Компактный 5-этажный мини-лифт на Arduino Mega

Компоненты и материалы

Arduino Mega 2560

×

1

Необходимые инструменты

• Лобзик

Приложения и сервисы

• Arduino IDE

О проекте

Рабочий 5-этажный лифт высотой 3 фута (~91 см). Вложили много труда.

Быстрые ссылки:

• Код
• Схема подключения (скоро)

Вдохновение

Давно играемся с Arduino и IoT, но большинство проектов — простые. Давно искали что-то «настоящее».

Летом был на летнем лагере Project Ember (Сан-Франциско) — дети проектируют и строят большие деревянные конструкции с электроинструментами. Узнав, что я могу это, захотел соединить физическое строительство с Arduino — вот результат!

Подход

Самое сложное — мотор и определение этажей. Настоящий лифт использует мощный АС-мотор с датчиками на каждом этаже. Мы могли бы использовать малый мотор с датчиками, но это много проводов, проблемы с чувствительностью и выравниванием. Шаговый мотор позиционируется точно, но нужно точно знать текущее положение и расстояние до цели.

К счастью, в нашем проекте «Fancy Calendar» мы уже разобрались со шаговыми моторами и сохранением позиции в энергонезависимой памяти (EEPROM Arduino). Используем тот же подход: никаких датчиков этажей, просто считаем шаги шагового мотора.

Другая сложность — кнопки вызова лифта. Нужен светящийся тактовой переключатель с независимым управлением подсветкой. Нашли подходящие на eBay.

Материалы

• Кнопки с отдельной подсветкой (куплены на eBay, выглядят как на фото):

• Arduino Mega 2560 — выбрали за большее количество GPIO. Покупайте оригинал, совместимые могут быть дешевле.
• Матрица 8×8 LED для стрелок (Amazon)
• Семисегментный индикатор для номеров этажей (SparkFun)
• Шаговый мотор с драйвером для движения кабины (5шт набор Elegoo — используем один, но запас не помешает)
• Прототипирующий щит для Mega 2560 (BangGood) — мы отпаяли верхний разъем, не обязательно.
• Клеммные блоки (10×2) — нужно 4 шт. (frys.com)
• Бобина нити

В строительном маркете (Home Depot и аналоги):

• ДВП и деревянная рейка 3/4″ для шахты и кабины.
• Алюминиевый уголок для крепления мотора.
• Разные винты.
• Шланг в качестве втулки внутри бобины.
• Снаряд (прочная нейлоновая нить для воздушных змеев).

Сборка

Шахта и кабина из ДВП с уголками для усиления углов.

Начали со шахты: 3 детали ДВП 36″×8″ для боков и задней стенки (перед открыта). 4 рейки 3/4″ × 36″ скрепили ДВП в вертикальную шахту. Квадратные детали ДВП сверху и снизу для жесткости.

Кабина: та же технология — стены, потолок, пол из ДВП, рейки. Почти по ширине шахты, но ездит между передними/задними рейками (шире, чем глубока). Крепление для нити — крючок на верху кабины.

Не прикручивайте дно шахты рано! Кабину нужно доставать для тестов. Дно ставьте в конце.

Мотор на вершине шахты. Обычная деревянная бобина от ниток на вал мотора. Вал мотора с плоским скосом, отверстие в бобине круглое. Сверлим и нарезаем резьбу в бобине, винт зажимает плоский скос вала. Отверстие бобины больше вала — в качестве втулки используем кусок резинового шланга подходящего диаметра.

Мотор на алюминиевом уголке, закрепленном на вершине шахты. Для поддержки второй стороны бобины — винт через второй алюминиевый уголок. Вес кабины не сможет сдвинуть бобину с вала мотора — она останется горизонтальной.

Панели кнопок из ДВП. Слева — вертикальная панель вызова: чередующиеся красные (вниз) и зеленые (вверх) кнопки. На верхнем этаже только красная, на нижнем — только зеленая. Панель внутри кабины справа: отверстия для LED-матрицы, семисегментника и 5 кнопок этажей.

