Αναδευτήρας καφέ HotOrNot: 5 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Ένας έξυπνος αναδευτήρας ποτών για ειδοποίηση όταν είναι ασφαλές να πίνετε χωρίς να καείτε.

Η έμπνευση για αυτό το έργο ήταν δική μου. Έχω την τάση να πίνω τσάι πολύ γρήγορα και να τραγουδάω ή να καίγομαι στα χείλη ή τη γλώσσα και μετά πρέπει να περιμένω λίγο για να κρυώσει το τσάι.

Πρόσφατα, υπήρξε μια έρευνα που έδειξε μια σχέση μεταξύ της κατανάλωσης ζεστού τσαγιού και του καρκίνου του οισοφάγου. Ακολουθεί ο σύνδεσμος προς το πρωτότυπο έγγραφο https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ijc.32220 https://edition.cnn.com/2019/03/20/health/hot-tea-linked -στο-υψηλότερο-καρκίνος-κίνδυνος-μελέτη-intl/index.html

Το έργο είναι μια προσπάθεια χαμηλής ισχύος για τη δημιουργία ενός απλού αναδευτήρα που μπορεί να βουτήξει μέσα σε ένα ζεστό ρόφημα. Η καρδιά ολόκληρου του έργου είναι ένα τσιπ ATtiny85 που λειτουργεί στα 8Mhz. Η ανίχνευση θερμοκρασίας παρέχεται από έναν αισθητήρα DS18b20.

Προμήθειες

ATtiny85 SOIC Chip ή μια μονάδα Digispark

Αισθητήρας DS18b20

LED των WS2812B

A03416 Mosfet

Βήμα 1: Απαιτήσεις και ανάλυση

Ξεκίνησα την ιδέα με το να φαντάζομαι πώς ο χρήστης θα ήθελε να αλληλεπιδράσει με τη συσκευή και ποια θα ήταν η εμπειρία του. Πήρα συνέντευξη από μερικούς φίλους μου χρησιμοποιώντας κοινωνικά μέσα και ομάδες συνομιλίας. Αυτό με βοήθησε να καταλάβω τις βασικές κοινές απαιτήσεις.

Εδώ είναι οι κοινές απαιτήσεις

1) Αναμένω ότι η συσκευή θα λειτουργεί δύο φορές την ημέρα για ένα μήνα, χωρίς να χρειάζεται φόρτιση.

2) Περιμένω να γνωρίζω την ακριβή θερμοκρασία στην οποία βρίσκεται το ποτό μου.

3) Θα πρέπει να μπορώ να καθαρίζω τη συσκευή εύκολα και με τρεχούμενο νερό.

4) Δεν πρέπει να είναι καθόλου βαρύ και να ζυγίζει περίπου ένα μολύβι.

5) Θα πρέπει να έχει τη μορφή συντελεστή αναδευτήρα.

6) Θα πρέπει να μπορεί να προσαρμοστεί σε κάθε γνωστό είδος κούπας τσαγιού/καφέ που υπάρχει γύρω μου.

Μερικά από αυτά ήταν εύκολο να συναντηθούν (βάσει εμπειρίας), αλλά μερικά ήταν μεγάλα ερωτηματικά. Παρ 'όλα αυτά, άρχισα να παραγγέλνω ανταλλακτικά και έθεσα ένα βασικό κύκλωμα εργασίας που θα μπορούσα να δοκιμάσω και να βελτιώσω τους στόχους μου.

Αρχικά σκέφτηκα να μην βάλω μπαταρία ιόντων λιθίου λόγω περιορισμών εξαγωγής και πιστοποιήσεων που θα απαιτούσα να περάσω. Σχεδίασα το σχέδιό μου γύρω από μια μπαταρία CR2032.

Η μπαταρία λειτούργησε για αρκετές ημέρες πριν αδειάσει και απορρίφθηκε καθώς το μέγεθος του προϊόντος άρχισε να γίνεται δυσκίνητο. Μερικοί από τους φίλους μου ψήφισαν όλη την ιδέα μιας αντικαταστάσιμης μπαταρίας.

Το αρχικό μου πρωτότυπο ήταν επίσης με μια κόκκινη, κίτρινη και πράσινη διακριτή λυχνία LED συνδεδεμένη στις ακίδες εισόδου/εξόδου του Attiny85.

