Автоматические рулонные DIY шторы v2.0
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Этот проект был задуман два года назад, в мае 2018 года, ровно в тот момент, когда я купил свой 3D принтер. Немного ранее я стал интересоваться «Умным» домом. От идеи до первого «запуска» прошёл ровно год, за это время я перечитал тонну статей в интернете. Первый «запуск» произошёл в июне 2019 года.
Первая версия привода была на базе шагового двигателя 28BYJ-48 и драйвера ULN2003 ESP8266 (прошивка от wifi-iot), для рулонной шоры Blackout, купеной в «Леруа Мерлен». Длина 2.0 м, вес 2,5 кг. Штора была куплена в 2014 году и ежедневно поднималась и опускалась «врукопашную». Выбор пал на готовый вариант с Thingiverse, в том числе, из-за наличия прошивки, а также опубликованных автором исходников модели.
Мощности привода оказалось недостаточно. Поскольку штора расположена на застеклённой, но не отапливаемой лоджии, то во время дождей она впитывала в себя влагу и её и так не малый вес значительно возрастал. Как вариант увеличения мощности, было протестировано:
- для 28BYJ-48-5V, поднятие напряжения до 7,5 вольт;
- для 28BYJ-48-12V, поднятие напряжения до 19 вольт.
В обоих случаях был значительный нагрев двигателя, но и был прирост мощности на 20%-30%. По итогу, всё через пару недель было демонтировано и штора вернулась к заводским параметрам.
- если штора была размотана, то приводу не хватало мощности на её поднятие;
- если штора была поднята, то под собственным весом она сама постепенно опускалась, т.е. просто «падала».
Поняв, что необходимо увеличить мощность, из имеющихся комплектующих была собрана следующая версия, но уже на Nema-17. Также была попытка «изобразить» редуктор, который, по задумке, должен был удерживать штору в поднятом состоянии.
Переход на Nema-17 потребовал новый контроллер управления шаговым двигателем на драйвере A4988. Также в момент проектирования контроллера были протестированы драйверы DRV8825 и TMC2208. Два последних тише, но и дороже, поэтому остановился на A4988.
За время проектирования было множество экспериментов и, как следствие, многие компоненты выпустили волшебный сизый дым на котором они работают, тут только некоторая их часть.
Версий контроллеров управления шаговым двигателем также было множество, были как на «готовых» платах для A4988 с Aliexpress, так и на полностью самодельных макетных платах.
Поскольку пришло понимание, что без редуктора штора будет постоянно «падать», решил использовать Nema-17 с редуктором 27:1, хотя, возможно, хватило бы и редуктора 5:1.
Поскольку я уже получил полностью работоспособную штору на балконе, мне захотелось повторить опыт, но уже со шторой Blackout на Кухне. Длина 1.2 м, вес 1,4 кг. Поскольку Nema-17 я уже освоил, решил добавить в копилку 28BYJ-48 и ESP-01S.
После переделки 28BYJ-48 в биполярный, он заиграл новыми красками, а именно, значительно прибавился крутящий момент, примерно на 40%-50%, естественно, помогло поднятие напряжения:
- для 28BYJ-48-5V, до 12 вольт;
- для 28BYJ-48-12V, до 24 вольт.
Вариаций на тему было очень много, но, по итогу, остановился на одном, который в дальнейшем просто масштабировал, от управления с одной платы одним двигателем и до четырёх. Поскольку на схемах все компоненты подписаны, думаю нет необходимости их отдельно перечислять.
Отдельно хотелось бы обратить внимание на вопрос питания Nema-17, не вдаваясь в технические дебри. Напряжение 12 вольт — это минимум, намного правильнее использовать напряжение 24 вольта, т.к. мы получаем дополнительный прирост мощности и оборотов двигателя.
Программное обеспечение (прошивка)
Постоянные поиски достойной прошивки привели меня на статью уважаемого Андрея Попова (andreypopov), за что ему огромное спасибо. Благодаря его статье мне конечно удалось избежать некоторых ошибок, но и своих я наделал предостаточно.
В скетче управление двигателем 28BYJ-48, а мне требовалось управление двигателем NEMA-17. Поэтому скетч пришлось немного доработать. После чего я счастливо жил 4 месяца.
