Κύκλωμα διανομής απολυμαντικού χεριών/DIY [Μη επαφή]: 10 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Του Hesam Moshiri, [email protected]

Χαρακτηριστικά

1. Υψηλή σταθερότητα και καμία ευαισθησία στο φως του περιβάλλοντος
2. Ακρυλικό περίβλημα (πλεξιγκλάς) κομμένο με λέιζερ
3. Αποδοτική
4. Δυνατότητα ελέγχου ροής απολυμαντικού χεριών/οινοπνεύματος (αποτελεσματικότητα)
5. Διατρητικά εξαρτήματα (εύκολη συγκόλληση)
6. Πίνακας PCB μονής στρώσης (εύκολος στην κατασκευή)
7. Μοναδικός και φθηνός μικροελεγκτής ATTiny13
8. Χαμηλή τρέχουσα κατανάλωση σε κατάσταση αναμονής

-

Όπως όλοι γνωρίζουμε, το ξέσπασμα του COVID-19 έπληξε τον κόσμο και άλλαξε τον τρόπο ζωής μας. Σε αυτή την κατάσταση, το αλκοόλ και τα απολυμαντικά χεριών είναι ζωτικής σημασίας, ακριβά και σε ορισμένες περιοχές είναι δύσκολο να βρεθούν υγρά, οπότε πρέπει να χρησιμοποιούνται σωστά και αποτελεσματικά. Στη δεύτερη έκδοση της συσκευής διανομής απολυμαντικού χεριών, αντιμετώπισα τα προηγούμενα προβλήματα σχεδιασμού και παρουσίασα μια συσκευή χωρίς ευαισθησία στο φως του περιβάλλοντος και την ικανότητα ελέγχου ροής του αλκοόλ/απολυμαντικού. Επομένως, αρκετή ποσότητα υγρού θα χύνεται σε κάθε αίτημα. Ο σχεδιασμός χρησιμοποιεί έναν φθηνό μικροελεγκτή ATTiny13.

[A] Ανάλυση κυκλώματος

Το σχήμα 1 δείχνει το σχηματικό διάγραμμα της συσκευής. Το έργο θα μπορούσε να εκπληρωθεί με μια ποικιλία αισθητήρων και μεθόδων σχεδιασμού, ωστόσο, η εστίασή μου ήταν να σχεδιάσω ένα αποτελεσματικό, φθηνό και απλό κύκλωμα.

Βήμα 1: Εικόνα 1, σχηματικό διάγραμμα του αυτόματου διανομέα απολυμαντικού χεριών

Το P2 είναι ένας αρσενικός συνδετήρας 2 ακίδων XH. Χρησιμοποιείται για τη σύνδεση ενός μπλε LED 5 mm που πρέπει να τοποθετηθεί στο περίβλημα και το απολυμαντικό χεριών/δοχείο αλκοόλης. Το R5 περιορίζει το ρεύμα της λυχνίας LED. Το U1 είναι η μονάδα δέκτη IR TSOP1738 [1] ή HS0038. Είναι μια πλήρης μονάδα που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση και αποκωδικοποίηση σημάτων IR. Το Σχήμα 2 δείχνει το μπλοκ διάγραμμα αυτού του στοιχείου.

Βήμα 2: Εικόνα 2, Διάγραμμα μπλοκ της μονάδας δέκτη IR TSOP1738 (HS0038)

Η μονάδα μπορεί να δεχθεί 5V στη ράγα τροφοδοσίας και καταναλώνει περίπου 5mA. Η χαμηλή κατανάλωση ρεύματος του εξαρτήματος μας επιτρέπει να χρησιμοποιούμε ένα απλό φίλτρο RC (C1 και R3) για να εξαλείψουμε πιθανές αστάθειες (ανίχνευση ψευδούς σήματος IR) που ενδέχεται να προκληθούν από τον θόρυβο τροφοδοσίας.

