{"id":10909,"date":"2016-01-26T15:27:04","date_gmt":"2016-01-26T13:27:04","guid":{"rendered":"http:\/\/newth.net\/eirik\/?p=10909"},"modified":"2016-01-26T15:27:04","modified_gmt":"2016-01-26T13:27:04","slug":"hvordan-bygge-en-enkel-kattemater-maskin-med-arduino","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.newth.net\/eirik\/2016\/01\/26\/hvordan-bygge-en-enkel-kattemater-maskin-med-arduino\/","title":{"rendered":"Hvordan bygge en enkel kattemater-maskin med Arduino"},"content":{"rendered":"

Jeg har lenge hatt lyst til \u00e5 l\u00e6re meg \u00e5 bygge med Arduino, og etter nytt\u00e5r b\u00f8d plutselig anledningen seg. Jeg gikk til anskaffelse av en startpakke p\u00e5 Kjell & Company, som er min nye favorittsjappe (nei, dette er ikke sponset – jeg har g\u00e5tt i butikk og betalt full pris som alle andre kunder), og har brukt de siste ukene p\u00e5 \u00e5 sette meg inn i det grunnleggende.
\nOg la bare det v\u00e6re sagt med \u00e9n gang: Jeg har enormt stor sans for tanken bak Arduino<\/a>, et prosjekt med opphav i Italia som har som m\u00e5l \u00e5 gi folk flest tilgang til ganske avansert elektronikk. B\u00e5de programvare og maskinvare er open source, hvilket betyr at man kan komme igang for en billig penge og i stor grad bygge p\u00e5 andres programvareideer.
\nSamtidig er det ikke til \u00e5 komme forbi at elektronikk er kompliserte saker, og at det vil v\u00e6re en viss l\u00e6ringsterskel for de aller fleste brukere. Det finnes et utall “kom igang”-guider til Arduino p\u00e5 nettet (denne fra Instructables<\/a> er f.eks. fin), som stort sett alle krever at du husker det grunnleggende i elektrisitetsl\u00e6ren fra fysikktimene (som Ohms lov) pluss har noe erfaring med \u00e5 programmere.
\n

\"Arduino_UNO_unpacked\"

Arduino Uno. USB-tilgang oppe til venstre, mikrokontroller nede til h\u00f8yre, I\/O-pins langs \u00f8vre og nedre kant. (Kilde: WIkipedia)<\/em><\/p><\/div>
\nMin startpakke baserer seg p\u00e5\u00a0Arduino-kretskortet Uno (en ganske popul\u00e6r versjon), som gir tilgang til en mikrokontroller (en programmerbar mikroprosessor) via en rekke input- og output-koblinger eller pinner. Det f\u00f8lger ogs\u00e5 med et koblingsbrett som gj\u00f8r det enkelt \u00e5 legge opp kretser uten \u00e5 lodde. I tillegg f\u00e5r man hundrevis av ledninger og elektroniske komponenter som motstander, kondensatorer, lysdioder, servoer og sensorer.
\nMan programmerer Arduino p\u00e5 PC\/Mac i et C-lignende spr\u00e5k, og overf\u00f8rer programmet via en USB-kabel til mikrokontrolleren.\u00a0S\u00e5 snart programmet er kompilert (og debugget, som regel) og overf\u00f8rt, begynner mikrokontrolleren p\u00e5 kortet \u00e5 utf\u00f8re instruksjonene, som f.eks. kan v\u00e6re \u00e5 skru LEDer av og p\u00e5, kj\u00f8re en elektromotor, hente data fra trykknapper eller sensorer osv. Programsnutten nedenfor (fra Wikipedia) f\u00e5r en LED til \u00e5 blinke:
\n<\/tt><\/p>\n

#define LED_PIN 13<\/span><\/p>\n

void setup() {<\/span>
\n pinMode(LED_PIN, OUTPUT); \/\/ Enable pin 13 for digital output<\/span>
\n }<\/span><\/p>\n

void loop() {<\/span>
\n digitalWrite(LED_PIN, HIGH); \/\/ Turn on the LED<\/span>
\n delay(1000); \/\/ Wait one second (1000 milliseconds)<\/span>
\n digitalWrite(LED_PIN, LOW); \/\/ Turn off the LED<\/span>
\n delay(1000); \/\/ Wait one second<\/span>
\n }<\/span><\/p>\n

