حشره‌کش نوری خورشیدی با پرینتر سه‌بعدی و آردوینو

برای ساخت بدنه این حشره‌کش، از نرم‌افزارهای طراحی سه‌بعدی استفاده کردیم تا کمترین نیاز به ساپورت‌گذاری رو داشته باشه و هم تو مصرف فیلامنت صرفه‌جویی بشه و هم زمان پرینت پایین بیاد. هدف این بوده که فضای کافی برای مخفی کردن سیم‌کشی‌ها وجود داشته باشه و مونتاژ قطعات حسابی راحت و بی‌دردسر بشه.

اول از همه مدل‌های قطعات الکترونیکی مثل باتری، فن و مدارها رو به صورت مجازی کنار هم قرار دادیم تا بهترین چیدمان پیدا بشه. بعد از مشخص شدن جای قطعات، قاب اصلی دستگاه رو دقیقا با توجه به همین چیدمان و ابعاد طراحی کردیم.

برای اینکه جای دقیق سوراخ‌های پیچ روی برد اصلی رو پیدا کنیم، از یک ترفند جالب استفاده شد؛ از روی برد سوراخ‌داری که قطعات رو روش چیده بودیم یک عکس کاملا عمودی گرفتیم و همون رو با ابعاد واقعی به عنوان الگو روی سطح مدل سه‌بعدی قرار دادیم.

با استفاده از این ترفند تونستیم جای دقیق ترمینال‌ها، سوراخ‌های پیچ و پدهای لحیم‌کاری رو روی نرم‌افزار پیدا کنیم تا محفظه کاملا با مدار الکترونیکی فیکس بشه.

بعد از تموم شدن طراحی، باید فایل‌های STL رو وارد نرم‌افزار اسلایسر کنی و پرینت بگیری. چون این دستگاه قراره بیرون از خونه، زیر نور آفتاب و در شرایط آب‌وهوایی مختلف کار کنه، حتما از فیلامنت‌های مقاوم حرارتی مثل ABS استفاده کن تا بدنه‌اش تغییر شکل نده.

منطق کدهای این پروژه خیلی ساده اما هوشمندانه‌ است. ما از دو تا ماسفت برای کنترل مجزای فن و ال‌ای‌دی‌ها استفاده کردیم و سنسور نوری LDR هم به عنوان چشم دستگاه عمل می‌کنه. روال کار اینطوریه: وقتی هوا تاریک می‌شه <- نور فرابنفش (UV) روشن می‌شه.

یک دقیقه صبر می‌کنه تا حشرات دور نور جمع بشن. فن رو به مدت 30 ثانیه روشن می‌کنه تا حشرات رو ببلعه. فن خاموش می‌شه اما نور روشن می‌مونه.

این چرخه مدام تکرار می‌شه تا اینکه هوا روشن بشه. به محض طلوع آفتاب، کل سیستم خاموش می‌شه تا دستگاه بره روی حالت شارژ باتری.

const unsigned long uvOnlyDuration = 60000; // 1 minute
const unsigned long fanOnDuration = 30000; // 30 sec

توی کدها می‌تونی با تغییر یک متغیر ساده، حساسیت سنسور نور رو تنظیم کنی تا مشخص بشه دقیقا تو چه سطحی از تاریکی هوا، دستگاه شروع به شکار کنه.

const float dayThreshold = 2.9; // ≤ 2V = Bright (Day)

حالا برد XIAO رو با کابل به سیستم وصل کن، نرم‌افزار Arduino IDE رو باز کن و کدهای کامل پروژه که در ادامه اومده رو روی پردازنده آپلود کن.

