Возвращение Открыватора

Привод открывания окна для проветривания я хотел давно. Периодически изучал, что есть подходящего. Прикидывал, как приспособить линейный или цепной привод. Считал смету и откладывал. Однако на одной из последних итераций прочитал эссе тов. TrDA, включая последующее исследование, за каковое очень благодарен. Из этих материалов родилась идея скрестить ужа с ежом, о результатах чего и сообщаю.

Для начала: я не инженер, не дизайнер, не программист. Просто иногда мне очень хочется сделать что-нибудь этакое для себя, а когда сделаю - похвастаться. Обычное, в общем-то, дело.

Итог закономерный: ниже описание рабочего прототипа, не доведенного, впрочем, до состояния коммерческого продукта. Иными словами - MVP.

Дальше постараюсь покороче. Сначала об особенностях получившегося привода:

1. Возможность крепления на место оконной ручки.
2. Возможность открывать и закрывать окно вручную.
3. Регулировка прижима.
4. Защита от случайного включения привода при закрытом окне.
5. Дублирование (правда, не слишком надежное) ограничения хода мотора.
6. Ручной и автоматический режим работы.
7. Частичное открывание с памятью.
8. Дистанционное управление.
9. Световая индикация режимов работы и состояния.

Ранний вариант

Первая конструкция: кронштейн для привода на оконную створку, рычаг из алюминиевой полосы с креплением на раму. Дистанционного управления не было, я планировал самый надежный вариант - провод и тумблер, чего вместе с автоматикой выключения в самом приводе должно было быть достаточно. Результатом стали несколько вариантов кронштейна на оконную створку плюс мелочевка в виде креплений на раму:

Крепление рычага на раму окна имеет две степени свободы, чем я надеялся компенсировать положение относительно привода, в том числе и при открытии створки, которая идет не по прямой, а по сектору окружности. Получилось не очень, но я старался.

Крепление рычага на привод имеет механическую регулировку, которую можно использовать для изменения силы прижима или адаптации под получившуюся длину рычага. Пределы регулировки невелики, как, собственно, и размеры самого узла.

В процессе понял, что меня не устраивает управление по проводу и необходимость вручную открывать и закрывать окно. Подумал, что будет хорошо иметь хотя бы простейший автоматический режим с проветриванием по таймеру. Например, минут на 10 раз в час-полтора. Для этого сделал надевающийся на мотор привода приборный отсек для микроконтроллера (Arduino Nano, какой под руками был) и драйвера мотора:

В теории (не проверял) штатная крышка привода должна была надеваться на всю конструкцию. Но на всякий случай еще срисовал подошву крышки, чтобы можно было при необходимости сделать свой корпус.

Однако позже понял, что если и делать свой корпус, то чтобы привод был скрыт в нем по возможности целиком. Через несколько итераций получился модульный корпус из основания, оболочки и лицевой панели:

Оболочка держится на кнопках-защелках. Они сделаны съемными, чтобы можно было экспериментировать с формой и размерами без повторной печати основания.

Чтобы можно было закрывать окно вообще, а не только на привод, я сделал механическую ручку из квадратного стержня старой ручки и алюминиевых полос. В закрытом положении ручка нажимает на рычаг микропереключателя, который отключает питание привода (это как раз и есть защита от срабатывания при закрытом окне).

Дальше я понял, что раз уж поставил микроконтроллер, то глупо ограничиваться только проветриванием по таймеру. Надо уж дистанционное управление делать. И переделал приборный отсек, чтобы в него помещался еще и радиоприемник (433 МГц, очень тупой, но исполнительный). 

Управление сразу было сенсорным, при помощи сверхпопулярной платы на чипе TTP223, которая, в отличие от кнопок, не портит жизнь дребезгом контактов. В процессе, впрочем, выяснилось, что ее светодиодная индикация меня не устраивает. Поэтому дальше я оборудовал лицевую панель направляющими для светодиодной ленты на чипах WS2812, цветом которых легко управлять с точностью до корпуса.

Завершающим штрихом конструкции стала плавная регулировка яркости индикации в зависимости от интенсивности фонового света. Если честно, эта глава мне напомнила сказку про мальчика, который потратил неразменную монету на пуговицы. Буквально, я по своей глупости в процессе экспериментов убил USB-порт на ноутбуке. Но ладно.

Чтобы окно не распахнулось целиком, если сквозняк сорвет привод, когда никого нет дома, я поставил на створку механический ограничитель открытия. Он, правда, не имеет ничего общего с печатью и электроникой, зато недорогой (около 200 рублей, что ли).

Немного о том, как работает:

1. Режимы: ручной, автоматический (автономный и дистанционный).
2. Короткое нажатие кнопки на корпусе открывает и закрывает окно.
3. Короткое нажатие во время открывания задает новый предел открывания (частичное) до выключения привода.
4. Долгое нажатие кнопки на корпусе переключает между ручным и автоматическим режимами.
5. Нажатие кнопки на пульте ДУ открывает и закрывает окно. Если в автоматическом режиме кнопка нажата при открытом окне, происходит переход в ручной режим; если при закрытом - переход в автоматический режим.
6. В автоматическом автономном режиме проветривание раз в полтора часа на 10 минут (настраивается в коде).
7. В автоматическом дистанционном режиме открытие и закрытие происходит по внешней команде.

Вроде все.

Для тех, кто задумается о повторении некоторые советы по электронике и механике.

По механике. Для сборки кроме печатных деталей потребуется:

1. Винт М4х20 с круглой головкой - 2 шт. (фиксация узла рычага на приводе)
2. Винт М4х10 с потайной головкой - 1 шт. (фиксация рычага на креплении на раме)
3. Винт М4х12 с круглой головкой - 1 шт. (фиксация рычага на приводе)
4. Винт М4х40 (35) - 1 шт. (фиксация шарнира рычага в креплении на раме)
5. Винт М6х30 - 2 шт (фиксация привода в основании)
6. Гайка М4 - 2 шт.
7. Гайка М6 - 2 шт (я взял с пресс-шайбами)
8. Винт М3х16 - 2 шт. (замки плат в "приборном отсеке" привода)
9. Саморезы ориентировочно 2 мм - 2-4 шт. (фиксация платы драйвера мотора)
10. Алюминиевая полоса 15х2 мм - около 30 см.
11. Квадратный профиль от оконной ручки - 1 шт.
12. Саморезы 3,5 мм для крепления на раму - 2 шт.

Размеры полос и профиля для ориентира:

Рычаг открывания окна, примерно 11.5 см. Центр отверстия в шарнир около 10 мм, центр отверстия на мотор - около 9 мм.

Положение просечки под квадратный профиль примерно так, чтобы с трех сторон было одинаково до края. Я расчерчивал квадрат 8х8 мм, потом сверлил по центру отверстие 7,5 мм и надфилем доводил до квадрата. Полос нужно 2 штуки.

Сборка не очень простая, согласен. Ругайте меня, как хотите, но времени и желания доводить до состояния коммерческого продукта уже не осталось. Это, как я извинился в самом начале, прототип.

К тому же, необязательно делать, как я. Можно взять аналогичный привод для какой-нибудь китайской системы умного дома (та же Tuya) с управлением через Wi-Fi. Тогда вместо кутерьмы с кучей проводов достаточно будет простого кронштейна и сборки рычага.

Я также экспериментировал с использованием обычного оконного ограничителя вместо алюминиевой полосы. Выяснил, что для крепления к приводу все же нужен переходник и что хотя это работает, мне не очень нравится. Но работает.

Итак, сборка.

Инструменты и детали для сборки.

Вместо тысячи слов.

Считаем, что платы размещены в приборном отсеке, а он уже надет на мотор привода. Также считаем, что светодиоды вклеены на термоклей в канавку на лицевой панели.