For \u00e5 f\u00e5 Arduinoen til \u00e5 gj\u00f8re mer avanserte ting (og folk f\u00e5r virkelig til det mest utrolige med den lille dingsen<\/a>) \u00f8ker kompleksiteten raskt, ikke minst n\u00e5r man samtidig skal debugge et fysisk oppsett og programvaren som skal styre det. Jeg inns\u00e5\u00a0at jeg trengte et incentiv for \u00e5 ta meg tiden som trengs for \u00e5 bli rimelig god i dette. Det var ikke nok mestringsglede i \u00e5 f\u00e5 lys til \u00e5 blinke – jeg trengte et konkret problem \u00e5 l\u00f8se.
\nOg det gikk raskt opp for meg at jeg hadde et problem som lenge har ventet p\u00e5 en l\u00f8sning. Faste lesere av bloggen har sikkert lagt merke til at jeg har to katter. Generelt er de s\u00e5 snille og veltilpassede som man kan forvente av et halvvilt lite rovdyr, men det siste \u00e5ret har Linus lagt seg til en mildest talt irriterende vane. Mellom 04 og 05 hver morgen vekker han meg for \u00e5 f\u00e5 mat.
\nJeg har pr\u00f8vd ulike l\u00f8sninger, som \u00e5 gi mer mat f\u00f8r leggetid og lukke ham ut av soverommet, men til ingen nytte. N\u00e5r katter bare gidder, kan de v\u00e6re sv\u00e6rt gode probleml\u00f8sere, og Linus har kommet seg rundt alle mottiltak jeg har satt inn. Jeg kom etterhvert frem til at det som trengtes var en automatisk kattemater – en maskin som p\u00e5 et gitt tidspunkt (f.eks. 04.00) slapp ut litt mat til dyra.
\nN\u00e5 finnes det allerede mange\u00a0masseproduserte og hjemmelagete kattematere p\u00e5 markedet, men jeg fant ingen som passet v\u00e5re behov. Matemaskiner flest er bygd av folk med god plass og som kan tenke seg \u00e5 la katten v\u00e6re alene i dager av gangen. Mitt behov var et annet: Maskinen m\u00e5tte ta lite plass og beh\u00f8vde bare \u00e5 slippe ut \u00e9n (i h\u00f8yden to) dose(r) kattemat av gangen. Er vi hjemmefra en hel dag eller mer, s\u00f8rger vi alltid for at de har tilsyn.
\n

\"Typiske

Typiske popul\u00e6re kattemater-modeller p\u00e5 Amazon. For store for mitt behov.<\/p><\/div>
\n 
\nEnkle behov gir gjerne enkel kravspekk: Maskinen m\u00e5tte levere \u00e9n dose med t\u00f8rrfor til to katter, med en tidsforsinkelse p\u00e5 5-6 timer. Jeg tok en titt p\u00e5 Arduino-startpakken, og blikket mitt falt raskt p\u00e5 den inkluderte servoen. En servo kan programmeres til \u00e5 vris til\u00a0en spesifisert vinkel mellom 0 og 180 grader, og er derfor veldig nyttig n\u00e5r man f.eks. skal styre retningen til en robot eller et kj\u00f8ret\u00f8y.
\nSelv sm\u00e5 servoer\u00a0kan gi ganske mye skyvkraft, og det gav meg en id\u00e9: Hva om jeg brukte servoen til \u00e5 levere\u00a0kattematen? Et par lysp\u00e6rer over hodet senere (de dukker gjerne n\u00e5r jeg er ute og g\u00e5r, hvilket er grunnen til at rask gange er min foretrukne form for mosjon) og jeg hadde det grunnleggende designet klart: Jeg ville bruke servoen til \u00e5 drive fire vinger rundt i et sylindrisk kammer. Kattematen ville ligge mellom vingebladene slik at n\u00e5r servoen ble vridd 90 grader, ville maten skyves over en \u00e5pning og slippes ned.
\n 
\n\"IMG_20160126_103158
\nDesignet ser ut som det gj\u00f8r av to \u00e5rsaker. Den viktigste er at vi har to katter som gjennom \u00e5rene har vent seg til \u00e5 f\u00e5 servert hver sin matporsjon. To doser p\u00e5 \u00e9n gang gir gladere\u00a0katter og ditto st\u00f8rre mulighet for nattero. Den andre \u00e5rsaken er at servoer normalt bare kan bevege seg mellom 0 og 180 grader. Det finnes riktignok 360-graders-servoer p\u00e5 markedet, men de er noe mer plundrete \u00e5 programmere, og dette var n\u00e5 mitt f\u00f8rste prosjekt.
\nErgo en kattemater med to pelletskamre og to \u00e5pninger, alts\u00e5. Det var n\u00e5 p\u00e5 tide \u00e5 skrive programmet eller skissen (“sketch” p\u00e5 Arduino-spr\u00e5k) som skulle drive materen. Jeg satte opp en enkel krets p\u00e5 koblingsbrettet, der servoen fikk str\u00f8m via Arduino-kortets pinner merket 5V og GND (jord). Kontroll eller puls-delen av servoen ble koblet til den digitale I\/O-pinnen merket 10. Skjematisk s\u00e5 det ut som nedenfor (med unntak av at I\/O-pinnen her er nummer 9):
\n\"Kilde:
\n\u00c5 f\u00e5 servoen til \u00e5 vri seg riktig viste seg \u00e5 v\u00e6re ganske trivielt. I programmet setter jeg f\u00f8rst servoen til 0 grader, deretter vrir jeg vingene 90 grader til venstre og lar dem st\u00e5 slik i ca 10 sekunder. Det gir nok tid til \u00e5 fylle kattemat i \u00e5pningen, f\u00f8r vingene vris tilbake til 0 grader igjen. Deretter g\u00e5r det fem timer f\u00f8r de igjen vris til 90 grader, og maten slippes ut.
\nSiden Arduino ikke har noen innebygd klokke m\u00e5tte jeg bruke en litt problematisk fiks: kommandoen\u00a0delay<\/em>, som forsinker utf\u00f8relsen av en sekvens med et gitt antall millisekunder.\u00a0delay(1000)\u00a0<\/em>gir alts\u00e5 en forsinkelse p\u00e5 1 sekund. Jeg kj\u00f8rte flere tester for \u00e5 forsikre meg om at tidsangivelsen var presis, og kom til at\u00a0delay<\/em> etter noen timer fremdeles treffer innen et par prosent eller s\u00e5. Godt nok for meg.<\/p>\n

#include <Servo.h> \/\/ Kaller et eget servokontroll-bibliotek<\/span><\/p>\n

float hoursleft1=4.5; \/\/ No of hours to wait before first feeding compartment opens<\/span><\/p>\n

Servo servoMain; \/\/ Define Servo<\/span><\/p>\n

void setup()\u00a0<\/span>
\n {<\/span>
\n servoMain.attach(10); \/\/ Attaches servo to digital pin 10<\/span>
\n }<\/span><\/p>\n

void loop()\u00a0\/\/ Hovedl\u00f8kken som kj\u00f8rer programmet<\/span>
\n {<\/span>
\n delay(1000); \/\/ Wait<\/span>
\n servoMain.write(0); \/\/ Turn Servo Left to 0 degrees<\/span>
\n delay(10000); \/\/ 10 seconds to put food in compartment<\/span>
\n servoMain.write(90); \/\/ Turn Servo Right to 90 degrees<\/span>
\n delay(hoursleft1*3600000); \/\/ Wait for hours defined by hoursleft variable<\/span>
\n servoMain.write(0); \/\/ Turn Servo Left to 0 degrees<\/span><\/p>\n

}<\/span><\/p>\n

Hovedproblemet med denne uelegante (om enn effektive) l\u00f8sningen er at hele programl\u00f8kken settes p\u00e5 vent. Hvis jeg \u00f8nsker at Arduino skal gj\u00f8re flere ting enn \u00e5 slippe ut mat i l\u00f8kken, som \u00e5 blinke med en LED eller hente inn data fra en trykknapp, blir dette ogs\u00e5 forsinket like lenge som\u00a0delay-<\/em>verdien. Min kattemater kan dermed bare gj\u00f8re to ting: Laste inn mat, og vente fem timer f\u00f8r den slipper maten ut igjen.
\nP\u00e5 den annen side: Det enkle er ofte det beste. Og kattemateren er virkelig enkel \u00e5 bruke. Ingen av-p\u00e5-knapp, ingen ting \u00e5 stille inn, bare plugg den i veggen (str\u00f8mkilden til Arduino frakoblet til PC kan f.eks. v\u00e6re en vanlig 5 Volts mobillader av den typen du sikkert har slengende i en skuff), putt mat i \u00e5pningene og vent til vingene har rotert maten ut av syne f\u00f8r du henger materen p\u00e5 plass.
\nSiste trinn var \u00e5 bygge selve maskinen. Siden prototypen ikke skulle flytte p\u00e5 mer enn 20-30 gram med t\u00f8rr kattemat, visste jeg at papp, limpistol og gaffa\u00a0ville gj\u00f8re jobben. Jeg trengte en beholder i plast, for \u00e5 hindre sultne katter i \u00e5 gnage seg gjennom til maten der inne. PET-brusflasker har noenlunde riktig form og st\u00f8rrelse, og er gjennomsiktige slik at man kan se LEDene p\u00e5 Arduino-kortet som bekrefter at alt er som det skal v\u00e6re.
\nEtter litt pr\u00f8ving og feiling kom jeg til at\u00a01,5 liters Olden-flasker hadde riktig form og tykkelse p\u00e5 plasten.\u00a0Dermed satt jeg igjen med disse komponentene til kattematermaskinen jeg har valgt \u00e5 kalle PUS-1 (for PET Utility System – hva trodde du egentlig?):
\n

\"Deksel

Deksel fra en Olden 1,5 liters flaske, plate som holder Arduino, servo og vinger som roterer (usynlige her), bunnlokk med \u00e5pninger til matutslipp.<\/em><\/p><\/div>
\n 
\n

\"Samme

Samme som over, men n\u00e5 er enheten med Arduino snudd, s\u00e5 man ser de roterende vingene.<\/em><\/p><\/div>
\n 
\n

\"Ferdig

Ferdig montert PUS-1 sett ovenfra.<\/em><\/p><\/div>
\n 
\n

\"Ferdig

Ferdig montert PUS-1 sett nedenfra. Her puttes mat inn etter at enheten er plugget inn, etter ti sekunder roterer vingene og flytter maten til de pappdekkede sonene.<\/em><\/p><\/div>
\n 
\nDet eneste som gjensto var en festemekanisme. Jeg ville ha det slik at PUS-1 kunne tas vekk om morgenen, og laget en slags festekrok av en gammel st\u00e5ltr\u00e5dhenger som passer over radiatoren som kattene pleier \u00e5 spise ved. Kattene ble litt nysgjerrige av den nye dingsen til \u00e5 begynne med, men er stort sett bare opptatt av \u00e5 se nedover p\u00e5 matsk\u00e5la n\u00e5r de er her, og sluttet snart \u00e5 bry seg.
\n

\"Skal

Skal ikke p\u00e5st\u00e5 at st\u00e5ltr\u00e5dhengerl\u00f8sningen min er spesielt vakker, men effektiv er den.<\/p><\/div>
\n 
\nS\u00e5 til det store sp\u00f8rsm\u00e5let: Fungerte den etter hensikten? \u00a0Svaret er et klart og utvetydig JA. Etter at jeg begynte \u00e5 bruke PUS-1, er det blitt helt slutt p\u00e5 \u00e5 bli vekket i gr\u00e5lysningen av en sulten hannkatt som spretter rommet rundt. Siden jeg er fast bruker av en Fitbit Charge HR, som automatisk registrerer s\u00f8vnm\u00f8nsteret mitt, kan jeg tilmed dokumentere dette i tall.
\n\"Skjermbilde
\nP\u00e5 disse grafene fra Fitbit er tidspunkter da jeg er v\u00e5ken om natten markert med r\u00f8dt. Som man kan se er de r\u00f8de feltene ved 4-5-tiden borte i de to \u00f8verste grafene. Det ser ogs\u00e5 ut til at jeg har f\u00e6rre faser med rastl\u00f8shet (markert i lysebl\u00e5tt). Alt i alt vinn-vinn, alts\u00e5. Kattene er mer tilfredse, og jeg f\u00e5r sove bedre om natten.
\nProblemet med slike prosjekter er at de fort gir mersmak. Jeg har allerede et par Arduino\/Raspberry Pi-relaterte ideer i bakhodet, men f\u00f8rst og fremst vil jeg ta med erfaringene fra PUS-1 videre til den oppgraderte, forbedrede PUS-2. Her er noen av forbedringene jeg kan se for meg:<\/p>\n