|
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:
|