Διανομέας απολύμανσης χεριών DIY χωρίς επαφή χωρίς Arduino ή μικροελεγκτή: 17 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

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 ζωτικά υγρά, ωστόσο, πρέπει να χρησιμοποιούνται σωστά. Το άγγιγμα δοχείων αλκοόλ ή απολυμαντικών χεριών με μολυσμένα χέρια μπορεί να μεταδώσει τον ιό στο επόμενο άτομο. Σε αυτό το άρθρο, θα φτιάξουμε έναν αυτόματο διανομέα απολυμαντικού χεριών που χρησιμοποιεί αισθητήρες IR για να ανιχνεύσει την παρουσία ενός χεριού και ενεργοποιεί μια αντλία για να ρίξει το υγρό στο χέρι. Η πρόθεση ήταν να βρεθεί η φθηνότερη και ευκολότερη λύση και να σχεδιαστεί ένα κύκλωμα. Επομένως, δεν έχει χρησιμοποιηθεί μικροελεγκτής ή Arduino. Δύο σχέδια έχουν εισαχθεί και είστε ελεύθεροι να επιλέξετε και να δημιουργήσετε οποιοδήποτε από αυτά. Το πρώτο σχέδιο χρησιμοποιεί εξαρτήματα SMD και το δεύτερο σχέδιο είναι ακόμη πιο απλό. Χρησιμοποιεί στοιχεία DIP σε μια μικρή πλακέτα πλακέτας PCB.

I. Πρώτος Σχεδιασμός:

[A] Ανάλυση κυκλώματος

Μπορείτε να λάβετε υπόψη το σχηματικό διάγραμμα στο σχήμα 1. Ο σύνδεσμος P1 χρησιμοποιείται για τη σύνδεση τροφοδοσίας 6V έως 12V στο κύκλωμα. Ο πυκνωτής C6 έχει χρησιμοποιηθεί για να μειώσει τους πιθανούς θορύβους τροφοδοσίας. Το REG-1 είναι ο διάσημος ρυθμιστής AMS1117 [1] LDO που σταθεροποιεί την τάση στα 5V.

Βήμα 1: Εικόνα-1: Σχηματικό διάγραμμα του αυτόματου διανομέα απολυμαντικού χεριών (πρώτος σχεδιασμός)

Το D2 υποδεικνύει τη σωστή σύνδεση ισχύος και το R5 περιορίζει το ρεύμα LED. Το D1 είναι μια δίοδος πομπού IR και το R1 περιορίζει το ρεύμα D1, με άλλα λόγια, καθορίζει την ευαισθησία του αισθητήρα. Το U1 είναι το διάσημο χρονοδιακόπτη 555 [2] που έχει διαμορφωθεί για να εγχέσει έναν παλμό 38KHz στη δίοδο D1 (πομπός). Περιστρέφοντας το ποτενσιόμετρο R4, μπορείτε να ρυθμίσετε τη συχνότητα. Τα C1 και C2 χρησιμοποιούνται για τη μείωση του θορύβου. Το U2 είναι δέκτης IR TSOP1738 [3]. Σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων TSOP17XX: «Η σειρά TSOP17XX είναι μικροσκοπικοί δέκτες για συστήματα τηλεχειριστηρίου υπερύθρων. Η δίοδος PIN και ο προενισχυτής συναρμολογούνται στο πλαίσιο μολύβδου, το εποξειδικό πακέτο έχει σχεδιαστεί ως φίλτρο IR. Το αποδιαμορφωμένο σήμα εξόδου μπορεί να αποκωδικοποιηθεί απευθείας από έναν μικροεπεξεργαστή. Το TSOP17.. είναι η τυπική σειρά δέκτη τηλεχειριστηρίου IR, που υποστηρίζει όλους τους κύριους κωδικούς μετάδοσης. » Το TSOP1738 εισάγει μια ενεργή-χαμηλή έξοδο. Αυτό σημαίνει ότι ο πείρος εξόδου του U2 χαμηλώνει παρουσία του φωτός IR 38KHz. Ως εκ τούτου, χρησιμοποίησα ένα φθηνό P-Channel NDS356 MOSFET [4] για να οδηγήσω τον κινητήρα DC (αντλία υγρού). Το D4 είναι μια προστατευτική δίοδος από τα αντίστροφα ρεύματα του κινητήρα και το C8 μειώνει τους επαγωγικούς θορύβους του κινητήρα. Το D3 είναι ένα LED που υποδεικνύει τη λήψη IR και την ενεργοποίηση της αντλίας υγρού. Τα C4 και C5 έχουν χρησιμοποιηθεί για τη μείωση των θορύβων παροχής.