Далее поиски прошивки привели меня на гитхаб Tasmota, где в тот момент сделали первую версию поддержки драйверов A4988. В чате Discord поддержки я выложил схему моего контроллера для A4988 и несколько фотографий, схему далее добавили в первую статью.
И всё закрутилось, мне предложили принять участие, в качестве «тестировщика», в новом варианте поддержки для A4988. По прошествии двух месяцев мной была написана часть новой статьи и нарисованы несколько схем для применения драйвера A4988 (с кратким описанием для каждого).
В итоговом варианте я использую прошивку от Tasmota, и переходить с неё не планирую. Всё, что мне нужно от прошивки — это стабильность и управление по MQTT.
Поскольку мне уже наскучило делать всё на макетных платах, то не долго думая принял решение сделать полноценную плату контроллера. На Easyeda были созданы и заказаны три разновидности платы привода.
Получив заказанные платы, я принялся за уже привычную по ночам работу — паять в тишине.
Первый рабочий контроллер на полноценной плате, на котором ставились множественные эксперименты.
Вдоволь наигравшись, плотно засел за Fusion 360, дабы окончательно решить вопрос со шторой на балконе.
Ну и войдя во вкус, решил доделать привод на кухне. Дабы не изобретать велосипед, взял за основу готовый проект.
И уже используя полученный опыт, начал делать автоматизацию для двух «карнизных» штор в комнате. Что, собственно, в настоящее время и продолжаю. Осталось спроектировать корпус для платы, и натянуть второй ремень.
Производители готовых комплектов приводов, как например DOOYA или XIAOMI, делают конечно хорошие вещи, но как мне кажется, это немного дороговато. Да и сделать самому намного приятнее, и ещё при этом сэкономив немного.
Ну поскольку, за время экспериментов, шторы мне несколько раз сильно «пожевало» — захотелось минимальной защиты.
Вариант 3.0 (в мечтах)
Изначально мне очень хотелось получать обратную связь от шагового двигателя, т.е. сделать свой серво-шаговый двигатель. Ну и естественно, я начал его делать. Использовал магнитный датчик положения AS5600, и мне даже удалось получить от него данные с помощью прошивки от wifi-iot, а также взяв из описания стороннего проекта готовый скетч.
Но, как обычно, споткнулся о программное обеспечение (ну не программист я, а клавиатуру в лесу нашёл), и не найдя готовой прошивки, отложил проект до лучших времён.
Фактически за один год я получил огромный опыт в 3D проектировании и создании своих плат, а также подтянул навыки пайки.
Поскольку проект изначально планировался как не коммерческий, друзьям я иногда делаю автоматизацию штор, что называется по себестоимости комплектующих, т.е. абсолютно без прибыли для себя.
Все 3D модели, если кто-то захочет их повторить, вместе с исходниками в формате Fusion 360, мной выложены на Thingiverse, найти их там можно просто набрав в поиске мой ник.
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Источник
Электроприводы рулонных штор с WiFi своими руками.
С чего все начиналось.
Еще с детства я мечтал об электрических шторах. Как было бы хорошо плавно и естественно просыпаться под утренние лучи солнца! Тогда еще у меня были обычные шторы. Электропривод для них был вполне реализуем, об этом я узнал в Сети. Интернет тогда только начал проникать в наши дома. Но единственной преградой были карнизы для штор. Они были металлическими и крючки в них немного застревали. Требовалась замена карнизов, а на это я тогда не был готов.
Прошло много времени…
Я переехал и начал снимать бюджетную квартиру. Там на окнах были горизонтальные жалюзи. На них-то я впервые и установил электроприводы. Это было замечательно! Утром ко времени подъема жалюзи открывались, комната освещалась утренними лучами солнца и мы просыпались легко и непринужденно.
Реализованы приводы были довольно своеобразно: из DVD плееров с разборки я достал моторы с редукторами, удалил лишнее и установил в два небольших пластиковых корпуса. Эти моторы были установлены на нижних частях двух окон и вращали трости жалюзи. Требовалось четыре оборота трости для открытия или закрытия. Для управления я собрал небольшой контроллер. Он представлял собой ATmega8 с дисплеем. Имелось два «будильника» на открытие и закрытие, а количество оборотов трости задавались задержкой «delay_ms». В добавок можно было вручную открыть или закрыть жалюзи, имелись автоматический и ручной режимы.