Установлено 4 клеммных блока. Два на панели вызова, два рядом с панелью внутри кабины.

Проводка

Проводов много — использовали прототипирующий щит Mega. Частично потому что он был, но главное — при большом количестве проводов стандартные контакты Arduino ненадежны. На щите можно припаять провода напрямую и избежать отсоединений. Также удобно разместить резисторы для семисегментника.

Не хотели жестко соединять панели — если ошибка, исправлять сложно. У каждого провода съемный конец. Клеммные блоки между панелями и Arduino, для матрицы и семисегментника — разъемы quick-disconnect.

Для кнопок сделали собственные жгуты: обжимные вилки идеально садятся на контакты кнопок. У каждой кнопки два «земли» (кнопка и подсветка отдельно) — если вести все на Arduino, будет куча проводов. Поэтому заземление соединили в цепочку (daisy-chain) с помощью жгута. Сигнальные провода (кнопка и подсветка) идут отдельно в клеммные блоки.

Клеммные блоки дали еще одно преимущество: на щит припаяли одножильные провода, а к кнопкам — многожильные (для обжимных вилок). Клеммники — место перехода без пайки.

Программирование

Много версий кода, здесь текущая. Сложнейшая часть — логика маршрута кабины. Если кабина на 2 этаже, внутри хотят на 3, снаружи вызывают вниз с 4 и вверх с 1 — куда ехать первым?

Вторая сложность: стандартная библиотека шагового мотора блокирует loop() во время движения. Но нажатие кнопки в пути должно обрабатываться. Поэтому нельзя ехать до цели за один вызов — нужно двигаться небольшими шагами, проверяя кнопки (и возможные изменения цели) по пути.

Скачайте скетч Arduino.

Для загрузки:

1. Скачайте библиотеки: LEDControlMS, SevenSeg.
2. Выберите плату (см. картинку).
3. Выберите порт: на Mac — /dev/cu.usbmodem1411, на Windows — COM2.
4. Загрузите код.

Если загрузилось — поздравляем! Переходите к тестам. Если нет — проверьте проводку. Если и это не помогло — пишите через контакты сверху.

• Скачайте Arduino IDE: arduino.cc
• Откройте код.
• Установка библиотек — по туториалу.
• Лифт пройдет самотестирование: кнопки вызова загорятся по очереди, потом кнопки внутри, семисегментник пробежит цифры, матрица покажет стрелки вверх/вниз. В конце на семисегментнике — последний известный этаж кабины.

Тестирование и калибровка

Шаговый мотор должен точно знать позиции этажей — нужно пройти калибровку один раз. Позиции сохраняются в EEPROM (сохраняются при отключении питания).

Калибровка:

1. Зажмите верхнюю и нижнюю кнопки на правой панели. Матрица покажет «C» (calibrate).
2. Этими кнопками вручную подведите кабину к этажу, показанному на семисегментнике. Нажмите среднюю кнопку.
3. Повторите для всех 5 этажей. Матрица погаснет — калибровка завершена.

Дальнейшие планы

• Пересобрать конструкцию из лазерно-вырезанных деталей. Ручной лобзик дает кривые резы — это часть причины «проблемы с трением». Одновременно улучшим крепление мотора и возьмем более быстрый мотор.
• Электронно: просили добавить звонок/бузер при открывании дверей, как в настоящих лифтах. Сделаем.

Предложения и мысли — в комментариях!

История версий

Ссылка на Google Drive обновляется автоматически.

Версия 2: Исправлен баг, когда вызов лифта с текущего этажа вызывал зависание ПО, требовало нажатия Reset.

Код

Библиотека Arduino LED Matrix

https://github.com/shaai/Arduino_LED_matrix_sketch

Библиотека SevenSeg

https://github.com/sigvaldm/SevenSeg

Arduino Sketch