// Pin definitions
const int ldrPin = D0; // D0 (LDR input)
const int uvLedPin = D1; // D1 (UV LED)
const int fanPin = D2; // D2 (Fan)
// LDR setup
const float vRef = 3.3;
const int adcMax = 1023;
const float dayThreshold = 2.9; // ≤ 2V = Bright (Day)
// Timing
const unsigned long uvOnlyDuration = 60000; // 1 minute
const unsigned long fanOnDuration = 30000; // 30 sec
void setup() {
pinMode(uvLedPin, OUTPUT);
pinMode(fanPin, OUTPUT);
digitalWrite(uvLedPin, LOW);
digitalWrite(fanPin, LOW);
analogReadResolution(10); // 10-bit ADC
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
float voltage = readLdrVoltage();
Serial.print("LDR Voltage: ");
Serial.print(voltage, 2);
Serial.print(" V - ");
if (voltage > dayThreshold) {
Serial.println("Dark - Start cycle");
// Turn on UV LED only
digitalWrite(uvLedPin, HIGH);
digitalWrite(fanPin, LOW);
if (!waitWhileDark(uvOnlyDuration)) return;
// Now turn on fan
digitalWrite(fanPin, HIGH);
if (!waitWhileDark(fanOnDuration)) return;
// Turn off fan (UV LED stays ON)
digitalWrite(fanPin, LOW);
} else {
Serial.println("Bright - Powering off");
digitalWrite(uvLedPin, LOW);
digitalWrite(fanPin, LOW);
delay(500);
}
}
// Helper: read voltage from LDR
float readLdrVoltage() {
int raw = analogRead(ldrPin);
return (raw / (float)adcMax) * vRef;
}
// Helper: wait during dark period, exit early if it gets bright
bool waitWhileDark(unsigned long duration) {
unsigned long start = millis();
while (millis() - start < duration) {
float voltage = readLdrVoltage();
if (voltage <= dayThreshold) {
Serial.println("Daylight detected - exiting early");
digitalWrite(uvLedPin, LOW);
digitalWrite(fanPin, LOW);
return false;
}
delay(100);
}
return true;
}

اگه بخوای تمام قطعات رو روی یک برد سوراخ‌دار معمولی با دست لحیم کنی، شاید یکم زمان‌بر بشه و سیم‌کشی‌ها تو در تو و شلوغ بشن. برای همین، استفاده از یک PCB اختصاصی و چاپ‌شده برای این پروژه، هم ظاهر کار رو خیلی حرفه‌ای‌تر می‌کنه و هم سرعت مونتاژ و درصد اطمینان رو به شدت بالا می‌بره.

با داشتن یک مدار چاپی مخصوص، قطعاتی مثل ماسفت‌ها دقیقا روی پدهای خودشون قرار می‌گیرن و هیچ دردسری برای پیدا کردن مسیر سیم‌ها نخواهی داشت. استفاده از برد اختصاصی چند تا مزیت بزرگ برای این دستگاه داره:

1. کاهش چشمگیر خطای سیم‌کشی و جلوگیری از اتصالی کوتاه
2. اشغال فضای خیلی کمتر در داخل محفظه پرینت‌شده
3. دفع حرارت بهتر قطعات در روزهای گرم تابستان

بنابراین با توجه به امکاناتی که داری، می‌تونی تصمیم بگیری که از برد سوراخ‌دار معمولی استفاده کنی یا فایل مدار چاپی اختصاصی رو بسازی.

قبل از اینکه قطعات رو روی مدار نهایی مونتاژ کنیم، باید ولتاژ خروجی ماژول‌های DC به DC رو دقیق تنظیم کنی. برای ماژول افزاینده MT3608، ولتاژ 4.2 ولت باتری رو به ورودیش بده و با یک پیچ‌گوشتی ریز، پتانسیومترش رو اونقدر بچرخون تا دقیقا 12 ولت توی خروجی داشته باشی.

برای ماژول کاهنده Mini 360 هم، همین ولتاژ 12 ولت رو به ورودیش بده و پتانسیومتر رو تنظیم کن تا ولتاژ خروجی دقیقا روی 5 ولت قفل بشه.

