Mini Elevador Arduino de 5 Andares Compacto e Funcional

Componentes e Materiais

Componente	Quantidade
Arduino Mega 2560	1

Ferramentas e Máquinas Necessárias

• Serra tico-tico (jigsaw)

Aplicativos e Serviços Online

• Arduino IDE

Sobre o Projeto

Este é um elevador funcional de 5 andares. Ele tem 3 pés de altura (aprox. 90 cm). Dedicamos muito trabalho a isso.

Vamos direto ao ponto… aqui está como funciona!

Links rápidos:

• Código
• Diagrama de fiação (em breve)

Inspiração

Brincamos com Arduino e processamento embarcado/IoT há alguns anos, mas a maioria dos projetos que fizemos (e a maioria que vimos) são bem simples. Estávamos procurando algo "real" para fazer há muito tempo.

Este verão, fui a um acampamento incrível, Project Ember. Fica na área da Baía de São Francisco e é incrível! Crianças projetam e constroem grandes estruturas de madeira com ferramentas elétricas. Uma vez que soube que podia fazer isso, quis combinar a construção física com Arduino e este é o resultado!

Abordagem

A parte mais difícil de descobrir foi a técnica do motor e detecção de andar. Um elevador real provavelmente usa um grande motor CA com sensores em cada localização de andar. Poderíamos usar essa abordagem em escala menor, mas colocar sensores em cada andar exigiria muita fiação, e teríamos preocupações com sensibilidade e alinhamento, etc. Por outro lado, um motor de passo pode ser posicionado precisamente… mas precisaríamos saber exatamente onde estamos e quão longe temos que ir para fazer isso.

Felizmente, já fizemos algo semelhante em nosso projeto anterior de "calendário sofisticado". Lá, descobrimos como usar motores de passo e, mais interessante, como salvar suas posições em memória não volátil (EEPROM no Arduino). Então usaremos a mesma abordagem aqui. Assim, não precisamos de sensores de posição, apenas contamos a capacidade de contar o número de passos que movemos nosso motor de passo.

A outra preocupação de design era com os botões de chamada do elevador. Eles precisam ser interruptores momentâneos iluminados, mas as luzes precisam ser controláveis independentemente do botão. Encontramos alguns adequados no eBay.

Materiais

• Botões com luzes separadas (compramos no eBay, devem parecer com as imagens abaixo)

• Um Arduino Mega2560 – escolhemos este porque tinha mais pinos GPIO para todos os sinos e assobios do projeto. Compre Oficial – você pode conseguir um compatível/imitação mais barato.
• Uma matriz LED 8×8 para mostrar setas Comprar (Amazon)
• Um display de sete segmentos para mostrar números dos andares Comprar (SparkFun)
• Um motor de passo e placa driver para mover a cabine Comprar pacote de 5 (Elegoo) Nota: você usa apenas um, mas pode precisar de mais. E pode reutilizar a caixa que eles vêm. 🙂
• Uma protoboard para Mega2560, para conectar nossos fios Comprar (BangGood) Dessoldamos o header em cima, você não precisa.
• Blocos de terminais de parafuso (10×2) Comprar (frys.com) Você vai precisar de 4
• Carretel de linha

Você pode encontrar todos os materiais abaixo na sua Home Depot local ou outra loja de materiais de construção:

• Fibra de madeira (fiberboard) e moldura quadrada de 3/4 pol para o elevador e cabine.
• Suporte de ângulo de alumínio para segurar o motor
• Parafusos sortidos
• Mangueira para atuar como bucha dentro do carretel
• Barbante (usamos barbante de nylon resistente para pipa)

Construção

Fizemos o poço e a cabine de fiberboard e moldura para reforçar os cantos.

Começamos com o poço do elevador. Cortamos 3 peças de fiberboard para 36″x8″ para os lados e traseira (a frente é aberta). Então, usando 4 peças de moldura quadrada de 3/4″, 36″ de comprimento, parafusamos o fiberboard junto para fazer um poço vertical. Peças quadradas de fiberboard no topo e base mantêm tudo quadrado.

A cabine do elevador é a próxima. Usa o mesmo tipo de construção, com paredes, teto e pisos de fiberboard, e suportes de moldura de pinho. É quase a largura total do poço, mas roda entre a moldura frontal e traseira (então é mais larga do que profunda). Fixamos um gancho no topo da cabine, para que ela pendure de um fio.

Certifique-se de não colocar o fundo do poço muito cedo, porque você precisa conseguir colocar a cabine para dentro e para fora! Uma vez que os testes estiverem completos, você pode adicionar o fundo.

O motor fica no topo do elevador. Fixamos um carretel de linha de costura comum ao eixo do motor. Isso é um pouco complicado. O eixo do motor tem uma face plana, mas o furo no carretel é redondo. Então, furamos e rosqueamos um furo no carretel e colocamos um parafuso para segurar contra a face plana do eixo do motor. Além disso, o furo no carretel é maior que o eixo do motor. Para atuar como bucha para ocupar o espaço, usamos um pedaço muito curto de mangueira de borracha de tamanho apropriado.

Então montamos o motor em um pedaço de alumínio angular e parafusamos isso no topo do poço. Para suportar o outro lado do carretel, colocamos um parafuso através de uma segunda peça de alumínio angular. Isso faz com que o peso do elevador não puxe o carretel para fora do eixo do motor, ele ficará nivelado.

Usamos mais fiberboard para fazer os painéis de botões. À esquerda, usamos uma placa da altura do poço para os botões de chamada. Usamos botões vermelhos e verdes alternados. Vermelho para descer, verde para subir. O andar superior tem apenas um vermelho e o inferior apenas um verde. Nosso painel "dentro do elevador" está à direita. Cortamos furos para a matriz LED e display de sete segmentos além dos 5 furos para os botões.

