Lenistwo źródłem postępu

Ta odwieczna prawda kolejny raz mnie dopadła. Może to dziwne ale tak właśnie jest że kolejne wynalazki i nowe twory powstają z ludzkiego lenistwa. Tym razem było to moje lenistwo.

Od paru lat mamy swoje kurki. Ma to swoje zalety czyli jajka i mięsko (teraz już rzadko), ale to również oznacza obowiązki, czyli karmienie, pojenie, wypuszczanie rano i zamykanie wieczorem. O tym że to ostatnie jest ważne już się raz bardzo boleśnie przekonałem. Ale stanowi to też drobny ale dokuczliwy problem, bo nie zawsze ja lub domownicy mają możliwość o prawidłowej porze otworzyć kurom, a czasem zapominają. Co niestety powoduje że nie są wypuszczane rano a raczej są wypuszczane popołudniu. Przez co nie pracują poprawnie i z właściwą sobie „wydajnością”. Dlatego zdecydowałem skonstruować automatyczne zamykanie drzwi kurnika. 

Na jesieni 2020 szukałem takiego rozwiązania jako gotowego zestawu. Nie znalazłem. W zimę 2022 znalazłem gotowy zestaw z podnoszonymi drzwiami (~90zł), ale mi się nie podobał i ostatecznie odrzuciłem to rozwiązanie. Wolałem zrobić coś sam na posiadanych elementach, gdyż to rozwiązanie wydaje się być lepsze. A w najgorszym przypadku zostaną mi moduły które będę mógł inaczej zagospodarować. Do opracowania tego rozwiązania przyjąłem pewne kluczowe założenia. 

cały układ ma działać na napięciu 12V DC, o ile to tylko możliwe.
układ ma otwierać drzwi przed świtem i zamykać po zmierzchu
układ jeśli nie pracuje (akurat otwiera lub zamyka drzwi) po pobierać minimalne ilości energii elektrycznej 
układ ma być niewrażliwy na to że świt zimą jest o godzinie 7 rano, a latem o 4 rano. Zmierzch to zmierzch, nieważne o której godzinie. 
układ ma być najtańszy w wykonaniu jak to tylko możliwe.
ma pracować poprawnie również po zaniku zasilania, znaczy bardziej po jego powrocie. 

W pierwotnym planie miałem wykorzystać jeden czujnik światła. Problem polegał na tym że wtedy nie potrafiłem uzyskać o świcie na krótki czas, załóżmy jedną minutę napięcia na elemencie wykonawczym i wieczorem po zmierzchu również uzyskać na taką samą chwilę napięcia na elemencie wykonawczym. Pierwotnie elementem wykonawczym miał być stary radziecki silnik 220V z pralki. Silnik miał możliwość pracy w dwie strony co było dużą zaletą, ale w żaden sposób nie był zabezpieczony przed czynnikami zewnętrznymi. Powodowało to że jego zamontowanie i zabezpieczenie na zewnątrz byłoby karkołomne i wyjątkowo trudne. A zamontowanie wewnątrz kurnika niebezpieczne dla jego mieszkańców, choć zdecydowanie łatwiejsze w zabezpieczeniu przed nimi. Ten plan upadł. Następnie kombinowałem jak wykonać sterowanie na dwóch czujnikach światła i przekaźnikach. Jest to jak najbardziej do wykonania. Jest bardzo proste i tanie, ale ma dwie ważne wady. Trzeba wyjątkowo dokładnie ustawić czułość czujników światła, jeden musi być zawsze mniej czuły niż drugi. I nie było możliwości zmiany biegunowości sterowania elementem wykonawczym (nadal ten silnik z pralki). Więc po dłuższym czasie ten pomysł też odpadł. Trzeci pomysł sterowania za pomocą elektronicznego programatora upadł bardzo szybko. Sterowanie tylko w jedną stronę i druga kluczowa wada to brak możliwości obsługi punktu czwartego. Kolejny pomysł to kombinowanie Arduino. Ma olbrzymie zalety, typu elastyczność rozwiązań, modułów, możliwość zaprogramowania chyba wszystkich możliwych kombinacji. Widziałem wiele takich rozwiązań w internecie, które z powodzeniem działały. A teraz wady, nigdy nie programowałem Arduino, ma zasilanie 5V, łatwo go popsuć. Więc z tego pomysłu również zrezygnowałem. Temat prawie umarł jak wpadłem na programowany sterownik astronomiczny. Same zalety poza dwoma zasadniczymi wadami. Nie umiałem z jego wykorzystaniem zrobić tak aby napięcie na elemencie wykonawczym było przez krótki czas tylko o świcie i o zmierzchu, oraz cena. 300zł to cena która za rozwiązanie mojego lenistwa to zdecydowanie za dużo. Ale właśnie to ostatnie rozwiązanie nakierowało mnie do ostatecznego rozwiązania. Przeglądając dokumentację techniczną producenta tego programowanego astronomicznego sterownika trafiłem na schemat który po drobnych modyfikacjach rozwiązał wszystkie problemy i spełniał wszystkie założenia. Do rozwiązania problemu nie wykorzystywałem elementów od tego producenta gdyż płacenie za każdy element kwoty rzędu 70zł a podstawowych elementów było przynajmniej trzy dawało kwotę ponad 200zł. Postanowiłem wykorzystać modułu elektroniczne dostępne w znanym serwisie aukcyjnym, z później wykorzystałem do tego chińską wersję takiego serwisu gdyż ceny na nim to przy uproszczeniu włącznie z przesyłką 33% tego co bym musiał zapłacić w Polsce. 