[B] Διάταξη PCB

Το σχήμα 2 δείχνει τη διάταξη PCB. Όπως είναι σαφές, όλα τα εξαρτήματα εκτός από τη δίοδο πομπού IR και τον δέκτη IR TSOP είναι SMD.

Βήμα 2: Εικόνα-2: Διάταξη PCB του αυτόματου διανομέα απολυμαντικού χεριών (πρώτο σχέδιο)

Χρησιμοποίησα τις βιβλιοθήκες στοιχείων SamacSys (Schematic Symbols and PCB Footprints) για τα AMS1117-5.0 [5], LM555 [6], TSOP1738 [7] και NDS536AP [8]. Οι βιβλιοθήκες SamacSys είναι δωρεάν και ακολουθούν τα πρότυπα IPC. Η χρήση αυτών των βιβλιοθηκών μειώνει σημαντικά τον χρόνο σχεδιασμού και αποτρέπει τα λάθη σχεδιασμού. Για να εγκαταστήσετε τις βιβλιοθήκες μπορείτε είτε να χρησιμοποιήσετε μια προσθήκη CAD [9] (εικόνα 3) είτε να τις κατεβάσετε από τη μηχανή αναζήτησης συστατικών. Χρησιμοποίησα το Altium Designer, οπότε προτίμησα να χρησιμοποιήσω το πρόσθετο Altium.

Βήμα 3: Εικόνα-3: Πρόσθετα CAD που υποστηρίζονται από το SamacSys και τα χρησιμοποιημένα εξαρτήματα στην προσθήκη του Altium Designer

Το Σχήμα 4 και το Σχήμα 5 δείχνουν τρισδιάστατες όψεις στο πάνω και κάτω μέρος της πλακέτας PCB

Βήμα 4: Εικόνα-4: τρισδιάστατη προβολή από την πλακέτα PCB (επάνω)

Βήμα 5: Εικόνα-5: μια τρισδιάστατη προβολή από την πλακέτα PCB (κάτω)

[C] Συναρμολόγηση και δοκιμήΤίποτα δεν είναι ιδιαίτερο στη διαδικασία συναρμολόγησης εξαρτημάτων. Όλα τα εξαρτήματα εκτός από τους αισθητήρες TR και RE είναι SMD. Είχα την πρόθεση να δοκιμάσω γρήγορα το κύκλωμα, οπότε χρησιμοποίησα μια ημι-σπιτική πλακέτα PCB χωρίς μάσκες συγκόλλησης και μεταξοτυπία. Το έργο σας είναι πολύ πιο εύκολο με έναν επαγγελματικό κατασκευασμένο πίνακα PCB:-). Το σχήμα 6 δείχνει το πρωτότυπο.

Βήμα 6: Εικόνα-6: Πρωτότυπο του διανομέα απολυμαντικού χεριών (πρώτο σχέδιο) σε ημι-σπιτική πλακέτα PCB

Μετά τη συναρμολόγηση, προσπαθήστε να ρυθμίσετε τα R1 και R4 για να βρείτε την καλύτερη εφαρμογή και εύρος ανίχνευσης. Το R1 καθορίζει την ισχύ IR (εύρος) και το R4 καθορίζει τη συχνότητα μετάδοσης.

Βήμα 7: [D] Bill of Materials

II Δεύτερος Σχεδιασμός

[A] Ανάλυση κυκλώματος

Το σχήμα 7 δείχνει το σχηματικό διάγραμμα της συσκευής. Ο σύνδεσμος P3 χρησιμοποιείται για τη σύνδεση της παροχής +5V στο κύκλωμα. Οι πυκνωτές C4 και C5 χρησιμοποιούνται για τη μείωση των θορύβων παροχής εισόδου. Το IC1 είναι η καρδιά του κυκλώματος. Είναι ο διάσημος συγκριτής LM393 [10].

