Слишком умные жалюзи своими руками

Умные устройства захватили мир, а вы и не заметили? Доброе утро! А вернее, вечер пятницы. Сегодня в программе умные жалюзи из подручного (и подножного) материала. Минимум усилий, минимум кода, максимум автоматизации.

Стоит рассказать предысторию (можно пропустить). Идея пришла в голову давным-давно. Тогда у меня не было видения или нужных навыков, но очень хотелось автоматизировать жалюзи. Я купил шаговый моторчик с драйвером и попытался пристроить его к управляющему положением жалюзи штырьку. Посмотрите на это…


Проект получился нелепый, переусложненный, мощности, конечно, не хватило, чтобы двигать эту кривую поделку, и я отложил идею в долгий ящик. Снова вспомнил о проекте я недавно. В один прекрасный день, ковыряя привод DVD из системного блока, я откопал вот это


И тут меня осенило…

Новое начало

Поясню ход моих мыслей. Жалюзи имеют два контура управления — поворот и сдвиг. Сдвиг происходит благодаря тяге за шнурок, который заклинивается роликом для фиксации положения. Поворот осуществляется осью, к которой прикреплены направляющие нити от жалюзи. Именно эта часть нас и интересует.

Если пристроить запчасть из DVD к валу жалюзи, можно регулировать их положение автоматически.

Итак, в моих руках оказался готовый мотор-редуктор для управления поворотной осью жалюзи, так что пора обрисовать задачи проекта:

1. Ручное управление шторами в отсутствии электричества
2. Дистанционное управление шторами
3. Автоматическое управление шторами через различные сценарии

Для последних двух (особенно, третьей) необходим микроконтроллер. Следовательно, для проекта потребуются следующие материалы:

1. Мотор-редуктор(в наличии)
2. Блок питания
3. Драйвер мотора
4. Микроконтроллер
5. Корпус

Творческий путь

Корпус был найден довольно быстро, им выступил какой-то зарядник для свинцовых АКБ. В его боку довольно грубо было проделано отверстие (для вывода вала редуктора к валу жалюзи).


Пластиковый корпус мотор редуктора был обрезан так, чтобы с усилием вставляться в корпус. Все равно лишняя пластмасса ему ни к чему…


В качестве микроконтроллера был выбран ESP8266 Wemos D1 Mini, парочка которых была куплена за 130 рублей/штука еще давно.


В качестве блока питания был применен какой-то старый ненужный зарядник на 5 вольт (выдавал около 6.2).


В качестве драйвера мотора выступил копеечный MX1508 (напряжение питания 3-10 вольт).


Данный драйвер построен по классической архитектуре H-Bridge.


Он рассчитан на управление двумя независимыми моторами (из которых мы используем лишь один).

Чтобы разместить все в корпусе, была применена проклятая некоторыми 3д печать. В данном проекте она, строго говоря, необязательна, но значительно упрощает жизнь. Внутреннее пространство корпуса было разделено на 3 части: редукторный блок, питающий блок и управляющий блок. Для управляющих плат (драйвер и макетка с микроконтроллером, который я туда впаял) был заботливо приготовлен слот.


С первого раза степень попадания в отверстия корпуса составила лишь 50%, но тратить пластик особо не хотелось, так что было решено: «И так сойдет». Зато в крепеж редуктора попадание было 100%. А поскольку деталь разрабатывалась впритык по размерам корпуса, ничего не осталось болтаться в воздухе.

Итак, оставалось лишь придумать способ соединения вала с шестеренками редуктора. Тут не скажу, что будет просто без 3д печати, но, думаю, вполне реально. Я же просто замерил шестеренку, расширил в ней отверстия и разработал вал под эти отверстия, который другим концом вставляется в вал жалюзи.


Однако, если подумать, как я это буду настраивать со всеми возможными перекосами?.. В общем, решил сделать вал гибким. Как? Ну, у меня валялся кусок обыкновенного троса в оболочке…

Кусок я обрезал, модель вала тоже, а затем сделал пазы под трос. Распечатав детали, я посадил трос на эпоксидный клей ЭДП. Думаете, не сработало? Еще как сработало!


После завершения основных работ я задумался, как бы организовать концевые датчики, чтобы прибор не перекручивал жалюзи слишком сильно. Я накидал насадку на вал и пазы под кнопки, и тут Остапа понесло. «А, собственно, почему бы не накидать побольше датчиков?» У меня были в наличии PIR-сенсоры движения, датчики температуры и влажности AM2320 и какой-то фоторезистор из дохлого ночника. Все это пошло в дело! Естественно, размещать в корпусе датчик температуры и влажности было глупо (как и датчик движения), так что я сделал навесную коробочку, исходя из отверстий в корпусе зарядника и модели PIR-датчика, взятой на просторах сети. Получилось неплохо.



Я вывел все провода через те же пазы, а на плату впаял разъемы под датчики. Решил не объединять сильно провода, чтобы проще было разобраться, если решу добавить еще датчиков.


На плате я распаял необходимые разъемы. Думаю смотреть на макетку не сильно интересно, в схеме всего один резистор для резисторного делителя фотодатчика, остальное просто провода от пинов микроконтроллера к датчикам и драйверу мотора. Для фоторезистора подключение такое.


Итак, финальный изделие приобрело примерно такой вид.