Do całego układu dołączę zasilanie 230V AC które zasili zasilacz 12V DC. Cała pozostała elektronika dalej będzie zasilana z bezpiecznych 12V DC. Do wszystkich dalszych elementów elektronicznych dołączam minus zasilania na stałe (po za elementem wykonawczym). Pierwszym elementem elektronicznym jest czujnik światła z przekaźnikiem. Czujnik światła wykorzystuje fizycznie jeden czujnik, który muszę tylko zabezpieczyć przed warunkami atmosferycznymi. Przekaźnik w czujniku ma podłączony na stałe plus zasilania. Do dalszego sterowania wykorzystuję skrajne styki przekaźnika na których pojawia się plus zasilania. Pojawia się zależnie od tego czy jest ciemno czy jasno na odpowiednim styku. Więc jak jest ciemno to jeden skrajny styk ma plus i ten właśnie styk steruje zasilaniem drugiego elementu. Drugim elementem jest przekaźnik czasowy. Podanie na niego plusa powoduje załączenie na zadany czas jego przekaźnika. Czas jest regulowany. Jeśli regulacja okaże się zbyt krótka to modyfikacja układu jest banalnie prosta, gdyż pracuje on na generatorze RC. Wystarczy dolutować jakiś kondensatorek, lub rezystor w odpowiednie miejsce. Po zadanym czasie przekaźnik się wyłącza a układ pobiera już śladowe ilości prądu. Na elemencie wykonawczym nie ma już napięcia. Jeśli robi się jasno to czujnik światła przełącza przekaźnik w drugie skrajne położenie. Odłącza plus zasilania od jednego przekaźnika czasowego, a podaje go przez swój przekaźnik (przekaźnik na module czujnika światła) na zasilanie drugiego przekaźnika czasowego. Drugi przekaźnik czasowy robi dokładnie to samo co pierwszy, czyli załącza swój przekaźnik na określony czas po którego upływie się odłącza. Mamy więc jeden czujnik światła który steruje plusem zasilania dwóch przekaźników czasowych. Każdy z przekaźników czasowych działa przez określony czas po którego upływie wraca do stanu spoczynku. Oba przekaźniki czasowe sterują biegunowością elementu wykonawczego, którym jest siłownik liniowy 12V. Układ z dwoma przekaźnikami czasowymi steruje tak na wyjściu że nigdy nie będzie zwarcia na sterowanym wyjściu (no chyba że przewody podłączę niezgodnie ze schematem), a jedyne możliwe stany to +-; -+; –; ++. Pierwszy oznacza otwieranie, drugi zamykanie, trzeci oznacza że na obu złączach sterujących siłownikiem będzie stan niski, nie będzie różnicy potencjałów. Ostatnie stan w praktyce oznacza to samo co poprzedni, jednak wolałbym aby nigdy się nie pojawił i przy poprawnym podłączeniu nigdy się nie pojawi. Pierwsze dwa stany powodują ruch elementu wykonawczego, ostatnie dwa brak ruchu. W całym układzie zrobię tak aby główny przekaźnik od czujnika światłą był załączony w nocy (tańszy prąd), a w dzień pracował w swoim spoczynkowym położeniu. Schemat wrzucę  w terminie późniejszym. Jest to podstawowy zestaw. Do tego można a nawet trzeba dołączyć bezpiecznik topikowy w obwodzie 230V. 