Βήμα 8: Εικόνα-7: Σχηματικό διάγραμμα του αυτόματου διανομέα απολυμαντικού χεριών (Δεύτερος σχεδιασμός)

Σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων LM393: «Οι σειρές LM393 είναι διπλοί ανεξάρτητοι συγκριτές τάσης ακριβείας, ικανοί για λειτουργία μίας ή διαχωρισμένης παροχής. Αυτές οι συσκευές έχουν σχεδιαστεί για να επιτρέπουν ένα κοινό εύρος λειτουργίας από το επίπεδο στο έδαφος με τη λειτουργία μίας παροχής. Οι προδιαγραφές τάσης αντιστάθμισης εισόδου έως και 2.0 mV καθιστούν αυτή τη συσκευή μια εξαιρετική επιλογή για πολλές εφαρμογές σε καταναλωτικά, αυτοκίνητα και βιομηχανικά ηλεκτρονικά ».

Είναι ένα φθηνό και εύχρηστο IC. Γενικά, σας προτείνω εάν η εφαρμογή σας είναι συγκριτική, χρησιμοποιήστε απλά τσιπ σύγκρισης αντί για OPAMP. Χρησιμοποιήσαμε τον πρώτο συγκριτή του τσιπ και το ποτενσιόμετρο R3 καθορίζει το όριο ενεργοποίησης. Το C2 μειώνει τους πιθανούς θορύβους στο μεσαίο πείρο του ποτενσιόμετρου. Το D1 είναι ένας πομπός IR και το D2 είναι μια δίοδος δέκτη IR. Το D2 συνδέεται με τον αρνητικό πείρο (-) του συγκριτή για σύγκριση με την τάση του θετικού πείρου (+). Ο πείρος εξόδου του συγκριτή είναι ενεργός-χαμηλός, ωστόσο, είναι προτιμότερο να ανασυρθεί χρησιμοποιώντας το R4.

Το Q1 είναι το περίφημο τρανζίστορ BD140 PNP [11] που κινεί την αντλία (κινητήρα DC) και το LED D3. Το D4 είναι μια αντίστροφη δίοδος προστασίας και το C3 μειώνει τους επαγωγικούς θορύβους της αντλίας ώστε να μην επηρεάζουν τη σταθερότητα του κυκλώματος. Τέλος, το P1 χρησιμοποιείται για τη σύνδεση ενός μπλε LED 5mm για να υποδείξει μια σωστή σύνδεση ρεύματος.

[B] Διάταξη PCB

Το σχήμα 8 δείχνει τη διάταξη PCB του δεύτερου σχεδίου. Είναι ένας πίνακας PCB μονής στρώσης και όλα τα εξαρτήματα είναι DIP. Είναι πολύ εύκολο για όλους να φτιάξουν αυτό το DIY στο σπίτι γρήγορα.

Βήμα 9: Εικόνα-8: Διάταξη PCB του αυτόματου διανομέα απολυμαντικού χεριών (δεύτερος σχεδιασμός)

Όπως και ο πρώτος σχεδιασμός, χρησιμοποίησα τις βιβλιοθήκες στοιχείων SamacSys (Schematic Symbols and PCB Footprints) για το LM393 [12] και BD140 [13]. Οι βιβλιοθήκες SamacSys είναι δωρεάν και ακολουθούν τα πρότυπα IPC. Για να εγκαταστήσετε τις βιβλιοθήκες μπορείτε είτε να χρησιμοποιήσετε μια προσθήκη CAD [9] (εικόνα 9) είτε να τις κατεβάσετε από τη μηχανή αναζήτησης συστατικών. Η χρήση αυτών των βιβλιοθηκών μειώνει σημαντικά τον χρόνο σχεδιασμού και αποτρέπει τα λάθη σχεδιασμού. Χρησιμοποίησα το λογισμικό Altium Designer CAD, οπότε προτίμησα να εγκαταστήσω το πρόσθετο Altium.