Η συχνότητα διακοπής του προαναφερθέντος φίλτρου RC μπορεί να προσομοιωθεί (όπως το LTSpice) ή να εξεταστεί στην πράξη. Για να δοκιμάσω την συμπεριφορά του φίλτρου στην πράξη, χρησιμοποίησα έναν παλμογράφο Siglent SDS1104X-E και μια γεννήτρια κυματομορφών Siglent SDG1025. Αυτές οι δύο συσκευές πρέπει να συνδεθούν χρησιμοποιώντας καλώδιο USB. Το Σχήμα 3 δείχνει το διάγραμμα bode της συμπεριφοράς του φίλτρου. Οι υπολογισμοί επιβεβαιώνουν ότι η συχνότητα αποκοπής του φίλτρου είναι περίπου 112Hz στην πράξη. Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε το βίντεο.

Βήμα 3: Εικόνα 3, Δοκιμή της συμπεριφοράς του φίλτρου RC στην πράξη με Bode Plot και του παλμογράφου SDS1104X-E

Το R4 είναι μια αντίσταση έλξης και το C2 μειώνει τους θορύβους εξόδου U1. Το D1 είναι μια δίοδος πομπού IR 5 mm και το R1 περιορίζει το ρεύμα στη δίοδο. Η τιμή R1 θα μπορούσε να κυμαίνεται από 150R έως 220R. Χαμηλότερη αντίσταση σημαίνει μεγαλύτερο εύρος ανίχνευσης και αντίστροφα. Χρησιμοποίησα μια αντίσταση 180R για το R1. Το Q1 είναι το 2N7000 [2] N-Channel MOSFET που χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση/απενεργοποίηση της διόδου IR D1. Το R2 περιορίζει το ρεύμα της πύλης.

Το IC1 είναι ο μικροελεγκτής ATTiny13 [3]. Είναι ένας γνωστός και φθηνός μικροελεγκτής που παρέχει επαρκή περιφερειακά για αυτήν την εφαρμογή. Το PORTB.4 παράγει έναν παλμό τετραγωνικού κύματος για τη δίοδο πομπού IR και το PORTB.3 ανιχνεύει το σήμα ενεργοποίησης-χαμηλής έντασης. Το PORTB.1 χρησιμοποιείται για την αποστολή του σήματος ενεργοποίησης στην αντλία. Ο κύκλος λειτουργίας αυτού του παλμού καθορίζει τη ροή αλκοόλ ή απολυμαντικό χεριών. Το Q2 είναι το τρανζίστορ BD139 [4] NPN που χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση/απενεργοποίηση της αντλίας. Το D3 εξαλείφει τα αντίστροφα ρεύματα επαγωγής (κινητήρας DC της αντλίας) και το C5 μειώνει τους θορύβους της αντλίας. Το D2 υποδεικνύει την ενεργοποίηση της αντλίας. Το R7 περιορίζει το ρεύμα της λυχνίας LED. Τα C3, C4 και C6 χρησιμοποιούνται για τη μείωση των θορύβων τροφοδοσίας.

[B] Διάταξη PCB

Το σχήμα 4 δείχνει τη διάταξη PCB του αυτόματου διανομέα απολυμαντικού χεριών. Είναι ένας πίνακας PCB ενός στρώματος και όλα τα πακέτα εξαρτημάτων είναι διαμπερές.

Βήμα 4: Εικόνα 4, Διάταξη PCB της Αυτόματης συσκευής διανομής απολυμαντικού χεριών

Χρησιμοποίησα τις βιβλιοθήκες συστατικών SamacSys για Q1 [5], Q2 [6] και IC1 [7]. Οι βιβλιοθήκες SamacSys με βοηθούν πάντα να αποφεύγω ανεπιθύμητα λάθη και παρακάμπτοντας τη χρονοβόρα διαδικασία σχεδιασμού των συστατικών βιβλιοθηκών από την αρχή. Υπάρχουν δύο επιλογές για την εγκατάσταση και τη χρήση των βιβλιοθηκών. Πρώτον, κατεβάστε και εγκαταστήστε τα από το componentsearchengine.com ή δεύτερον εγκαταστήστε τα απευθείας χρησιμοποιώντας τα παρεχόμενα πρόσθετα CAD [8]. Η SamacSys παρείχε plugins για σχεδόν όλα τα ηλεκτρονικά σχεδιαστικά λογισμικά CAD. Στην περίπτωσή μου, χρησιμοποίησα το πρόσθετο Altium Designer (Εικόνα 5).