Możliwe modyfikacje tego układu wg uznania i potrzeb. Ja dołączę dwa sygnalizatory które będę informować mnie czy drzwi są w trakcie zamykania lub zamknięte, oraz czy są w trakcie otwierania lub otwarte. Sygnalizatory będą podłączone do zasilania przekaźników czasowych. Możliwe że dołączę również ręczne sterowanie, ale to będzie wymagało zastosowania dodatkowych dwóch przycisków i dwóch przekaźników (na przykład samochodowych). Ręczne sterowanie będzie wymagało wpięcia się pomiędzy przekaźnik czujnika światła a zasilanie przekaźników czasowych. 

Wykonanie tego układu zdecydowałem się wykonać w hermetycznej puszce w rozmiarze około 20x15x7 cm. Z zasilacza wydłubałem wnętrzności. Z obudowy zasilacza wykorzystałem gniazdo do kabla typu Grudnig. Gniazdo umieściłem za pomocą dwuskładnikowego kleju w obudowie hermetycznej. Z gniazda zasilanie 230V idzie do wyłącznika i bezpiecznika. Dopiero wtedy 230V trafia na zasilacz. Zasilacz zamontowany jest w obudowie za pomocą kleju na gorąco. Klej na gorąco w zupełności wystarczy, gdyż obudowa będzie przymocowana do ściany i nikt raczej jej nie będzie ruszał. Z zasilacza wychodzi 12V i na chwilę obecną to wszystko …. ponieważ nadal czekam na części które zamówiłem. Części powinny dotrzeć do mnie w ciągu dwóch, może trzech tygodni więc do tego czasu w zasadzie nic się nie ruszy do przodu. 

Z ważnych szczegółów warto nadmienić iż czujnik światła będzie zamontowany na przewodzie który będzie odłączany. Do podłączenia wykorzystam gniazda typu GX12. Do podłączenia czujnika dwupinowe a do podłączenia siłownika trzypinowe (choć wykorzystam tylko dwa piny). Gniazda będą różne aby się nigdy nie pomylić, nie ma możliwości włożenia dwupinowej wtyczki w trzypinowe gniazdo. 

Obecne koszty to około 41zł (bez elementu wykonawczego ~90zł, i ręcznego sterowania). Gdybym zamawiał w kraju niezbędne elementy to pewnie całość byłaby już złożona ale koszt przekroczył by podaną kwotę dwukrotnie a sam siłownik kosztowałby w okolicach 300zł. Więc obecnie cierpliwie czekam i nadal rano ręcznie otwieram a wieczorem zamykam drzwi do kurnika. 

Edit 23-02-2022

Przewidywania czasowe na temat dostawy brakujących elementów okazały się pobożnymi życzeniami. Niestety nie dotarły i nie wiem czy w ciągu najbliższego miesiąca dotrą wszystkie części. Zamówiłem więc w kraju. Części dotarły i projekt złożyłem do końca. Obecnie nie ma bezpiecznika w część instalacji 230V, jeszcze nie dotarł. Kable do jego podłączenia są zabezpieczone (to te pod zieloną termokurczką), więc jak tylko przyjdą części to będę ten bezpiecznik montował. Zresztą zamontowany zasilacz powinien posiadać całkiem spory szereg zabezpieczeń z których mam nadzieję nie korzystać. Kolejna zła wiadomość to taka że czujnik światła XH-M131 nie ma histerezy. Dla większości osób będzie to bez znaczenia,  do czasu aż zaczną ustawiać urządzenie w skrajnie niekorzystnych warunkach. Wtedy zaczynają się cuda. Przy źle zaprojektowanej dalszej części układu może być sporo dymu w trakcie przełączania przekaźnika. Kolejna zła wiadomość to że zastosowane przekaźniki mają odwrotną logikę działania. Po podłączeniu zasilania powinien się włączyć przekaźnik a po zadanym czasie wyłączyć pozostając już w spoczynku. Ta wada uratowała sprawę histerezy czujnika światła. Kolejna wada dotyczy sygnalizatorów, nie zauważyłem że kupiłem mrugające i brzęczące. O ile miganie okazało się ok, o tyle brzęczenie było nie do zaakceptowania. Brzęczenie wyeliminowałem permamentnie przy pomocy … kombinerek. A teraz kilka zalet części z których składałem zestaw. Siłownik okazał się nad wyraz silny, ręką podczas pracy go nie zatrzymam. Pobór prądu podczas pracy bez obciążenia to mniej niż 100mA. Z tego powodu stosowałem przewody o dosyć niskim przekroju. Siłownik posiada wyłączniki krańcowe. Sygnalizatory są rozbieralne. Kondensatory z przekaźników czasowych da się wylutować i zamienić na inne egzemplarze. Złącza są naprawdę dobrej jakości, tu chyba jest przerost formy nad treścią. 

Najpierw sprawdziłem ile czasu zajmuje siłownikowi cały proces wysunięcia. Około 50 sekund. Następnie sprawdziłem ile czasu maksymalnie jestem w stanie uzyskać z przekaźnika czasowego. Było to 11 sekund. Zdecydowanie za mało, więc wylutowałem kondensatory z przekaźników czasowych. Kondensatory były 100uF/40V. Nie wiem z jakiego powodu ktoś dawał tam kondensatory aż na 40V. Miałem dwa zestawy kondensatorów w szufladzie więc przylutowałem pierwszy zestaw 1000uF/16V. Takie miałem, rozmiar bardzo podobny, choć pojemność 10 razy większa. Wstępne wyniki pomiarów pozwalały uzyskać od razu czasu około 60-90 sekund co było dla mnie bardzo pożądanym czasem, dalszych pomiarów nie było. Przy pomocy kleju na gorąco zamocowałem wszystkie trzy płytki w obudowie. Podłączyłem zasilanie 12V do czujnika światła na stałe. Do przekaźników czasowych przykręciłem tylko minus zasilania. Plus zasilania podłączyłem pod środek przekaźnika czujnika światła. Z obu boków przekaźnika wyprowadziłem plusy do przekaźników czasowych. Podstawowa część układu została zmontowana. Zostało tylko odpowiednio wysterować przekaźniki czasowe. Pomyłka tu może powodować powstanie w krótkim czasie dużej ilości białego dymu. Elektronicy wiedzą o co chodzi. Plus do elementów wykonawczych pobrałem sobie z środka przekaźnika z czujnika światła, jest tam cały czas. Minus podłączyłem bezpośrednio do kostki zasilającej 12V. Pozostałe części przekaźników podłączyłem wg schematu tak aby w spoczynku na złączach były — a nie ++. Środkowe wyprowadzenia elementów wykonawczych to wyprowadzenia na siłownik i na nich będzie się zmieniać biegunowość dla siłownika. Z tych wyprowadzeń połączenia są poprowadzone do złącza 3 pin. Z czujnika światła przewody do elementu światłoczułego poprowadzone są przez złącze 2 pinowe. Dlaczego różnopinowe złącza stosuję, to proste aby nie pomylić elementów przy podłączaniu. Z wejść zasilających przekaźników czasowych wyprowadziłem przewody do sygnalizatorów umieszczonych w obudowie. Element światłoczuły wyprowadziłem na zewnątrz budynku. Umieściłem go w plastikowym przezroczystym pojemniku pod dach, w miejscu w które nigdy nie powinno zajrzeć słońce. Choć to mało istotne, bardziej istotne jest to że nawet przejeżdżające samochody w nocy nie będą miały wpływu na działanie tego czujnika w nocy. Do podłączenia siłownika wykorzystałem posiadany kabel telefoniczny 4×0,5mm2 którego mi trochę zostało z budowy. Przy tym poborze prądu stosowanie grubszego przewodu było zupełnie niezasadne. Podłączenie mechaniczne rozpocząłem od wykonania nowej klapy zamykania. Stara i tak się rozpadała. Pierwotny plan zakładał montaż siłownika na zewnątrz, jednak po przemyśleniach stwierdziłem iż to nie jest najlepszy sposób jego montażu zwłaszcza biorąc pod uwagę jego małe wymiary. Zdecydowałem się go zamontować w środku, w przejściu dla zwierząt. Fabryczne elementy montażowe siłownika w stosunku do siły którą zaprezentował podczas testów wydały mi się byle jakie żeby nie powiedzieć mierne. Miałem z jakichś starych mebli kółka plastikowe. Kółka były połamane, ale obudowę miały metalową. Obudowa ze zdecydowanie grubszej blachy i w dodatku z otworami o odpowiedniej średnicy. Szlifierka pozwoliła szybko pozbyć się niepotrzebnych kółek. Cztery wkręty z dużym płaskim łbem i dwie śruby 4,5mm później siłownik był zamontowany. Pierwsze testy wykazały iż siłownik jest zamontowany w odpowiednich punktach. Zamyka się z miejscu w którym powinien, a otwiera nie zupełnie na płasko tylko lekko skosem. W związku ze skosem ewentualny padający deszcz będzie spływał z klapy. Pierwszego dnia wieczorem była wstępna konfiguracja i działanie. 