Βήμα 10: Εικόνα-9: Πρόσθετα CAD που υποστηρίζονται από το SamacSys και τα χρησιμοποιημένα εξαρτήματα στην προσθήκη του Altium Designer

Το σχήμα 10 δείχνει μια τρισδιάστατη όψη από τη συναρμολογημένη πλακέτα PCB.

Βήμα 11: Εικόνα-10: τρισδιάστατη προβολή από την πλακέτα PCB (επάνω)

[C] Συναρμολόγηση και δοκιμή

Το σχήμα 11 δείχνει τη συναρμολογημένη πλακέτα PCB. Είναι ένας ημι-σπιτικός πίνακας PCB που χρησιμοποίησα για να δοκιμάσω γρήγορα την ιδέα. Μπορείτε να το παραγγείλετε για κατασκευή. Τίποτα δεν είναι ιδιαίτερο στη συγκόλληση. Όλα τα εξαρτήματα είναι DIP. Πολύ εύκολο. Απλά κάνε το:-). Αυτός ο σχεδιασμός είναι ευκολότερος και ακόμη φθηνότερος από τον πρώτο σχεδιασμό. Ακολούθησα λοιπόν αυτό και ολοκλήρωσα τη συσκευή διανομής απολυμαντικού χεριών.

Βήμα 12: Εικόνα-11: Πρωτότυπο του διανομέα απολυμαντικών (Δεύτερος σχεδιασμός) σε ημι-σπιτική πλακέτα PCB

Το σχήμα 12 δείχνει την επιλεγμένη αντλία υγρού. Αυτό είναι ίσως το φθηνότερο στην αγορά, ωστόσο, είμαι ικανοποιημένος από τη λειτουργία του.

Βήμα 13: Εικόνα-12: Επιλεγμένη αντλία υγρού για τη ροή του υγρού απολυμαντικού χεριών

Τέλος, το σχήμα 13 δείχνει τον πλήρη διανομέα απολυμαντικού χεριών. Μπορείτε να επιλέξετε οποιοδήποτε παρόμοιο γυάλινο ή πλαστικό δοχείο, όπως ένα πλαστικό δοχείο αποθήκευσης καφέ. Το επιλεγμένο μου είναι ένα γυάλινο δοχείο σάλτσας:-). Χρησιμοποίησα ένα απλό σύρμα χαλκού για να λυγίσω και να κρατήσω τον εύκαμπτο σωλήνα. Γυρίστε το ποτενσιόμετρο R3 από το χαμηλότερο επίπεδο ευαισθησίας και αυξήστε το ελαφρώς για να επιτύχετε το επιθυμητό εύρος ανίχνευσης. ΜΗΝ το κάνετε πολύ ευαίσθητο γιατί η αντλία μπορεί να δράσει αυθόρμητα χωρίς σκανδάλη!

Βήμα 14: Εικόνα-13: Πλήρες DIY του διανομέα απολυμαντικού χεριών

Το σχήμα 14 δείχνει τον διανομέα στο σκοτάδι. Το μπλε φως LED (P1) δίνει μια ελκυστική θέα που πρέπει να τοποθετηθεί στο καπάκι του δοχείου.

Βήμα 15: Εικόνα-14: Προβολή διανομέα απολυμαντικού χεριών στο σκοτάδι

Βήμα 16: [D] Bill of Materials

Βήμα 17: Αναφορές

Κύριο άρθρο:

[1]: AMS1117-5.0 Φύλλο δεδομένων:

[2]: Φύλλο δεδομένων LM555:

[3]: TSOP1738 Φύλλο δεδομένων:

[4]: Φύλλο δεδομένων NDS356:

[5]: AMS1117-5.0 Σχηματικό σύμβολο και αποτύπωμα PCB:

[6]: Σχηματικό σύμβολο LM555 και αποτύπωμα PCB:

[7]: TSOP1738 Σχηματικό σύμβολο και αποτύπωμα PCB:

[8]: NDS356 Σχηματικό σύμβολο και αποτύπωμα PCB:

[9]: Προσθήκες CAD:

[10]: Φύλλο δεδομένων LM393:

[11]: Φύλλο δεδομένων BD140:

[12]: LM393 Σχηματικό σύμβολο και αποτύπωμα PCB:

[13]: Σχηματικό σύμβολο BD140 και αποτύπωμα PCB: