Sistema motorizzato TV LCD 48"a soffitto autocostruito

Ben ritrovati,
il progetto che voglio presentare oggi merita di essere documentato visti gli sforzi fatti per portarlo a termine.

agg. 2 luglio 2020 - Clicca qui per guardare il mio ultimo sistema motorizzato per LCD da 65"

Tutto nasce dall'idea di dare una nuova veste alla mia camera da letto con una bella carta da parati e lo spazio per un bel TV LCD 48".

Il problema principale è che non il ho posto neanche per un 22" così ho voluto pensare fuori dagli schemi studiano una soluzione alternativa, creando una specie di contro-soffitto all'interno del quale alloggiare il TV che con un meccanismo azionato da attuatori lineari scenderà.

Prima di progettare ho navigato sul web per capire se trovavo già qualcosa di pronto a cifre abbordabili. Dopo circa una settimana di ricerche mi sono convinto che la soluzione più economica era quella di costruirselo perché 3.000 euro per una staffa motorizzata non era di certo il budget che mi ero prefissato. Ho trovato anche soluzioni cinesi da 500 euro ma poco convincenti in termini di stabilità e affidabilità.

La parte forse più complessa è stato progettare un meccanismo che permettesse al televisore di scendere in verticale per i primi centimetri per poi inclinarsi delicatamente verso il letto.

Per il progetto del meccanismo mi sono affidato ad un software chiamato Linkage2 che permette di simulare le leve ed i movimenti.

Idea e studio di fattibilità

Per nascondere un TV sul soffitto è necessaria una struttura che lo possa contenere assieme al suo meccanismo e allo stesso tempo che sia gradevole alla vista e, ultimo ma non meno importante, che s'intoni con l'arredamento in cui è collocato.

Come prima cosa è necessario stabilire le dimensioni del TV e in funzione a questo dimensionare tutti i componenti.

Io ho deciso di installare un LCD 48" cosi con un software di modellazione 3D ho impostato gli ingombri di massima e tracciato delle linee sul soffitto con del nastro adesivo di carta per vedere se tutto era proporzionato.

Dopo aver reso partecipe la moglie dell'impresa in cui mi stavo addentrando ed aver ricevuto il suo benestare non ho atteso neanche un'ora e messo al lavoro.

Spero troviate interessante questo tutorial....

Il progetto

Come anticipato nell'introduzione la cosa complicata è stato progettare un meccanismo a forbice che potesse soddisfare le mie esigenze sia di ingombro sia di orientamento.

Il TV una volta retratto doveva essere il più possibile vicino al soffitto e allo stesso tempo doveva scendere ed inclinarsi di una certa quota ed angolazione.

Grazie al software di simulazione (Linkage2) e decine di tentativi sono riuscito a trovare un buon compromesso.

Sempre con Linkage2 ho ricavato la distinta base dei pezzi da tagliare.

Il box di legno l'ho modellato e quotato con Rhino 3D.

Per chi volesse provare la simulazione del meccanismo allego qui sotto il file sorgente.

Simulazione del movimento

Test dei carichi di lavoro

Prima di iniziare il lavoro vero e proprio ho voluto fare una simulazione nella realtà per accertarmi che il software abbia svolto correttamente il suo lavoro.

Ho tagliato delle piattine di ferro da 20 x 5mm e forate secondo le indicazioni di Linkage2.

Ho preso un profilo di alluminio per prototipi ed ho messo assieme tutti i pezzi e provato il meccanismo; tutto ha funzionato come da simulazione!

Per calcolare la forza necessaria per sorreggete il TV mi sono procurato dei pesi che ho applicato al meccanismo ed ho dedotto (facendo delle proporzioni) che per sorreggere un peso di circa 11Kg sono necessari almeno 80Kg di spinta da parte dell'attuatore lineare.
Questo test mi è stato molto utile per evitare di commettere errori nell'acquisto dell'attuatore principale.

Per il tipo di movimento il sistema di leve è poco vantaggioso per l'attuatore che in una breve corsa dovrà far compiere al TV un tragitto più lungo.

Per stare dalla parte del sicuro ho comprato un attuatore lineare da 6000 N = 600 Kg.

Materiale necessario

A parte qualche tavola di legno per realizzare il box contenitivo elenco qui sotto i componenti che ho utilizzato per far funzionare il tutto.

N.1 Attuatore lineare da 6000 N (600 Kg) corsa 320 mm

N.2 Attuatori lineari 1500 N (150Kg) corsa 150 mmm

N.1 Arduino Uno

N.1 Modulo da 4 Relè (per comandare i 3 attuatori)

N.1 Module da 2 Relè (per comandare l'alimentatore 12V e le luci)

N.1 Telecomando radio 4 canali

N.1 Ricevitore radio

N.1 Alimentatore 12 Volt 30 A
N.10 cuscinetti
Vari tubolari in ferro e piattine 20x5mm

Costruzione del meccanismo

Per la costruzione del meccanismo ho usato prevalentemente degli avanzi ti tubolari in ferro.

Come prima cosa ho saldato il telaio principale dove dovrà scorrere il carrello che azionerà tutto il movimento.

Il carrello è composto da 10 cuscinetti che avvolgono in maniera salda e senza giochi i 2 bracci del telaio.

Il TV LCD 48" che ho intenzione di montare ha i fori compatibili con lo standard VESA distanti 400 x 400 mm così ho costruito anche la staffa di fissaggio ed ho ritagliato un pezzo di MDF delle stesse misure del TV per simulare una situazione più fedele alla realtà.

Infine ho dato una mano di vernice + antiruggine a tutto il meccanismo di ferro per proteggere le saldature ed i punti in cui i profili sono stati tagliati.

Costruzione del box

Non resta altro che costruire l'involucro che dovrà contenere il meccanismo e la TV.

Ho pensato di realizzare una specie di piramide a 2 gradini dove nel primo andrò a collocare dei faretti led e nel secondo lo sportello apribile motorizzato.

Realizzerò il tutto con del multistrato marino da 18mm e per comodità prima realizzerò il blocco centrale e poi il gradino esterno alto esattamente la metà del primo.

A lavoro completato stuccherò e vernicerò con tempera bianca da muro per farlo sembrare un tutt'uno con il soffitto.

Per motorizzare lo sportello utilizzerò i due attuatori lineari da 150Kg con una corsa da 150 mm.

Con dei listelli leggeri di legno ho assemblato una dima per facilitarmi il lavoro di foratura.

Simulazione nella realtà

Prima di fissare tutto sul soffitto e scoprire che qualcosa non quadra ho voluto simulare più volte tutti i movimenti di apertura e chiusura.

Tutte le tarature le farò a sistema assemblato...

Elettronica e sketch arduino

Mi affiderò ad Arduino per controllare il movimento sincronizzato e temporizzato degli attuatori.

Con 4 relè comando i 3 attuatori (1 per la TV e 2 per lo sportello) mentre mentre gli altri 2 relè gestisco l'accensione di una luce e l'alimentazione dell'alimentatore 12 Volt che per ovvi motivi non terrò costantemente acceso.

Tutta l'elettronica sarà alloggiata in un vano apribile che ho ricavato nella struttura principale il quale sarà poi chiuso con una griglia in plastica.

Il ciclo di operatività sarà il seguente

Apertura del sistema

1. Accendo l'alimentatore 12V
2. Aziono gli attuatori dello sportello pausa dei secondi necessari per l'apertura
3. Aziono l'attuatore della TV

Chiusura del sistema

1. Aziono l'attuatore per retrarre la TV
2. pausa dei secondi necessari per farla tornare in sede
3. Aziono gli attuatori dello sportello
4. Spengo l'alimentatore 12 Volt

Ho scritto uno sketch (che trovate qui sotto) con diverse funzioni per controllare tutti i componenti e gestire gli stati del sistema per evitare collisioni o situazioni impreviste.

Questo è lo sketch completo di Arduino:
//Autor: Mirco slepko // Website: https://mircoslepko.blogspot.it/ // Configuro i pin di Arduino const int rele_1_TV = 8; const int rele_2_TV = 12; const int rele_1_sportello = 6; const int rele_2_sportello = 7; const int rele_alimentatore_motore = 9; const int rele_luci = 10; const int remotePinA = 3; const int remotePinB = 2; const int remotePinC = 5; const int remotePinD = 4; //Imposto le variabili long secondiAperturaSportello = 30L; //40 secondi long secondiChiusuraSportello = 3L; //40 secondi long secondiDiscesaTV = 70L; //70 secondi long secondiSalitaTV = 70L; //70 secondi int statoGenerale = 0; int statoAlimentatoreMotori = 0; int statoLuci = 0; int bottoneA = 0; int bottoneB = 0; int bottoneC = 0; int bottoneD = 0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(rele_1_TV, OUTPUT); pinMode(rele_2_TV, OUTPUT); pinMode(rele_1_sportello, OUTPUT); pinMode(rele_2_sportello, OUTPUT); pinMode(rele_alimentatore_motore, OUTPUT); pinMode(rele_luci, OUTPUT); pinMode(remotePinA, INPUT); pinMode(remotePinB, INPUT); pinMode(remotePinC, INPUT); pinMode(remotePinD, INPUT); spegniAlimentatoreMotori(); stopAll(); } void loop() { enableButton(); } void enableButton(){ bottoneA = digitalRead(remotePinA); bottoneB = digitalRead(remotePinB); bottoneC = digitalRead(remotePinC); bottoneD = digitalRead(remotePinD); if (bottoneA == HIGH) { apriChiudi(); } if (bottoneB == HIGH) { alzaTvManuale(); } if (bottoneD == HIGH) { abbassaTvManuale(); } if (bottoneC == HIGH) { accendiSpegniLuci(); } } void apriChiudi() { switch(statoGenerale){ case 0: statoGenerale = 2; accendiAlimentatoreMotori(); delay(1000); Serial.println("inizio apertura"); apriSportello(); delay(2000); abbassaTv(); Serial.println("fine apertura"); statoGenerale = 1; break; case 1: statoGenerale = 2; accendiAlimentatoreMotori(); delay(1000); Serial.println("inizio chiusura"); alzaTv(); delay(2000); chiudiSportello(); Serial.println("fine chiusura"); statoGenerale = 0; delay(2000); spegniAlimentatoreMotori(); break; case 2: Serial.println("sistema già in movimento..."); break; } } void spegniAlimentatoreMotori() { digitalWrite(rele_alimentatore_motore, LOW); Serial.println("alimentatore motori OFF"); statoAlimentatoreMotori = 0; } void accendiAlimentatoreMotori() { digitalWrite(rele_alimentatore_motore, HIGH); Serial.println("alimentatore motori ON"); statoAlimentatoreMotori = 1; } void accendiSpegniLuci() { if(statoLuci==1){ digitalWrite(rele_luci, LOW); Serial.println("Luci OFF"); statoLuci = 0; delay(1500); }else{ digitalWrite(rele_luci, HIGH); Serial.println("Luci ON"); statoLuci = 1; delay(1500); } } void stopAll() { stopSportello(); stopTv(); Serial.println("tutto fermato!"); } void apriSportello() { Serial.println("inizio apertura sportello"); statoGenerale = 2; digitalWrite(rele_1_sportello, HIGH); digitalWrite(rele_2_sportello, LOW); Serial.print("...pausa di "); Serial.print(secondiAperturaSportello); Serial.print(" secondi..."); delay(secondiAperturaSportello * 1000); Serial.println("sportello aperto"); stopSportello(); } void chiudiSportello() { Serial.println("inizio chiusura sportello"); statoGenerale = 2; digitalWrite(rele_1_sportello, LOW); digitalWrite(rele_2_sportello, HIGH); Serial.print("...pausa di "); Serial.print(secondiChiusuraSportello); Serial.print(" secondi..."); delay(secondiChiusuraSportello * 1000); statoGenerale = 0; Serial.println("sportello chiuso"); stopSportello(); } void stopSportello() { digitalWrite(rele_1_sportello, HIGH); digitalWrite(rele_2_sportello, HIGH); Serial.println("tolta corrente motori sportello"); } void abbassaTv() { stopSportello(); Serial.println("inizio abbassamento TV"); statoGenerale = 2; digitalWrite(rele_1_TV, HIGH); digitalWrite(rele_2_TV, LOW); Serial.print("...pausa di "); Serial.print(secondiDiscesaTV); Serial.print(" secondi..."); delay(secondiDiscesaTV * 1000); statoGenerale = 1; stopTv(); Serial.println("TV abbassata"); } void alzaTv() { stopSportello(); Serial.println("inizio alzamento TV"); statoGenerale = 2; digitalWrite(rele_1_TV, LOW); digitalWrite(rele_2_TV, HIGH); Serial.print("...pausa di "); Serial.print(secondiSalitaTV); Serial.print(" secondi..."); delay(secondiSalitaTV * 1000); stopTv(); Serial.println("TV retratta"); } void alzaTvManuale() { if(statoGenerale==1){ stopSportello(); Serial.println("inizio alzamento TV"); digitalWrite(rele_1_TV, LOW); digitalWrite(rele_2_TV, HIGH); Serial.println("pausa di 5 secondi..."); delay(6000); stopTv(); Serial.println("TV alzata!"); }else{ Serial.println("il sistema è chiuso, comando rifiutato!"); } } void abbassaTvManuale() { if(statoGenerale==1){ stopSportello(); Serial.println("inizio abbassamento TV"); digitalWrite(rele_1_TV, HIGH); digitalWrite(rele_2_TV, LOW); Serial.println("pausa di 5 secondi..."); delay(5000); stopTv(); Serial.println("TV abbassata!"); }else{ Serial.println("il sistema è chiuso, comando rifiutato!"); } } void stopTv() { digitalWrite(rele_1_TV, HIGH); digitalWrite(rele_2_TV, HIGH); Serial.println("Tolta corrente motore TV"); }

fonte: forum.arduino.cc/

Montaggio del meccanismo

Per ancorare il supporto al solaio ho preparato 4 barre filettate M10 con delle piastre forate.