Единственным минусом как раз было управление при помощи задержки, а не счетом количества оборотов. Была разная нагрузка на двигатели при закрытии и открытии, т.е. жалюзи быстрее закрывались, чем открывались и через неделю-две систему приходилось подстраивать.
Планирование.
Прошло еще несколько лет.
Я снова переехал, в этот раз уже в свою квартиру. Познав все прелести электро окон я не хотел от них отказываться и еще на этапе ремонта проложил гофру под кабель. Какие приводы будут установлены, я еще не знал.
На Алиэкспресс есть моторы для рулонных штор. Для моей комнаты понадобилось бы три мотора и пульт. Да и шторы просто так не купить — нужно собирать самому. Все это выливалось в кругленькую сумму. Позвонил в фирму, которая продает моторы для штор и сами шторы с электроприводом — цена огорчила еще больше.
Выход остался один — снова сделать все собственными руками.
Без штор жить не комфортно и были куплены рулонные шторы оффлайн. Жизнь продолжалась, а тем временем в голове жужжали мысли и формировался план действий…
В итоге было принято решение к имеющимся рулонным шторам добавить моторы с редукторами, установить концевики, чтобы все было красиво и автоматично, и организовать управление при помощи Sonoff реле. Используя такое реле удалось получить такие функции как удаленное управление по WiFi и при помощи пультов на 433МГц, гибкие настройки дня и времени открытия/закрытия и др. К тому же это все стоит недорого, не нужно писать и отлаживать программу, травить плату. Берем на вооружение!
Во время написания статьи я обнаружил, что на Али есть и приводы цепи штор — и тут китайцы нас спасают. Можно было просто купить…
Подготовка и доработка комплектующих.
Итак, приступим. Для начала, перед покупкой двигателей, я попытался измерить требуемое усилие на открытие. Радиус колеса шторы примерно 1 см и измерив какая масса, приложенная к цепи, будет поднимать штору, получим приблизительное значение требуемого крутящего момента двигателя. Я использовал пластиковую бутылку, наполненную водой. Оказалось, что требовалось около 1,5-2 кг*см для смещения шторы, а это довольно много. Разобрав механизм фиксации я обнаружил, что штора фиксируется и не падает благодаря пружине. 
В моем случае их было две. Одну я удалил, и вал смазал маслом. После сборки «измерения» показали, что уже с одним литром воды (1кг*см) штора приходила в движение и сама не падала. Отлично…
Дальше нужен двигатель.
Результатом поисков по Алиэкспресс стали двигатели с редуктором. Можно выбрать требуемый крутящий момент, напряжение и скорость вращения. Я остановился на двигателе 12В, 30 об/мин, 4кг*см. Забегая вперед скажу, что с этим двигателем при напряжении 10В окна открываются за 37 секунд. 
Для двигателей нужны корпуса. Самыми компактными подходящими нашлись корпуса Gainta. У них большой выбор пластиковых и алюминиевых корпусов. 
После примерки двигателя оказалось, что корпус нужно дорабатывать. Бормашиной и фрезерным станком корпуса были немного доработаны. 
И самое интересное — как это все прикрутить к шариковой цепи? Для решения этой задачи я приобрел рем. комплект для таких же штор. 
Из этого комплекта нам понадобится деталь, отмеченная стрелкой. Её нужно будет превратить в колесо с резьбой М6. На этой детали удаляем все лишнее, вклеиваем две гайки М6 на эпоксидную смолу, все накручиваем на резьбу и клеим на эпоксидку. Сразу скажу, что гайки не обычные, а резьбовые вставки М6-М8*1,5. Таких в продаже нет, они были честно спионерены позаимствованы на работе. Поэтому придется импровизировать, если осмелитесь повторить сие безумие. К сожалению, фотографий процесса переделки не сохранилось. Тут прошу меня извинить.
Имеем двигатели с редукторами и колесами для шариковой цепи в корпусах.