Πήρα όλο και καλύτερες πληροφορίες σχετικά με τη συμπεριφορά του συστήματος, η οποία έφερε εμπιστοσύνη στο να προχωρήσει και να επιχειρήσει τον κώδικα χαμηλής ισχύος για το Attiny85.

Βήμα 2: Μεταβείτε στο WS2812B και χαμηλής ισχύος MOSFET

Μετατόπισα το LED μου από διακριτικό σε RGB WS2812, γιατί συνειδητοποίησα ότι μπορεί να χρειαστώ περισσότερους πείρους I/0 για άλλες χρήσεις.

Κατάλαβα επίσης ότι οι διακριτές λυχνίες LED δεν μπορούν να παρέχουν ένα καλό εύρος φωτισμού που ήλπιζα, χωρίς να καταφύγω στο PWM.

Είχα εμπειρία στη χρήση των LED των WS2812B και μου άρεσαν πολύ, αλλά η μόνη μου ανησυχία ήταν η τρέχουσα κλήρωση αναμονής τους όταν δεν είναι αναμμένα. Κάθε LED μπορεί να αντλήσει περίπου 1mA από την μπαταρία όταν δεν είναι αναμμένη, χάνοντας έτσι ενέργεια όταν δεν εξυπηρετεί κανένα σκοπό.

Ακόμα και όταν το Attiny85 κοιμόταν, η τρέχουσα κλήρωση του DS18B20 και της λωρίδας WS2812LED των 8 LED ήταν περίπου 40mA, η οποία ήταν μια μεγάλη προβληματική περιοχή.

Υπήρχε μια ιδέα. Θα μπορούσα να ανάψω τα LED και τον αισθητήρα DS18b20 χρησιμοποιώντας ένα λογικό επίπεδο Mosfet.

Έβαλα τα μάτια μου στο AO3416 MOSFET που έχει χαμηλό Rds (on) 22mohm όταν το Vgs ήταν 1,8v. Αυτό το MOSFET ήταν μια τέλεια επιλογή για να βάλω στο κύκλωμά μου και να δοκιμάσω.

Κατάφερα να μειώσω την ανάγκη ισχύος αναμονής από 40mA σε κάτω από 1uA χρησιμοποιώντας το MOSFET. Πράγματι κέρδισα λίγο εγκαίρως, γιατί μόλις διακόπηκε το ρεύμα στο LED, πρέπει να επανεκκινηθεί και αυτό χρειάστηκε λίγο χρόνο για να συμβεί.

Το απτικό κουμπί στην εικόνα χρησιμοποιείται για να ξυπνήσει το Attiny85 από βαθύ ύπνο και να αρχίσει να μετρά τη θερμοκρασία.

Συνολικά, ήμουν ευχαριστημένος με ολόκληρο το κύκλωμα και αποφάσισα ότι ήρθε η ώρα να σχεδιάσω ένα PCB για ολόκληρο το κύκλωμα.

Βήμα 3: Σχεδιασμός PCB

Μου πήρε λίγο χρόνο για να σχεδιάσω ένα PCB στο EasyEDA.

Πρώτον, έκανα δύο βήματα πίστης

1) Δεν δοκίμασα το LED SK6812 επειδή δεν είχα κανένα. Διάβασα την τεκμηρίωση LED και ήταν πανομοιότυπη με την LED WS2812B.

2) Το τσιπ φορτιστή LTC4054 Li Ion, δεν είχα εμπειρία στο σχεδιασμό του.

Διάβασα πολλές σημειώσεις σχεδιασμού και για τις δύο συσκευές και κατάλαβα τι χρειαζόμουν.

Για το LED SK6812, κατάλαβα ότι η συγκόλληση με το χέρι θα είναι πόνος. Αλλά δεν μπορούσα να βρω μια εναλλακτική λύση σε αυτό. Το Easy EDA σχεδίασε το εξάρτημα και το χρησιμοποίησα. Κατέληξα επίσης στην επαλήθευση της διάταξης του μαξιλαριού του σχεδίου σε σχέση με τα μηχανικά σχέδια LED και επιβεβαίωσα ότι ήταν εντός των προδιαγραφών.

