SlideShare a Scribd company logo
1 of 26
Download to read offline
Automated Garage Door System 
 
Submitted to:  
Dr. William Dunford 
 Estella Qi 
 Dr. Noboru Yonemitsu  
 
By:  
Johnny Gong 
Michael Harvey 
 Andrew Li 
 Jael Lumba 
 Lachlan Pedersen 
15 April 2014 
 
 
 
Integrated Engineering 
University of British Columbia 
 
 
ABSTRACT
 
 
A common concern people have is to accidentally leave their home with their 
garage door left open. By leaving a garage open, an opportunity is presented to passers 
by to steal or vandalize the belongings in the garage. With the many valuables being 
stored in a typical garage, the consequences of leaving an open garage unattended are 
severe. Moreover, when a garage is left open, the garage is unprotected from the 
environment.  
 
To assure the closure of the door and to improve the convenience of using a 
garage, this project automates the operation of a garage door system. Our focus is to 
make the Automated Garage Door System appealing to consumers by being easy to 
install, intuitive to use, and require little maintenance. 
 
 
 
   
 
GLOSSARY
 
 
Arduino A prototyping platform that compiles code based on the C 
programming language 
 
Housing A 3D printed box containing the system components. Placed 
inside both the car and the garage. 
 
Magnetic Leaf Switch A sensor consisting of a magnet and a switch ­ when the two 
are in contact, the switch is on, otherwise, the switch is off 
 
Microcontroller A small computer on an integrated circuit (i.e Arduino)  
 
Transistor A semiconductor in which amplifies and switches electronic 
signals as well as electric power 
 
Ultrasonic Sensor A proximity sensor which detects the distance of the closest 
object in front of it 
 
XBee Shield A component that fits on top of the Arduino to allow the 
Arduino to communicate wirelessly 
 
TABLE OF CONTENTS 
 
 
1.0 Introduction 
 
2.0 Design Process 
 
2.1 Existing Systems 
2.1.1 Magic Closer Garage 
2.1.2 Novalert 
2.1.3 Garage Hawk 
2.2 Design Decisions 
2.2.1 Convenience 
2.2.2 Security 
 
3.0 Project Design 
 
3.1 Components 
3.1.1 Arduino  
3.1.2 XBee Shield 
3.1.3 Ultrasonic Sensor 
3.1.4 Magnetic Leaf Switch 
3.1.5 Power Supply 
3.1.6 Transistors 
3.1.7 Garage Door Remote 
3.2 Stages 
 
 
3.2.1 Stage One ­ User Enters Car 
3.2.2 Stage Two ­ Car Leaves 
3.2.3  Stage Three ­ Car Returns 
3.2.4 Stage Four ­ Shutdown 
 
4.0 System Testing 
 
4.1 Individual Component Testing 
4.1.1 Ultrasonic Sensor 
4.1.2 Garage Remote and Opener 
4.1.3 Microcontroller 
4.2 Collective System Testing 
 
5.0 Conclusion 
 
REFERENCES 
 
APPENDIX A 
 
APPENDIX B 
 
APPENDIX C 
 
 
 
 
 
 
 
1.0 INTRODUCTION 
 
This report will discuss our year­long design project for IGEN 230 called the 
Automated Garage Door System.  
This report has been prepared for Estella Qi, who will mark this report for IGEN 
201, as well as Dr. William Dunford and Dr. Noboru Yonemitsu who have helped us in 
the progression of our design project. This report contains information from research we 
have performed on company websites, as well as data from testing the components of 
our design. 
 
Report Format 
To touch­base on our design project, this report includes the following main 
sections: 
Section 1.0: Introduction 
Section 2.0: Design Process 
Section 3.0: Project Design 
Section 4.0: System Testing 
Section 5.0: Conclusion 
 
 
 
 
2.0 DESIGN PROCESS
 
The design process for our project required research on existing garage systems 
in order to address their problems. With addressing these problems, we were able to 
plan our design to eliminate and/or minimize the existing problems involving user 
convenience and security.  
 
2.1 EXISTING SYSTEMS 
 
There are several comparable automated garage door systems available. Many 
of which are timer based systems and none are are based on the location of the vehicle. 
The following are existing garage system that have the same objectives as our project 
along with their deficiencies. 
 
2.1.1 Magic Closer Garage:  
The Magic Closer Garage is a timer­based system, as described on the webpage 
of the manufacturer, Big Ideas Inc. It requires a 5 or 15 minutes delay when it is in 
automatic close mode. As a result, the garage is left open for a substantial amount of 
time after the user has drove away. Furthermore, the installation process is intrusive to 
the garage by requiring the user to connect a module garage wall controller. 
 
 
 
 
2.1.2 Novalert:  
 
 Similar to the Magic Closer, the manufacturer describes the system to be 
timer­based, requiring 5­6 minutes before closing the garage door. This results in the 
system being prone to allowing thieves to enter the garage before the timer notifies the 
system to close the door. 
 
2.1.3 Garage Hawk:  
 
From information gathered through the manufacturer, Innovative Home Systems 
LLC, the Garage Hawk system consists of a module located in the garage and another 
in the user’s home. The Garage Hawk is reliant on supervision of the system from inside 
the user’s home. This system does not remind the user to close the door when owner is 
leaving the home. As a result of the setup of the Garage Hawk, it only enables the user 
to close the door from the user’s home. Therefore, it is not a complete automation 
system.  
 
The common issue with all of these systems is that they do not provide a 
comprehensive experience. Owners will still expose their belongings for a substantial 
amount of time. In addition, all of these systems only assist with the closing of the 
garage door, not opening when the user returns. 
 
 
 
 
 
2.2 Design Decisions 
 
The major decisions that went into designing the system were regarding 
convenience and security. A lengthy decision process was performed based on these 
criteria in order to decide on the best process and components to use. 
 
2.2.1 Convenience 
Convenience was a major factor in the design of the Automated Garage 
Door System.The product needed to be functional, yet as unintrusive as possible. The 
initial goal for the system was only to close the door after the car had left. To make the 
system more comprehensive, the ability to open the door was introduced to the design. 
A method to open the door was needed, one that would only open the door when the 
user was leaving. It was decided that buckling the seat belt was an indication that car 
was ready to leave the garage. For this reason, a leaf switch on the seatbelt was 
chosen to initialize the system and open the door. The leaf switch is also small, and 
requires no power, making it the ideal option for placement on the seat belt. 
 
2.2.2 Security 
The two biggest security risks of the design come from the time between when 
the car leaves and when the door closes, and the signal of the Xbees being vulnerable. 
With the system, the door is closed as soon as the car is past the ultrasonic sensor, so 
this is not an issue. The second concern is that the signal between the XBees is not 
 
secure. The way this was worked around was only using the car to open the door. A 
copied signal broadcast when the car is in the garage would do nothing, as the XBee in 
the car would not receive the signal. A copied signal sent when the car is away would 
also be useless, because the car is required to be in the XBee range in order to open 
the door. This means that there are no repercussions of not encrypting the XBee signal. 
 
   
 
3.0 PROJECT DESIGN 
 
Our project design consists of multiple components that will be outlined in this 
section. In addition, the stages in which these components will be in use will be 
thoroughly explained. 
 
3.1 Components 
 
The components used in our design were chosen to carry­out commands that 
were coded in a programming suite for Arduino. 
 
3.1.1 Arduino 
The Arduino is a prototyping platform that compiles code based on the C 
programming language. In our design, we are using two Arduinos, one is the garage 
unit and the other is the car unit. The inputs to the two Arduinos are multiple sensors 
around the car and garage. The Arduino microcontroller takes these inputs and follows 
a logic flow to control the state of the garage door. 
 
3.1.2 XBee Shield 
The Xbee Shields are components that are fitted to the top of each 
Arduino and allow the two units to communicate wirelessly. In our design, we are using 
two XBee shields to determine the distance between the car and the garage. 
 
 
 
 
 
3.1.3 Ultrasonic Sensor 
 
The Ultrasonic Sensor is a proximity sensor which detects the distance of 
the closest object in front of it. We are using one Ultrasonic Sensor connected to one of 
the  inputs of the Arduino in the garage unit. The sensor is placed in its own housing 
outside, mounted above the garage door. It faces down and detects when the car drives 
out of the garage. 
 
3.1.4 Magnetic Leaf Switch 
 
In our system we use two magnetic leaf switches; one to monitor the 
status of the garage door, and one to monitor the seatbelt in the car. The switches are 
simple and provide a reliable reading for our microcontroller with no power 
requirements. The range of the contacts is roughly five centimeters which allows 
flexibility on how the user installs the sensor. As a result, the switches can be installed 
on a variety of different garage door setups. The dimensions of the sensor are 5 cm by 
3 cm by 2 cm. (see Figure C.2, Appendix C) 
 
3.1.5 Power Supply 
 
An AC/DC adaptor converts the wall outlet 120V AC to 9V DC at 1A to 
power the garage unit. In the car unit, a 9V DC battery provides power to the 
microcontroller and XBee shield, while the door remote is powered by its own button 
cell. 
 
 
 
 
3.1.6 Transistors 
 
The car and garage units each use one npn transistor to control the 
remote and the door opener respectively. Each transistor acts as a switch controlled by 
a digital pin on the Arduino. When the switch is closed, the leads on the remote or door 
opener are connected and the door is opened or closed, depending on its previous state 
 
3.1.7 Garage Door Remote 
 
The car unit requires the capability to open the garage door. For this, the 
internal circuitry of an existing wireless garage door remote is utilized. It is modified to 
be able to be activated by a transistor. By using an existing remote, the rolling­code 
technology is incorporated and thus increases the security significantly as opposed to 
building a remote from scratch. The remote must be paired to the garage when the 
system is installed. The pairing process simply requires the user to press the learn 
button on the opener, followed by pressing the remote within 30 seconds of pressing the 
learn button. These steps can be universally applied to the standard garage door 
opener.  It is the component responsible for opening the garage door. It has a range 
slightly lower than the XBees. (see Figure C.1, Appendix C) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 Stages 
 
There are four stages to our design, each requires different components to be 
active. The functionality of our system during each stage is outlined in this section. A 
flow chart (Figure 3.2, page 13) that outlines the system’s functionality is included. In 
addition, please refer to Appendix B in which the Illustration of the System Functionality 
is shown.  
 
3.2.1 Stage One­ User Enters Car 
 
The system begins with the car in the garage and the garage door closed. 
The magnetic leaf switch attached to the seat belt is closed when the seat belt is 
buckled. This signals the Arduino in the car unit to begin transmitting through the XBee. 
Meanwhile, the garage unit is on standby waiting for a transmission from the car unit. 
Once the XBees are communicating, the car unit opens the door. The car can now drive 
away. 
 
3.2.2 Stage Two ­ Car Leaves 
 
The garage unit detects the car as it passes through the door under the 
ultrasonic sensor. The Arduino then waits for the car to clear from the doorway and then 
closes the door. The car drives away and leaves the range of the XBee’s, this cease in 
communication signals both units to move to stage three. 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.3 Stage Three ­ Car Returns 
 
While the car is away, both units are on standby. The garage unit is 
periodically attempting to contact the car unit and the car unit is waiting for a signal from 
the garage unit. Once the car re­enters XBee range, it receives the transmission from 
the garage and begins to transmit as well. The two units are now in full communication 
and the car unit starts attempting to open the garage door. Once the car is within range 
of the remote, the door opens. The garage unit now senses that the door is open and 
moves to standby, waiting for the door to be closed. The garage door will be open by 
the time the car pulls up. The user can now enter the garage. 
 
3.2.4 Stage Four ­ Shutdown 
 
This is the last stage in our design and the only stage where user input is 
required. The user must close the door manually when they are ready. The garage unit 
will sense the closed door, and will tell the car unit to stop transmitting, as well as enter 
standby itself. The system now returns to stage one and waits for a signal from the seat 
belt leaf switch. 
 
 
 
 
   
 
 
Figure 3.2: System Flow Chart 
 
4.0 SYSTEM TESTING 
 
 
Our design depends on the functionality of every component in the system. To 
ensure we addressed our design’s problems, we needed to test each component both 
individually and as a system.  
 
4.1 Individual Component Testing 
 
The components were tested individually to ensure that they could proficiently 
perform their required task. Small scale test rig’s were developed to determine the 
specific capabilities of each component. 
 
4.1.1 Ultrasonic Sensor  
 
The sensor has an precise range up to about two metres. The output of the 
sensor from our program is in the units of centimeters with minor fluctuations in the 
readings. The purpose of sensor is to determine when the car passes through the door, 
consequently the most important property of the sensor is how prompt of a response is 
received by the microcontroller. From results in the testing of this component, there is a 
minimal delay that does not hinder the performance of the rest of the system. 
 
 
 
 
 
 
4.1.2 Garage Remote and Opener 
 
With the use of a transistor we are able to utilize the function of the remote for 
our purposes as expected. Similarly in the garage unit, the transistors have allowed us 
to utilize the garage door opener without a delay. 
 
4.1.3 Microcontroller 
 
The Arduino Uno microcontrollers have sufficiently handled the processing 
requirements for our system.  
 
 
4.2 Collective System Testing 
 
Initially, multiple small scale test rig’s were built in order to test and debug the 
code and also to test how the components work together. The circuitry for each unit was 
built on a breadboard to provide ease of modification.  The small scale setup could only 
test certain portions of the code since the range of the XBee modules cannot be 
changed and this is an important aspect of the program. The final debugging and testing 
process  had to be full scale, so the entire setup was installed on a garage. The 
practical range of the XBee modules was then tested from multiple approaches, and the 
entire code was debugged and finalized. Error checking functions were incorporated 
into the code in order to ensure that the door cannot be left open at any stage of the 
process. 
 
5.0 CONCLUSION
 
 
The Automated Garage Door System successfully eliminates the possibility of 
accidentally leaving the garage door open. It does so without detracting from the 
garages overall security, and operates around the user, not a timer. The user is able to 
control the garage normally if they wish, or utilize the Automated Garage Door System.  
 
The system has improved on the existing systems on the market in terms of both 
convenience and security. Conventional timer based systems either leave the door 
open for an extended time, or require you to rush every time you leave your garage. 
Having the system based on the location of the car allows the user to leave at their own 
pace, as well as ensuring the garage is left open for a minimal amount of time.  
 
While current systems only close the door, the Automated Garage Door System 
allows for the door to be opened before the car is even in the driveway, reducing time 
spent waiting for the door to open. Requiring user input rather than using a timer for 
closing the door and shutting down the system once the car has returned allows the 
user as much time as they need before closing the door. A timer does not allow time to 
stray from a routine, be it for removing groceries from the trunk, talking to a neighbor or 
simply enjoying a breath of fresh air. 
 
 
To improve upon the current design and make it more marketable, several things 
could be done.The XBees could be replaced with generic transceivers, and the 
Arduinos could be replaced with generic microcontrollers. This would cut the budget in 
half, but would also require much more time and effort to program. Also, a garage door 
remote could be constructed to save money, and to eliminate unused features on the 
board.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERENCES 
Big Ideas Inc. (n.d.). Magic Closer Installation Video and Operation. Retrieved from 
http://www.magiccloser.com/magic­closer/  
Innovative Home Systems LLC. (n.d). Remotely Monitor and Close Your Garage Door. 
Retrieved from https://garagehawk.com/ 
Novalert LLC. (n.d.). Superior Garage Door Security. Retrieved from 
http://www.novalert.com/  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APPENDIX A 
 
Letter of Transmittal  
 
Johnny Gong, Michael Harvey, Andrew Li, Jael Lumba, Lachlan Pedersen 
Faculty of Applied Science 
University of British Columbia 
Vancouver, BC V6T 1Z4 
  
March 27, 2014 
  
Estella Qi 
Faculty of Applied Science 
University of British Columbia 
290E CHBE Building 
2360 East Mall 
Vancouver BC V6T 1Z3 
 
 
 
  
Dear Estella Qi: 
  
Subject: Formal Report Assignment for IGEN 201 
  
In response to your request for a Formal Report as the final assignment for Integrated 
Technical Communication 201, we have prepared the enclosed report entitled 
“Automated Garage Door System”. 
  
The report presents an investigation of our “Automated Garage Door System” project. 
  
We hope that this report will meet with your approval. If you require further information, 
please contact our team leader at j.gong@alumni.ubc.ca. 
  
  
Respectfully submitted, 
 
__________  __________  __________  __________  __________ 
Johnny Gong  Michael 
Harvey 
Andrew Li  Jael Lumba  Lachlan Pedersen 
 
 
APPENDIX B 
Illustration of Stages of System Operation 
 
Figure B.1: Stages of System Operation 
 
 
APPENDIX C 
Images of Components Fitted Into Their Respective Units  
 
Figure C.1: Car Unit 
 
 
 
Figure C.2: Garage Unit 
 

More Related Content

Similar to 2nd Year IGEN Project - Final Report

Automated Door Lock System using Arduino Uno Chapter 1-5.docx
Automated Door Lock System using Arduino Uno Chapter 1-5.docxAutomated Door Lock System using Arduino Uno Chapter 1-5.docx
Automated Door Lock System using Arduino Uno Chapter 1-5.docx
AkmadAliAbdul1
 
Motion of curtains using Natural Language Processing
Motion of curtains using Natural Language ProcessingMotion of curtains using Natural Language Processing
Motion of curtains using Natural Language Processing
ijtsrd
 
Design Engineering Portfolio
Design Engineering PortfolioDesign Engineering Portfolio
Design Engineering Portfolio
Nick Boyd, MSEng
 
IntrotoSmartBuildingsFinalProject
IntrotoSmartBuildingsFinalProjectIntrotoSmartBuildingsFinalProject
IntrotoSmartBuildingsFinalProject
Nicholas Parisi
 

Similar to 2nd Year IGEN Project - Final Report (20)

Design and Fabrication of Door Hinges Mechanism
Design and Fabrication of Door Hinges MechanismDesign and Fabrication of Door Hinges Mechanism
Design and Fabrication of Door Hinges Mechanism
 
Automated Door Lock System using Arduino Uno Chapter 1-5.docx
Automated Door Lock System using Arduino Uno Chapter 1-5.docxAutomated Door Lock System using Arduino Uno Chapter 1-5.docx
Automated Door Lock System using Arduino Uno Chapter 1-5.docx
 
OTP REVIEW (1).pptx
OTP REVIEW (1).pptxOTP REVIEW (1).pptx
OTP REVIEW (1).pptx
 
Motion of curtains using Natural Language Processing
Motion of curtains using Natural Language ProcessingMotion of curtains using Natural Language Processing
Motion of curtains using Natural Language Processing
 
SmartParking: A Secure and Intelligent Parking System Using NOTICE
SmartParking: A Secure and Intelligent Parking System Using NOTICESmartParking: A Secure and Intelligent Parking System Using NOTICE
SmartParking: A Secure and Intelligent Parking System Using NOTICE
 
Face Recognition and Door Opening Assistant for Visually Impaired
Face Recognition and Door Opening Assistant for Visually ImpairedFace Recognition and Door Opening Assistant for Visually Impaired
Face Recognition and Door Opening Assistant for Visually Impaired
 
Smart solution for collision at doors using Arduino
Smart solution for collision at doors using ArduinoSmart solution for collision at doors using Arduino
Smart solution for collision at doors using Arduino
 
OTP BASED SMART LOCK SYSTEM USING GSM MODULE
OTP BASED SMART LOCK SYSTEM USING GSM MODULEOTP BASED SMART LOCK SYSTEM USING GSM MODULE
OTP BASED SMART LOCK SYSTEM USING GSM MODULE
 
ppt2 (1).pptx
ppt2 (1).pptxppt2 (1).pptx
ppt2 (1).pptx
 
Smart Home for Senior Citizens
Smart Home for Senior CitizensSmart Home for Senior Citizens
Smart Home for Senior Citizens
 
Automatic Breaking System Using Eye Blinking Sensor
Automatic Breaking System Using Eye Blinking SensorAutomatic Breaking System Using Eye Blinking Sensor
Automatic Breaking System Using Eye Blinking Sensor
 
Smart car parking system
Smart car parking systemSmart car parking system
Smart car parking system
 
Design Engineering Portfolio
Design Engineering PortfolioDesign Engineering Portfolio
Design Engineering Portfolio
 
pavanic12.pptx
pavanic12.pptxpavanic12.pptx
pavanic12.pptx
 
UaTech Expo Zone at CES-2018 in Las Vegas
UaTech Expo Zone at CES-2018 in Las VegasUaTech Expo Zone at CES-2018 in Las Vegas
UaTech Expo Zone at CES-2018 in Las Vegas
 
Smart Door Monitoring and Locking system
Smart Door Monitoring and Locking systemSmart Door Monitoring and Locking system
Smart Door Monitoring and Locking system
 
Home Security
Home SecurityHome Security
Home Security
 
IntrotoSmartBuildingsFinalProject
IntrotoSmartBuildingsFinalProjectIntrotoSmartBuildingsFinalProject
IntrotoSmartBuildingsFinalProject
 
Hands Company - Deck
Hands Company - DeckHands Company - Deck
Hands Company - Deck
 
188933 project instrumentasi smart house
188933 project instrumentasi smart house188933 project instrumentasi smart house
188933 project instrumentasi smart house
 

2nd Year IGEN Project - Final Report