1. Пропустить провод питания в одно из отверстий основания.
2. Прикрутить основание к раме винтами от оконной ручки.
3. Вставить в пазы основания фиксирующие кнопки.
4. Пропустить обе полосы рычага закрывания окна в паз, совместить отверстие в полосах с отверстием для ручки в основании.
5. Вставить профиль от ручки в отверстие для ручки в раме, пропустив его через отверстие в полосах.
6. Вставить привод в кронштейн основания и зафиксировать винтами и гайками M6.
7. Приклеить микропереключатель, убедившись, что он срабатывает в нижнем положении рычага закрывания окна.
8. Соединить цепи питания, если еще не соединены.
9. Надеть оболочку, пропустив через нее лицевую панель со светодиодами (если она не на разъеме) и кольцо привода в отверстие в процессе надвижения оболочки на основание.
10. Пропустить сенсорную кнопку через отверстие в лицевой панели, расположить ее в углублении.
11. Соединить светодиодную ленту с контроллером, если она не соединена.
12. Вставить лицевую панель в оболочку до упоров.
13. Закрепить на лицевой панели декоративную решетку с помощью прозрачного двустороннего скотча (я взял тот, что используют для упаковки подарков).
14. Прикрутить крепление на раму саморезами.
15. Вставить в крепление на раме шарнир, зафиксировать его с помощью винта М4х40 (35) и гайки М4.
16. Вставить в шарнир рычаг и зафиксировать его винтом М4х10 с потайной головкой.
17. Собрать узел крепления рычага на приводе: вставить бегунок с гайкой М4, закрутить регулировочный винт со стороны окна заподлицо со стенкой (он не должен выступать, иначе зацепится за корпус), закрутить до упора (без фанатизма) регулировочный винт с обратной стороны.
18. Закрепить получившийся узел на рычаге с помощью декоративной накладки и винта М4х12 с круглой головкой. Надеть декоративный колпак.
19. Перевести вручную рычаг привода в вертикальное положение.
20. Открыть окно рычагом.
21. Совместить узел крепления рычага с приводом. Закрепить двумя винтами М4х20.
22. Можно поставить на кольцо разблокировки привода декоративную ручку. Для этого пропустить кольцо в паз ручки, вытянуть его до упора, повернуть на 90 градусов и дать лечь в выемку.

По электронике, кроме того, что микроконтроллер Arduino Nano:

ВАЖНО: так как мотор и светодиоды потребляют прилично, то чтобы избежать повреждения контроллера и компьютера КРАЙНЕ рекомендую (настаиваю даже) физически их отключать во время загрузки кода в контроллер.

1. Большая часть подключений видна и легко переделывается в секции объявления констант
2. Настройки (временные задержки/интервалы, дистанционные коды) меняются в секции объявления констант
3. Я бы рекомендовал подключать линии управления светодиодами и драйвером мотора через резисторы, чтобы ограничить ток до безопасного для микроконтроллера уровня. Для ленты WS2812 рекомендуют от 200 Ом, на драйвер мотора я поставил 1 кОм. 
4. Так как напряжение питания светодиодов и приемника 5 В, а мотора привода 9-12 В, понадобится понижающий преобразователь на 5 В (с напряжения питания привода). Я собрал сам на LM7805. Для него по моему дилетантскому мнению также потребуется электролитический конденсатор в районе 470 - 1000 мкФ на выходе. Если использовать готовый преобразователь, нужно убедиться, что у него на выходе есть что-то подобное. Иначе, например, у меня очень сильно мерцает последний светодиод в ленте (хотя не исключаю, что это вещи не связанные, просто я не разобрался в причине).
5. Датчик света - безымянный китайский фоторезистор.
6. Светодиодная лента - 4 светодиода WS2812.
7. Приемник - безымянный китайский приемник на 433 МГц с амплитудной модуляцией.
8. Пульт управления - любой китайский пульт на 433 МГц с фиксированным кодом, совместимым с библиотекой RC-Switch. Или самодельный. Но у меня заводской, не помню от чего.
9. Провод питания я взял 2х0,75, на что и рассчитаны отверстия в корпусе.
10. Если не хочется RC-Switch, а хочется ESP и Wi-Fi, то либо сами, либо считайте RC-Switch чем-то вроде API, то есть используйте реакцию на его коды, которые будете подставлять при управлении через Wi-Fi.

Кратко по минусам:

1. Штука громоздкая.
2. Непросто в сборке.
3. Есть вопросы к надежности.
4. При креплении вместо ручки мешает пользоваться ограничителем открывания на соседнем окне.
5. Конструкция оптимизирована для крепления вместо ручки правой створки окна. В теории можно перевернуть для левой и вообще крепить в любое место окна, но я не пробовал.
6. Так как изготовление длилось несколько месяцев с перерывами, я мог что-то забыть и поэтому обзор может быть не точен - прошу за это прощения.

Детали, как обычно, в разделе моделей. Код я загрузил на Github.