Βήμα 5: Εικόνα 5, τα επιλεγμένα στοιχεία στο πρόσθετο σχεδιασμού SamacSys Altium Designer

Το Σχήμα 6 δείχνει μια εικόνα του πρώτου πρωτοτύπου εργασίας της σανίδας διανομής απολυμαντικού χεριών. Βλέπετε την αποκοπή στην πλακέτα PCB; Είναι απαραίτητο να αποτρέψετε τυχόν ανεπιθύμητη λήψη σήματος IR από τη μονάδα U1. Αυτό το κενό γεμίζει με ένα κομμάτι του περιβλήματος.

Βήμα 6: Εικόνα 6, η Πρώτη Πίνακας Πρωτότυπου Εργασίας του Διανομέα Απολυμαντικού Χεριών

[C] Πηγαίος κώδικας του μικροελεγκτή

Ο κώδικας έχει γραφτεί στο C. Το σημαντικό μέρος του κώδικα που «ίσως» πρέπει να τροποποιήσετε είναι η ρουτίνα διακοπής υπερχείλισης Χρονοδιακόπτη-0.:

Βήμα 7:

"Περίπτωση 15" καθορίζει την καθυστέρηση προενεργοποίησης. Μια μικρή καθυστέρηση είναι απαραίτητη για να σφίξει ο χρήστης το χέρι του κάτω από τον αισθητήρα και το ακροφύσιο. Η "θήκη 23" καθορίζει το χρόνο ενεργοποίησης της αντλίας και η "θήκη 372" καθορίζει την καθυστέρηση πριν από την επόμενη πιθανή ενεργοποίηση. Αυτή η καθυστέρηση επιτρέπει αρκετό χρόνο στο χρήστη να συγκεντρώσει όλες τις σταγόνες απολυμαντικού χεριών/οινοπνεύματος. Επίσης, αποτρέπει την κακή χρήση της συσκευής και τη σπατάλη του ακριβού υγρού από παιδιά ή ορισμένα άτομα. Τα Fusebits πρέπει να ρυθμιστούν στην εσωτερική πηγή ρολογιού 9,6 MHz χωρίς διαίρεση ρολογιού.

[D] Σχέδιο περίφραξης Corel Draw Laser-Cut

Το σχήμα 7 δείχνει το σχεδιασμένο περίβλημα στο Corel Draw. Απλά πρέπει να στείλετε το αρχείο "sanitizer.cdr" σε εργαστήριο/εταιρεία κοπής λέιζερ και να παραγγείλετε το κόψιμο με λέιζερ για μαύρο ματ πλεξιγκλάς 2mm (ακρυλικό). Το λεπτό κόντρα πλακέ είναι επίσης εντάξει.

Βήμα 8: Εικόνα 7, Σχέδιο περιβλήματος διανομέα απολυμαντικού χεριών σε Corel Draw

Το Σχήμα 8 δείχνει την πλήρη μονάδα διανομής απολυμαντικού χεριών. Μπορείτε να τοποθετήσετε το περίβλημα στο δοχείο που θέλετε. Χρησιμοποίησα ένα γυάλινο δοχείο.

Βήμα 9: Εικόνα 8, Αυτόματος διανομέας απολυμαντικού χεριών με γυάλινο δοχείο

[E] Bill of Materials

Βήμα 10: Λογαριασμός Υλικών

[F] Παραπομπές

Πηγή:

[1]: Φύλλο δεδομένων TSOP1738:

[2]: Φύλλο δεδομένων 2N7000:

[3]: Φύλλο δεδομένων ATTiny13:

[4]: Φύλλο δεδομένων BD139:

[5]: Σχηματικό σύμβολο 2N7000 και αποτύπωμα PCB:

[6]: Σχηματικό σύμβολο BD139 και αποτύπωμα PCB:

[7]: Σχηματικό σύμβολο ATTiny13 και αποτύπωμα PCB:

[8]: Προσθήκες CAD: