Sälekaihdinten automatisointiprojekti, osa1

Jostain se on aloitettava! Jostain se tosiaan on aloitettava, tämä vuoden päivät blogin Wishlistalla ollut ”ranskalainen viiva”. Tavoitteena on siis ryhtyä automatisoimaan asunnon sälekaihtimia SmartThingsin kanssa. Aluksi vyörytys pitäisi aloittaa olohuoneen kolmen (3) ikkunan sälekaihtimesta ja jos homma ensinnäkin onnistuu, niin sitten käyttöönottoa voisi laajentaa ehkäpä talon muihinkin huoneisiin. Tulen kirjoittelemaan tämän projektin vaiheista eri osissa, koska jokainen vaihe on itselle hieman uutta ja jännittävää, aina hankinnasta tulevaan asennukseen. Aloitetaan siis tarvikehankinnoista! Olen muutaman viikon seikkailut Internetissä ja seikkailun tuotoksena vedin virtuaaliset ostohousut jalkaan ja tilasin itselleni tarvikkeita.

Tarvikelista

Kaikessa yksinkertaisuudessaan ikkunan automatisointiin tarvitaan Arduino, servo, sekä pientarviketta. Seuraavaksi käsitellään hieman tarkemmalla tasolla näitä em. artikkeleja.

ARDUINO

Arduino on Wikipedian mukaan avoimeen laitteistoon perustuva mikro-ohjain-/elektroniikka-alusta ja ohjelmointiympäristö. Omin sanoin, helvetin pieni tietokone, joka kykenee varsin mallikkaasti hoitamaan esim. juuri tällaista kodin automatisointiin liittyvää pienimuotoista askaretta. Arduino-pohjaisia laitteita valmistavat useat valmistajat ja tämän lisäksi laitemalleja on monia. Laitteiden erot voivat näkyä sitten esim. kortin liitinpinnien määrässä, muistin määrässä tai vaikkapa kortin fyysisessä koossa. Itse lueskelin Internetistä kokemuksia eri Arduino-laitteiden käytöstä nimenomaan sälekaihdin käytössä. Aivan yksinkertaista mallin valitseminen ei ollut, mutta sain lopulta päätettyä, että hankintaan lähtee Lolin Wemos D1 Mini Pro laitteita.

Ohessa speksejä kortista:

  • 11 digital input/output pins
  • Interrupt/pwm/I2C/one-wire
  • 1 analog input(3.2V max input)
  • 16M bytes(128M bit) Flash
  • External antenna connector
  • Built-in PCB antenna
  • Lithium battery interface, 500mA Max charging current
  • LOLIN I2C Port
  • Compatible with Arduino, MicroPython, NodeMCU
  • Default firmware: lastest MicroPython

Tästä mallista löytyi paljon käyttökokemuksia, ja vieläpä hyviä sellaisia. Kortti on wifi-pohjainen, eli sitä kyetään komentamaan 2,4Ghz langattoman verkon kautta. Pinnimäärä varmasti riittää alkuun ja hyvin jatkotarpeisiinkin. Myös lisäantennin käytön mahdollisuus on ehdoton plussa. Kortti on lisäksi sopivan pienikokoinen, koska sälekaihdinasennuksessa huomaamattomuus on usein hyvä ominaisuus.

Aliexpressista tilaukseen 4kpl näitä kortteja. Kolme ikkunaa olohuoneessa, joten yksi Arduino varalla kun rikon kuitenkin jotain..

Servo

Wikipedia kertoo Servosta seuraavaa: ”Servo on asemointiin tarkoitettu toimilaitteen ohjauspiiri, jossa on takaisinkytkentä asema-anturiin”. Taviskielelle käännettynä sälekaihdinprojektissa servo on siis moottori, joka kykene laskemaan pyörimiskerrat ja akselin kulman. Servoja on markkinoilla tarjolla valtava määrä eri ominaisuuksilla ja eri käyttötarkoituksiin, mutta itselle tärkeimmät ominaisuudet ovat kääntöasteet, sekä vääntö. Vääntöä voi olla helpompi ymmärtää alla olevan kuvan perusteella. Jos kyseessä on 20kg servo johon on kiinnitetty 2cm mittainen servovarsi, kykenee se työntämään/vetämään 20kg vastusta 1cm verran. Tämä ehkä hieman suhteuttaa sitä voimaa, joka esim. tällaisessa 20Kg:n servossa on.

Kääntöasteet taas yksinkertaisesti kertovat, että kuinka monta astetta servo kykenee kääntymään. Useimmat RC-servot lienevät 180asteisia, mutta tarjolla on myös 270 asteisia servoja, sekä nk. kääntöasteilta rajoittamattomia servoja. Itselle oleellista oli löytää sellainen servo, joka kykenee kääntymään tarvittaessa enemmän kuin 180 astetta, mutta ei rajoittamattomasti. Rajoittamaton servo vaatisi sitten jotain erillisiä kytkimiä, jolla sen liikkeen reunarajat voitaisiin tarkasti määritellä. Järjelliseksi vaihtoehdoksi jäi tällöin 270 asteen servo. Kääntöasteen lisäksi servossa pitäisi olla kunnolla voimaa, koska sälekaihtimen akseli ei ole kovinkaan usein edes käsin helposti käännettävissä (siis suoraan akselilta yrittäen). Ylimääräisesti voimasta ei muutenkaan ole haittaa. Viimeisimpänä vaatimuksena servolle oli se, että siitä piti löytyä positiivisia käyttökokemuksia Internetin eri foorumeista. Moni Aliexpressissakin myynnissä oleva servo on kuvauksien perusteella 270 asteinen, mutta todellisuudessa kääntöasteet ovat kuitenkin 180. Tästä syystä servoksi lopulta valikoitui malli DS3218MG.

Tätä servoa moni sälekaihdinprojektilainen kehuikin ja se todistetusti kääntyi 270 astetta kun sitä testattiin. Servo on hiljainen, 20kg vääntävä ja vedenkestävä. Hiljaisuus on ehdotonta plussaa. Vedenkestävyydellä ei nyt niinkään väliä, vaikkakin ikkunan välissä saattaa kosteaa joskus ollakin.

Aliexpressista tilaukseen 4kpl näitä DS3218MG-servoja. Tässä pätee sama logiikka kuin Arduinoissakin. Yhden voi hajottaa..

Pientarvikkeet

Nyt kun servot ja Arduinot on laitettu tilaukseen, on syytä tilata ja hankkia muita projektissa tarvittavia tarvikkeita. Servo asennetaan sisä- ja ulkoikkunan väliin ja servo tarvitsee tietenkin toimiakseen virtaa. Aivan kuten servotkin, Arduinot tarvitsevat virtaa toimiakseen. Molempien laitteiden virransyöttö voidaan toteuttaa esim. matkapuhelinlaturin kautta. Ajattelin asiaa niin, että per ikkuna tarvitaan kaksi virtalähdettä tai vähintäänkin kaksi virtaa syöttävää porttia. Arduinoille ja servoille pitää kyetä tarjoamaan 5V ja siihen riittävä määrä ampeereja (2,4Ah) mukaan. Kotimaisia verkkokauppoja selaillessani Clas Ohlsonilta löytyi lopulta sopivat USB-pistokkeet. Pistokkeissa on suoraan kaksi virtaa syöttävää usb-porttia ja vieläpä sopivilla spekseillä.

Pistokkeita hankittiin 4 kappaletta.

Tämän lisäksi tarvitaan virtakaapelia. Omassa varastossani on muovipussillinen vanhoja USB-kaapeleita, joista aion ottaa pistokkeisiin kiinnitettävän pään liittimineen. Tämä tarkoittaa sitä, että ainakin Arduinon virtaistaminen onnistuu poikkaisemalla vanha USB-kaapeli ja kytkemällä johtoliittimet päähän Arduinon kytkentärimaa varten. Servon virtaistamisen aion tehdä 0,75mm2 kaiutinkaapelia käyttäen, koska servon ja Arduinon väliin pitää lisäksi kytkeä erillinen data-johdin. Tämä siis vasta visiona pääni sisällä, mutta tällä ajatuksella ainakin toistaiseksi edetään. Tästä syystä Servolle vedetään siis USB-pistokkeesta kaiutinkaapelia, jota pitkin virtaa saadaan perille. Kaiutinkaapelin 0,75mm2 neliökoko on varsin riittävä ja on itse asiassa heittämällä paksumpaa kuin ohuen ohut USB-johdon johdin.

Hankittiin 30m 0,75mm2:n kaiutinkaapelia.

Servo on saatava sälekaihtimeen kiinnitettyä jotenkin. Tapoja on monia, mutta omassa suunnitelmassani servo tullaan yhdistämään suoraan sälekaihtimen akseliin. Tätä varten tarvitaan nk. kardaaniakseliadaptereita. Tilatun servomallin akselin halkaisija on 6mm, kun taas sälekaihtimen akselin halkaisija on 4mm. Kardaaniakseliadapterin toisen pään tulee siksi olla 4mm, ja toisen puolen 6mm. Aliexpressista ne nämäkin löytyivät. Löytyisi tosin varmaan Suomestakin.

Kardaaniakseliadaptereita laitettiin 10kpl pussi tilaukseen.

Näin olleen tilaukset kaikista projektin tarvikkeista on nyt tehty ja tarvikkeiden pitäisi saapua jo lähiviikkoina. Varastosta löytyy lisäksi tinat ja juotosasemat, kutistesukat, työkalut ja kaljaa. Seuraavassa osassa (2) pitäisi päästä Arduinon kimppuun koodaamaan ja mahdollisesti tulostamaan seinälle sopivia nättejä Arduino-koteloja 3D-tulostimella. Tästä tulee JÄNNITTÄVÄÄ! 🙂

Siirry seuraavaan osaan (2/4)

Vieritä ylös