Дело оставалось за малым — повесить коробочку на стену. Для этого был разработан крепеж на один саморез (дырка под него осталась после снятия обычных штор). Чтобы по 10 раз не мерять в неудобной позе, я примерно прикинул по высоте и смоделировал рельсу, на которой будет уже крепиться крючок. Если что, крючок можно подвинуть, чтобы прибор висел ровно.


Теперь, когда все было собрано воедино, дело оставалось за малым — прошивкой. Почему за малым? Потому что для управления я использую сервер HomeAssistant, а для прошивки ESPHome. Это позволяет мне писать прошивку в виде конфигурации к пинам микроконтроллера, а автоматизации можно вообще оформлять в виде логических блоков в графическом интерфейсе HomeAssistant.

В результате проверки и мучений с датчиком влажности, было выявлено, что концевики не нужны (мотор просто проворачивает резиновый шкив в крайнем положении в худшем случае), а прошивка приобрела такой вид.

substitutions:
  name: esphome-web-47f3af
  friendly_name: Blinds
  devicename: Blinds_actuator_d1

esphome:
  name: ${name}
  friendly_name: ${friendly_name}
  min_version: 2024.6.0
  name_add_mac_suffix: false
  project:
    name: esphome.web
    version: dev

esp8266:
  board: d1_mini

i2c:
  sda: GPIO04
  scl: GPIO05
  scan: true
  id: bus_a

# Enable logging
logger:

# Enable Home Assistant API
api:

# Allow Over-The-Air updates
ota:
- platform: esphome

# Allow provisioning Wi-Fi via serial
improv_serial:

wifi:
  # Set up a wifi access point
  ssid: #your_ssid
  password: #your_pass

# In combination with the `ap` this allows the user
# to provision wifi credentials to the device via WiFi AP.
captive_portal:

dashboard_import:
  package_import_url: github://esphome/example-configs/esphome-web/esp8266.yaml@main
  import_full_config: true

# To have a "next url" for improv serial
sensor:
  - platform: uptime
    name: ${devicename}_uptime
    id: uptime_sec
    internal: true

  - platform: wifi_signal
    name: ${devicename}_WiFi_Signal"
    update_interval: 60s

  - platform: resistance
    sensor: source_sensor
    configuration: DOWNSTREAM
    resistor: 10kOhm
    name: Resistance Sensor
  
  - platform: adc
    id: source_sensor
    pin: A0

  - platform: am2320
    temperature:
      name: "Living Room Temperature"
    humidity:
      name: "Living Room Humidity"
    update_interval: 60s
    setup_priority: -100
    
text_sensor:
  - platform: template
    name: ${friendly_name}_uptime
    lambda: |-
      int seconds = (id(uptime_sec).state);
      int days = seconds / (24 * 3600);
      seconds = seconds % (24 * 3600); 
      int hours = seconds / 3600;
      seconds = seconds % 3600;
      int minutes = seconds /  60;
      seconds = seconds % 60;
      return { (String(days) +" д. " + String(hours) +" ч. " + String(minutes) +" мин.").c_str() };
    icon: mdi:clock
    update_interval: 113s
  
output:
  - platform: esp8266_pwm
    pin: GPIO14
    frequency: "25000 Hz"
    min_power: 1%
    max_power: 100%
    id: forward_actuator
  - platform: esp8266_pwm
    pin: GPIO12
    id: backward_actuator
    frequency: "25000 Hz"
    min_power: 1%
    max_power: 100%

binary_sensor:
  - platform: gpio
    pin:
      number: GPIO16
    name: "PIR Sensor"
    device_class: motion

cover:
  - platform: time_based
    name: "Time-Based_Cover"
    open_action:
      - output.set_level:
          id: forward_actuator
          level: 70%
    open_duration: 1.4s
    close_action:
      - output.set_level:
          id: backward_actuator
          level: 70%
    close_duration: 1.4s
    stop_action:
      - output.turn_off: forward_actuator
      - output.turn_off: backward_actuator

Для датчика влажности был выставлен приоритет инициализации, для мотор-редуктора был выбран модуль time-based (положение задается временем включения мотора), также я ограничил скорость вращения мотора с помощью ШИМ-модуляции 25кГц, чтобы минимизировать инерцию, сохранив крутящий момент. Жалюзи стали двигаться плавно и тихо.

Итоги

Для ручного управления была предусмотрена веревочка, поскольку механизм ручного открывания по умолчанию оказался червячный, и его пришлось выкинуть.


Для дистанционного открывания на панель умного дома был в два клика выведен переключатель. Также я вывел графики температуры, влажности и освещенности.


Для автоматизации в интерфейсе Home Assistant были реализованы два сценария — первый открывает шторы утром, второй закрывает шторы за несколько часов до заката ИЛИ когда освещение падает ниже комфортного уровня (датчик в приборе). Все это реализуется в два клика, хотя можно писать и более сложные конфигурации триггеров.


В дальнейшем хочу организовать автоматическое проветривание по датчику влажности и температуры (делаю привод окна), а также прикупить сенсор CO2 и, возможно, барометр. Почему бы и нет? Думал также реализовать более точное позиционирование штор через энкодер (возможно, от мышки). Но сейчас меня вполне устраивает точность и без него.


Итоговая смета проекта лежит в диапазоне 300 рублей, плюс немного ненужного хлама и пару часов на проектирование. Релевантно оно для вас или нет, решайте сами, но буду рад услышать конструктивную критику. Спасибо!