Montamos 4 caixas de terminais de parafuso. Duas no painel de chamada, e duas no lado próximo ao painel "dentro do elevador".

Fiação

A fiação é complicada porque há muita! Escolhemos usar um shield de prototipagem para Arduino Mega, partly porque já tínhamos um :-). Mas a motivação real era que com tantos fios, estávamos preocupados que algo inevitavelmente se desconectasse se usássemos apenas as conexões padrão dos pinos do Arduino. Com o shield de prototipagem, podíamos soldar fios diretamente e evitar esse risco. Além disso, nos deu um lugar conveniente para colocar coisas como resistores, que são necessários para nosso display de 7 segmentos.

Dito isso, não queríamos todos esses painéis diferentes ligados permanentemente, porque se cometêssemos um erro, seria muito difícil consertar. Então, cada fio tem algum tipo de extremidade removível. Usamos blocos de terminais entre os painéis de interruptores e o Arduino, e para o display de 7 segmentos e matriz LED, uma extremidade dos fios ainda são pinos de desconexão rápida.

Para os painéis de botões, fizemos nossos próprios chicotes de fiação, usando conectores fêmea de crimpagem que se encaixam perfeitamente nos terminais dos botões. Como cada botão precisava de dois grounds (um para o botão e outro separado para a luz), haveria MUITOS fios de ground se ligássemos todos ao Arduino. Então, em vez disso, ligamos todos em cadeia (daisy-chain) com um chicote de fiação personalizado. Os pinos de sinal (um para o interruptor e um para a luz em cada botão) são todos separados, indo para os blocos de terminais.

Finalmente, os blocos de terminais nos deram outra vantagem — usamos fio de núcleo sólido para soldar no shield de prototipagem, mas usamos fio multifilar para os conectores de crimpagem nas costas dos botões. Os blocos de terminais nos deram um lugar para mudar de um para o outro sem soldar.

Programação

Tivemos muitas revisões de código, mas aqui está a versão atual. A parte mais complicada do software é a lógica para descobrir para onde a cabine do elevador deve ir. Se está no andar 2, alguém dentro quer ir para 3, alguém quer descer do 4 e subir do 1… para onde você vai primeiro?

A outra parte complicada é que a forma como a biblioteca de motor de passo normalmente funciona é que durante o tempo que o motor está se movendo, nada está chamando a função loop() do Arduino. No entanto, deve funcionar para alguém pressionar um botão enquanto o elevador está em trânsito. Então você não pode ir todo o caminho até o destino em um único passo — precisa mover um pouco de cada vez, verificando pressionamentos de botão (e possíveis mudanças de destino) ao longo do caminho.

Você pode baixar nosso sketch Arduino aqui.

Para fazer upload do código:

Você precisará baixar estas bibliotecas:

• LEDControlMS
• SevenSeg

Faça upload do código:

• Escolha a placa certa: Veja esta imagem
• Escolha a porta: Similar, mas vá em "Port". No MacOS, será algo como /dev/cu.usbmodem1411, enquanto no Windows, será algo como COM2.
• Faça upload do seu código.

Se funcionou, parabéns! Vá para testes. Se não, volte ao passo 5. Se isso não funcionar de novo, verifique sua fiação. Se isso não funcionar, entre em contato conosco usando o link no topo.

• Baixe a Arduino IDE. arduino.cc
• Abra o código.
• Para instalar bibliotecas, veja este tutorial.
• O elevador deve passar pelo auto-teste. Todos os botões de chamada devem acender em sequência, depois os cinco botões internos, depois o display de sete segmentos deve ciclar, depois a matriz deve mostrar setas para cima e para baixo. Uma vez completo, o display de 7 segmentos mostrará o último número de andar conhecido da cabine.

Teste/Calibração

Como o motor de passo precisa saber exatamente onde parar para cada andar, você precisa dizer manualmente a ele – uma vez. Ele lembrará isso em memória não volátil (significando que salvará mesmo quando a energia for desconectada).

Para calibrar:

• Pressione e segure os botões superior e inferior no painel direito. A matriz deve mostrar um C (para calibrar).
• Use esses botões superior e inferior para mover manualmente a cabine para o andar mostrado no display de sete segmentos. Quando estiver no lugar certo, pressione o botão do meio.
• Repita o passo 2 para todos os cinco andares. Quando terminar, a matriz deve apagar.

Próximos Passos

Projetos como este nunca estão verdadeiramente prontos! Gostaríamos de reconstruir a estrutura do elevador e poço com peças cortadas a laser. Usamos uma serra tico-tico manual para fazer isso e nossos cortes não são realmente tão retos… isso é parcialmente o que está causando nosso "problema de atrito". Ao mesmo tempo, projetaríamos uma montagem de motor melhor e conseguiríamos um motor melhor, mais rápido.

Eletronicamente, tivemos um pedido para adicionar um sino ou carrilhão para cada vez que a porta do elevador estiver abrindo, como muitos elevadores reais fazem. Faremos isso também.

Quaisquer pensamentos ou sugestões sobre este projeto, por favor, nos avise nos comentários!

Histórico de Versões

Nota: O link do Google Drive será atualizado automaticamente a cada versão.

Versão 2: Corrigimos o bug onde chamar o elevador de fora no andar atual poderia fazer o software travar, exigindo que você pressionasse o botão de reset.

Código

Biblioteca Arduino LED Matrix

https://github.com/shaai/Arduino_LED_matrix_sketch

Biblioteca SevenSeg

https://github.com/sigvaldm/SevenSeg

Sketch Arduino

Disponível no link do GitHub/Gist acima.

Esquemáticos

Diagrama de fiação (em breve).