět, dle vůle uživatele a dvířka v dané poloze vydrží do další změny denní doby. Pak dále fungují automaticky. Konstrukce obsahuje indikační diodu LED, která se rozsvítí při změně polohy dvířek, a které začne intenzivně blikat, když docházejí baterie. Tím je uživatel upozorněn na jejich výměnu. V případě úplného vybití baterie se dvířka čmelínu zavřou. Pohon i elektronika byly umístěny pod sundavací stříšku čmelínu. Mezi páku serva a dvířka natáhneme silonový vlasec nebo silnější nit. Zdvih dvířek není kritický a bohatě postačí 10mm. Více lze pochopit z fotogalerie, níže.

Popis zapojení:

Pro ovládání dvířek čmelínu bylo použito modelářské servo. Výhodou je, že polohu nastavení si ohlídá servo samo, a odpadá tak starost s koncovými spínači, pokud bychom použili obyčejný stejnosměrný motor nebo elektromagnet. Navíc servo dokáže natočit libovolný úhel, takže není problém velikost škvíry pro čmeláka doladit v programu mikroprocesoru. Modelářská serva jsou natolik výkonná, že obyčejné servo vyvine sílu 2Kg na 1cm páky, což je pro naši aplikaci dostatečné. Nevýhodou je, že klidová spotřeba serva je v řádu mA, a tak je třeba v klidovém stavu od serva odpojit napájení. O to se stará tranzistor MOS T2, který je při nečinnosti serva uzavřený. Pro danou aplikaci je vcelku jedno, zdali se použije analogové nebo digitální servo. Lze použít téměř libovolné servo. Pro měření intenzity osvětlení byl zvolen fotoodpor, který je vhodnější nežli fotodioda, zejména při vyhodnocení intenzity osvětlení mikroprocesorem. Deska plošných spojů je navržena pro použití externího zdroje referenčního napětí s obvodem TL431, nicméně během realizace jsem zjistil, že je možné zařízení zjednodušit a použít vnitřní referenci přímo z mikroprocesoru. Pak není třeba osazovat součástky IC2, R1, C5 a C11 a je třeba zapojit propojku mezi TP1 a TP2. Trimr P1 a rezistor R6 se rovněž neosazují, současná verze FW s nimi nepočítá. Oříškem však byla volba mikroprocesoru, na které se bohužel podepsal nedostatek času, který jsem měl na realizaci. Volba mikroprocesoru je klíčová, zejména s ohledem na spotřebu zařízení. Je třeba připomenout, že uvedené zapojení řeší odpínání serva, ale i měřícího obvodu s fotoodporem s cílem snížit spotřebu, nicméně velkým žroutem energie je samotný mikroprocesor. Programuji s tím co umím, a tak jsem sáhl po jednočipech od firmy Atmel. Zprvu jsem se si vybral mikroprocesor ATTiny, který by i počtem vývodů dostačoval, ale měl malou programovou paměť. Nakonec byl použit procesor z řady ATMega, ale záhy jsem zjistil, že se pro tuto aplikaci příliš nehodí. Důvodem je "ošizený watchdog" oproti ATTiny. Watchdog je samostatný oscilátor s malou spotřebou, který slouží zejména k hlídání běhu programu a k detekci případného zaseknutí programu. V některých mikroprocesorech jej lze použít i k probouzení mikroprocesoru z režimu spánku, a tak snížit spotřebu zařízení. Bohužel tato funkce není dostupná u žádného mikroprocesoru z řady ATMega. Probouzet mikroprocesor je tak třeba externími hodinami, například obvodem DS1337, ale to bude řešeno až v následujících verzích. Jinak řada ATMega má dostatečný počet portů a rozumnou programovou paměť, a tak kromě watchdogu je pro tuto aplikaci vcelku vhodná. Pro napájení se používají výhradně alkalické baterie, nabíjecí články NiMH / NiCd se pro dané řešení nehodí, neboť jejich kapacita je výrazně nižší a zařízení by nemuselo být spolehlivé. Veškeré součástky jsou umístěné na jednostranném plošném spoji.

Schéma zapojení:

 

C1

elektrolytický kondenzátor

10uF / 6V

 

C2

elektrolytický kondenzátor

47uF / 6V

 

C3

elektrolytický kondenzátor

100uF / 6V

 

C4

keramický kondenzátor 0805

100nF

 

C5

keramický kondenzátor 0805

100nF

neosazovat

C6

keramický kondenzátor 0805

1nF

 

C7, C8

keramický kondenzátor 0805

22nF

 

C11

elektrolytický kondenzátor

10uF / 6V

neosazovat

R1

rezistor 0805

330

neosazovat

R2

rezistor 0805

47k

 

R3

rezistor 0805

10k

 

R4, R9

rezistor 0805

100k

 

R5

rezistor 0805

330

 

R6

rezistor 0805

47k

neosazovat

R7

rezistor 0805

330k

 

R8

rezistor 0805

220k

 

P1

trimr CA9

10k

neosazovat

PH1

fotorezistor

VT83N2

tma:500k, 10lux:28k

S1

mikrospínač

 

 

LED

svítivá dioda modrá 3mm

 

 

T1

MOS tranzistor (N kanál)

BSS138

 

T2

MOS tranzistor (N kanál)

IRLL014N

 

IC1

mikroprocesor Atmel, pouzdro DIL

AT MEGA8

 

IC2

stabilizátor, pouzdro SO8

TL431

neosazovat

 

digitální servomotor ES08DE

 

 

Závěr:

Konstrukce funguje spolehlivě a není náchylná na náhlou změnu intenzitu světla. Čmelín se na noc spolehlivě zavírá a ráno otevře. V konstrukci byly použity velké buřtové články pro napájení elektroniky. S těmito bateriemi funguje otevírání a zavírání dvířek více než jeden měsíc. V dalších verzích bude vychytaná i spotřeba baterií a pak není nic, co by se dalo popsanému řešení cokoli vytknout. Náklady na výrobu nepřesáhnou 500Kč, a to je v ceně zahrnuto servo, součástky a baterie. Případná ztráta čmeláků během sezóny by byla daleko nákladnější.

Fotogalerie:

 

Podklady pro stavbu:

 

 

 
     
                  (c) 2008 Microhead, resolution 1280x1024, optimized for Internet Explorer and Mozilla Firefox