Per segnare i fori sul fori sul soffitto ho fissato la dima sul soffitto con un tappo da muro nel punto centrale di essa poi una volta messa in squadro rispetto alle pareti ho fatto 8 prefori diam. 6mm.

Successivamente ho smontato la dima e completato i fori con una punta diam. 12 lunga 40 cm attraversando l'intero solaio.

Una volta stretti i bulloni al solaio ho rimontato le piattine del meccanismo utilizzando viti in acciaio e dadi autobloccanti interponendo tra le piattine una piccola rondella in rame per minimizzare l'attrito.

Per agevolare il lavoro di foratura ho preparato con dei listelli una dima per segnare i fori sul soffitto.

Le barre filettate attraversano l'intero solaio e sono bloccate con delle rondelle larghe

Montaggio del box

E' giunto il momento della verità.... fissare il box con lo sportello sperando che i fori fatti nel solaio coincidano con le asole fatte nel legno.

Con un sistema tanto semplice quanto efficace ho sollevato da solo tutto il box fino al soffitto aiutandomi con dei cavi ed un blocchetto di legno per serrarli.

Sono andato in soffitta ed ho sollevato a step di 20 cm i cavi e fermati con il blocchetto di legno forato.

Ripetendo l'operazione diverse volte il box si è avvicinato al soffitto.

Una volta arrivato in cima è bastato tagliare il cavo, sostituirlo con la barra filettata ed il gioco è fatto; questa operazione è possibile farla anche da soli senza l'aiuto di qualcuno.

Una volta giunto alla sommità ho messo in squadro il cassone rispetto alle pareti della stanza e stretto tutti i 4 dadi.

In soffitta ho fermato ogni cavo con dei blocchetti

Montaggio box - fase 2

Non resta che installare il gradino basso con i faretti incassati.

Per fissare lo scalino al cassone ho fatto dei blocchetti di ancoraggio che ho avvitato prima al box e che faranno da battuta per il tamponamento.

Nel frattempo ho tagliato a 45° i pezzi che andranno a formare lo scalino e forati per poterci incassare i faretti.

Una volta montati i 4 gradini ho chiuso con un tamponamento in truciolare da 10 mm.

blocchetti di ancoraggio

taglio a 45° dei pezzi che andranno a formare lo scalino

Scalino visto dall'interno

Blocchetti di ancoraggio fissati al cassone

inizio montaggio tamponamento in truciolare da 10 mm

Finitura e decorazioni

Terminati i lavori di montaggio ho dato una generosa stuccata per riempire le imperfezioni del materiale ed i fori lasciati dalle viti le cui teste ho fatto affondare di 1 mm nel legno per permettere allo stucco di riempire.

Con un levigatore orbitale e carta da 100 ho rasato il tutto lisciando ogni parte.

Non avendo mai fatto lavori di rasatura in casa sono andato tranquillo senza pensare minimamente alle conseguenze.
Praticamente tutta la stanza era bianca, sembrava uscita dal set di Frozen e dopo aver finito mi sono accorto che un'anta scorrevole dell'armadio non era ben chiusa del tutto e la polvere si è fatta strada ovunque...
vi lascio solo immaginare quant'era felice e gioiosa mia moglie...

Mi sono sempre piaciuti i bordi decorativi in polistirolo così ne ho applicato uno non troppo sfarzoso.

Il TV che ho scelto è un Samsung EU48J6200 ha una profondità di soli 6.3 cm ed è perfetto per lo scopo.

Verniciatura

Termino il lavoro con due mani di bianco da muro e in attesa dei faretti monto la TV e provo il meccanismo di apertura e chiusura...

Apparentemente sembra tutto perfetto!

Ora, su consiglio (intimidatorio) di mia moglie, penso che mi darò una calmata per qualche mese, nel frattempo posso ragionare con calma al prossimo progetto.

Grazie per la lettura e alla prossima!