Собираем все в систему.
Пришло время паять. Ниже приведена упрощенная схема подключения. 
Двигатель управляется драйвером для коллекторных моторов A4950 (PDF) от Allegro. 
(Будьте осторожны! Микросхема драйвера чувствительна к статическому электричеству. Во время сборки умерло несколько микросхем.)
Управление на плату драйвера приходит от Sonoff реле через концевые выключатели в виде герконов, установленных внутри штапиков окон. В самом Sonoff реле нужно заменить реле 🙂 на другое с напряжением 5В и группой переключающих контактов. Напряжение 5В для управления берем с источника питания Sonoff реле (электролитический конденсатор с низким напряжением).
Двигатели питаются от отдельного импульсного блока питания.
На самом деле я реализовал все немного сложнее: для питания двигателей я дополнительно использовал понижающие преобразователи, т.к. в зависимости от длины провода скорость вращения двигателей может быть разной, да и скорость вращения можно регулировать. Но это не столь важно.
Корпуса двигателей оказались довольно компактными, что вызвало небольшие трудности с установкой понижающих преобразователей и драйверов. Но все благополучно уместилось.
Так выглядит двигатель с питанием и управлением. 
Чтобы ограничить движение шторы, внутрь штапиков были установлены герконы, а на шторы — магниты. Вся проводка уложена в кабель каналы. 
На очереди блок управления. Внутри пластикового корпуса уместились блок питания, Sonoff реле и плата задержки, о которой я расскажу чуть позже. 
Так блок управления подключается к окнам. Он аккурат расположился под тумбочкой и такая конструкция никак не мешает. 
В стене проложена гофра, протянут кабель по которому идет питание и управление. На каждое из трех окон приходит питание 19В, и два управления через герконы.
Запуск и наладка.
Во время сборки я по отдельности проверял работу каждого узла и постепенно собирал все воедино.
Напряжение было снижено до 10В с целью уменьшения шума. Как оказалось, китайские моторы, втроем, неплохо так жужжат, плюс ко всему рамы окон резонируют.
Так же важно, чтобы герконы надежно срабатывали, иначе штора упрется и цепь будет проскальзывать на колесе двигателя. Вся надежность системы упирается в герконы.
Все заработало, вроде как ничего сложного… Если бы не одно «но»! Если ветерок колышет штору, может возникнуть ситуация, когда магнит отодвинется от геркона и т.к. управление подается постоянно, штора начнет двигаться куда не нужно. Таких случаев было достаточно и я решил добавить в систему задержку на отключение управления. Таким образом, через 40 секунд после появления управляющего сигнала контроллер отключает управление на драйверы двигателей. И даже, если штора не остановилась по концевику — остановится по таймеру. К слову, остановки в любом положении не предусмотрено — только открыто или закрыто. Это меня устраивает.
Опыт эксплуатации и резюме.
Результатом моих домомучений стала возможность открывать/закрывать шторы простым нажатием на кнопку настенного пульта ДУ или через приложение eWeLink со смартфона, автоматически открывать и закрывать шторы по времени и по дню недели, удаленно управлять через Интернет. И это, я вам скажу, очень удобно.
К плюсам еще стоит отнести возможность ручного управления. Если система отказала или отключили электричество, можно снять цепи с двигателей и крутить все вручную. Да и сами шторы поменять — не проблема. При использовании шаговых двигателей на оси вала, зачастую, механизм необратимо переделывается и возможность ручного управления ставится под вопрос.
Шум двигателей немного раздражает, но я его слышу только утром, и зачастую сквозь сон. Вечером шторы закрываются, когда меня еще нет дома или я нахожусь в другой комнате.
Так же интересен сам опыт использования Sonoff реле не как устройства коммутации нагрузки, а в качестве управляющего устройства. Можно использовать таймеры, расписание, удаленное управление труднодоступными механизмами и пр.
Интересно, как бы получилось реализовать такое управление при помощи реле от Xiaomi. Гибкие настройки сценариев, интеграция в систему умного дома выглядят многообещающе.
А какие нестандартные варианты использования Sonoff реле знаете вы?
Благодарен, что дочитали до конца. Я не писатель, больше технарь. Старался…
Источник