+8

حالا نوبت سرهم کردن تمام قطعاته. با داشتن نقشه سیم‌کشی، می‌تونی قدم‌به‌قدم پیش بری. اول از همه سراغ ال‌ای‌دی‌های فرابنفش می‌ریم. پایه‌های ال‌ای‌دی‌های UV رو با سیم‌چین یکم کوتاه کن و اون‌ها رو داخل سوراخ‌های حلقه پرینت‌شده بدنه قرار بده.

برای اتصال ال‌ای‌دی‌ها به هم، می‌تونی از همون پایه‌های اضافه‌ای که چیدی استفاده کنی. با کمک یک پنس، پایه‌ها رو به صورت موازی به هم لحیم کن تا یک نوار نوری کامل شکل بگیره. یک مقاومت 500 اهم بردار و اون رو به پایه منفی (کاتد) مجموعه ال‌ای‌دی‌ها لحیم کن تا جریان کشی کنترل بشه و ال‌ای‌دی‌ها نسوزن.

برای بخش تغذیه، ما از دو تا سلول باتری لیتیومی استفاده کردیم که به صورت موازی (1S2P) به هم متصل شدن. دو تا سیم بلند هم برای ترمینال‌های مثبت و منفی بهشون لحیم کردیم.

البته اگه بتونی پک‌های باتری لیتیومی آماده که شرکتی ساخته شدن رو تهیه کنی، هم ایمنی بیشتری در برابر حرارت داره و هم کارت تمیزتر می‌شه. ماژول شارژر خورشیدی رو بیار و با چهار تا پیچ ریز M2 روی دیواره مخصوص خودش توی بدنه محکم پیچ کن. حالا سیم‌های باتری لیتیومی رو به پدهای ورودی باتری (B+ و B-) روی ماژول شارژر خورشیدی لحیم کن.

کلید روشن و خاموش دستگاه رو از شیاری که روی دیواره جانبی طراحی شده رد کن و با پیچ‌های M2 حسابی سفتش کن. پایه خروجی مثبت (Vout+) از ماژول شارژر خورشیدی رو مستقیما به یکی از پایه‌های کلید کشویی متصل کن تا بتونی جریان کل سیستم رو موقع نیاز قطع کنی. برد اصلی که قطعات روش لحیم شده رو کف محفظه قرار بده و با دو تا پیچ M3 اون رو سر جاش کاملا ثابت کن.

در نهایت برد برنامه‌ریزی‌شده XIAO رو روی سوکت‌های برد اصلی جا بزن. سنسور نوری (LDR) رو هم توی سوراخ کوچیکی که روی بدنه هست قرار بده و با چسب قطره‌ای آب‌بندی و محکم کن. دو تا سیم از LDR بکش و به ترمینال‌های مربوطه وصل کن.

طبق نقشه مدار، بقیه سیم‌کشی‌ها رو انجام بده و حتما دو تا سیم بلند هم برای اتصال به موتور فن خنک‌کننده در نظر بگیر و بیرون بذار.

+1

پشت پنل‌های خورشیدی رو چسب بزن و اون‌ها رو روی قطعه سقف (کلاهک بالایی دستگاه) بچسبون. حواست باشه که پین‌های اتصال پشت پنل‌ها دقیقا از شیارهای سقف به سمت داخل عبور کنن تا بتونی سیم‌کشی‌ها رو زیر کلاهک انجام بدی.

چون ما برای شارژ باتری به جریان بیشتری نیاز داریم، تمام پنل‌های خورشیدی رو به صورت موازی به هم لحیم کن. برای اینکه سیم‌ها مرتب بمونن و به هم اتصالی نکنن، روی تمام اتصالات چسب نسوز کاپتون بزن و در نهایت یک سیم بلند از خروجی پنل‌ها بگیر تا به ماژول شارژر متصل بشه. وقتی سیم‌کشی‌های سقف خورشیدی تموم شد، کلاهک رو روی بدنه اصلی قرار بده تا محفظه کاملا بسته بشه.