W związku z pewnymi wadami i brakami w elementach w całym projekcie musiałem wprowadzić zmiany. Brak histerezy czujnika światła rozwiązałem czasem przekaźników czasowych. Po zadziałaniu przekaźnika na czujniku światła musi minąć czas na przekaźniku czasowym zanim siłownik rozpocznie ruch. Więc nawet w bardzo pesymistycznym przypadku ustawiania czujnika światła w bardzo pesymistycznych warunkach przełączenia, nie wywoła to natychmiastowego ruchu siłownika. Pesymistyczne warunki załączania czujnika światła oznaczają iż po przełączeniu nie jest się w stanie zdecydować przez około 10-15 sekund w jakim stanie chce pracować i się przez ten czas przełącza. Sygnalizatory okazały się mieć zbyt mocne światło, więc zdjąłem z nim pokrywki w włożyłem w nie po dwa kółka wycięte foli na serki z ziołami (takie w plasterkach). Światło zmniejszyło swoje natężenie do zdecydowanie bardziej akceptowalnego poziomu.

Obecnie zastanawiam się nad wprowadzeniem trzech zmian. Jak zamknę drzwi to nie będę widział z kuchni czy jest otwarte czy zamknięte. Prawdopodobnie przez kolejne złącze tym razem 4pin podłączę oddzielny sygnalizator na zewnątrz budynku. Sygnalizator wykonam jako szeregowe podłączenie 4 diod LED (2 x po cztery diody) umieszczonych w otworach w sklejce. A sklejkę umieszczę w miejscu wybitej przez syna szyby na drzwiami. Czerwone diody dla zamkniętego układu i zielone dla otwartego. Druga zmiana będzie dotyczyła elementu światłoczułego, obecnie jest to jeden fotorezystor. Chcę go zastąpić przez zestaw połączonych szeregowo (lub równolegle, lub oba sposoby) fotorezystorów o mniejszej wartości, celem wypłaszczenia charakterystyki tego elementu w 'trudnym’ zakresie regulacji. Boję się tylko zmiany jego charakterystyki pod wpływem temperatury zewnętrznej. I ostatnia zmiana którą być może wprowadzę to wylutowanie potencjometru regulacyjnego czujnika światła i zastąpienie go przez dwa inne potencjometry do regulacji. Jeden będzie pewnie zbliżonej wartości co fabryczny a drugi zdecydowanie mniejszy. Ma to na celu znaczną poprawę precyzji ustawiania progu załączania przekaźnika. Albo zastosuję drugą albo trzecią poprawkę, prawdopodobnie obu na raz nie będę stosował. 

Poniżej załączam krótką galerię zawierającą szczegóły projektu. 

Pozostało zrobić karmnik i poidło automatyczne. To ostatnie powstanie również z lenistwa, ale nie będzie pracować dla niego prąd elektryczny tylko fizyka. Ta sama fizyka której nienawidziłem w szkole, niech wreszcie pracuje wreszcie dla mnie.