+3

برای اینکه بین فن مکنده و ال‌ای‌دی‌های نوری فاصله مناسبی ایجاد بشه تا حشرات راحت‌تر به داخل کشیده بشن، یک لوله آلومینیومی رو به چهار قطعه 60 میلی‌متری برش بزن. می‌تونی برای زیبایی بیشتر این لوله‌ها رو رنگ مشکی بزنی.

لوله‌های آلومینیومی رو دقیقا روی سوراخ‌های بدنه اصلی قرار بده و بعد قطعه نگه‌دارنده فن رو روی اون‌ها بذار. با استفاده از پیچ‌های آلن بلند M6، تمام این ساختار لایه‌ای رو به هم متصل کن. همین کار رو برای هر چهار گوشه دستگاه تکرار کن تا پایه فن کاملا تراز و مقاوم بشه. حالا فن 120 میلی‌متری قدرتمندت رو روی قاب نگه‌دارنده‌اش قرار بده و با پیچ سفت کن.

دو تا سیمی که از مدار اصلی تغذیه برای فن بیرون گذاشته بودی رو از شیارهای بدنه رد کن و به پایه‌های مثبت و منفی فن لحیم کن. سینی توری شکل که برای به دام افتادن حشرات پرینت شده رو به صورت کشویی در قسمت زیرین دستگاه جا بزن.

برای نصب این حشره‌کش توی حیاط یا باغچه، می‌تونی از یک لوله PVC با قطر 22 میلی‌متر و طول حداقل یک متر استفاده کنی. لوله رو داخل پایه نگه‌دارنده‌ای که پرینت کردی قرار بده. نیازی به چسب و پیچ کردن پایه به لوله نیست، چون وزن دستگاه به خوبی اون رو سر جاش ثابت نگه می‌داره.

+3

پروژه تکمیل شد! دستگاه رو با استفاده از لوله‌ای که ساختی داخل خاک باغچه فرو کن. اول سینی زیرین رو به صورت کشویی بیرون بکش تا یک آماده‌سازی کوچیک انجام بدیم.

برای اینکه حشرات بعد از مکیده شدن توسط فن نتونن دوباره پرواز کنن و فرار کنن، سطح سینی رو با یکم روغن (مثل روغن نارگیل یا روغن پخت‌وپز) چرب کن. مطمئن شو که روغن روی تمام سطح سینی به طور یکنواخت پخش شده باشه.

این دستگاه برای هر محیطی که حشرات موذی داره کاربرد داره؛ چه باغچه‌های کوچیک خونگی، چه آلاچیق‌ها و چه دامداری‌ها. با روشن کردن کلید دستگاه در هنگام غروب، نور فرابنفش خیره‌کننده‌ای ساطع می‌شه که پشه‌ها و حشرات رو فریب می‌ده و در نهایت فن قدرتمند دستگاه اون‌ها رو به داخل سینی روغنی پرت می‌کنه. صبح روز بعد وقتی سینی رو چک کنی، از حجم حشراتی که توی این تله نوری به دام افتادن کاملا شگفت‌زده می‌شی!

جمع‌بندی پروژه حشره‌کش خورشیدی

این هم از یک پروژه هوشمند و دوست‌دار محیط زیست که بدون استفاده از هیچ ماده شیمیایی خطرناک، محیط اطرافت رو از شر حشرات موذی خلاص می‌کنه. ترکیب طراحی قطعات سه‌بعدی، مدارات شارژ خورشیدی و برنامه‌نویسی میکروکنترلر، یک خروجی بی‌نهایت کاربردی بهت می‌ده که تا سال‌ها برات کار می‌کنه.

اگر در حین مونتاژ قطعات، سیم‌کشی یا آپلود کدها سوالی داشتی، حتما توی بخش نظرات همین پست مطرح کن تا تیم آیسی‌مدار راهنمایی‌ات کنه. ساخت خوبی داشته باشی!