Το LTC4054 ήταν ένα αρκετά απλό τσιπ για εργασία. Ρύθμισα το ρεύμα φόρτισης της μπαταρίας ιόντων λιθίου στα 200mA, καθώς η μπαταρία μου ήταν 300mA, η οποία κάνει το ρεύμα φόρτισης λιγότερο από 1C και είναι γενικά καλό για την μπαταρία και τον φορτιστή.

Αγόρασα μια μπαταρία και το μέγεθος του PCB μου. Οι διαστάσεις του PCB είναι 30mm x 15mm και όλα τα εξαρτήματα βρίσκονται στην επάνω πλευρά του PCB.

Έβαλα μια παραγγελία στο JLCPCB την τελευταία εβδομάδα του Απριλίου και τα PCB ήρθαν την πρώτη εβδομάδα του Μαΐου.

Ένας φίλος που έχει σταθερό χέρι και επισκευάζει το τηλέφωνο για να ζήσει με βοήθησε να κολλήσω όλα τα μέρη για το PCB. Το πιο δύσκολο ήταν το LED SK6812. Όλα ήταν κολλημένα εξαιρετικά, και έχω κάνει βασικές δοκιμές στα LED και στο ATtiny επίσης. Στην παρακάτω εικόνα, τα LED SK6812 είναι τα δύο λευκά ορθογώνια στην άκρη του πίνακα, στα δεξιά της υποδοχής USB Micro. Το LTC4054 είναι το μικρό τσιπ 5 ποδιών στη μέση του πίνακα. Το λευκό ορθογώνιο στο κάτω άκρο του πίνακα (δεξιά του LTC4054) είναι το κουμπί επαναφοράς. Το ATtiny85 είναι το 8 πόδι SOIC chip. τα τρία μαξιλάρια στην ακραία δεξιά είναι για να συνδέσουν τον αισθητήρα θερμοκρασίας DS18b20.

Έχω έναν προσαρμογέα SOIC κλιπ τον οποίο χρησιμοποιώ για τον προγραμματισμό του ATtiny85 όπως φαίνεται παρακάτω.

Συνεχίζω να ενημερώνω την πρόοδο του έργου μου στο Instagram, με βίντεο επίσης.

Βήμα 4: Χρήση του αναδευτήρα

Για να χρησιμοποιήσετε τον αναδευτήρα, το μόνο που έχετε να κάνετε είναι

1) Βυθίστε τον μεταλλικό αισθητήρα στο ποτό σας.

2) Πατήστε το κουμπί στο Αναδευτήρα

3) Περιμένετε να αρχίσουν να αναβοσβήνουν κίτρινα τα led του αναδευτήρα. Το ποτό σας είναι στη σωστή θερμοκρασία για να πιείτε.

Βήμα 5: Προώθηση της ιδέας

Συνειδητοποίησα μετά από έρευνα ότι θα ήταν καλή ιδέα να μιλήσω για το έργο και να δημιουργήσω ενδιαφέρον γύρω από την ιδέα πριν δεσμεύσω περισσότερους πόρους σε αυτό.

Η συσκευή λειτουργεί από τους τελευταίους δύο μήνες όταν χρησιμοποιείται δύο φορές την ημέρα.

Έχω την επιλογή να μετακομίσω σε ένα θερμοζεύγος ή να μείνω με την τρέχουσα επιλογή αισθητήρα. Το θερμοστοιχείο είναι πιο ανθεκτικό στις θερμοκρασίες και είναι διαθέσιμο σε πολύ μικρό μέγεθος. Το DS18b20 από την άλλη πλευρά είναι αρκετά μεγάλο για να μην μπορεί να εισαχθεί στη μικρή οβάλ υποδοχή που είναι διαθέσιμη στα περισσότερα φλιτζάνια καφέ, όταν αγοράζετε καφέ σε Starbucks ή Dunkin Donuts.

Υπάρχουν επίσης θέματα ασφάλειας. Είναι πιθανό ότι η χημική ουσία που χρησιμοποιείται κατά τη διαδικασία συγκόλλησης και κατασκευής θα διαρρεύσει στον καφέ. Ο καθαρισμός του αναδευτήρα είναι ένα άλλο πρόβλημα, καθώς θα υπάρχει μπαταρία στο εσωτερικό του, οπότε ο σχεδιασμός πρέπει να είναι σε θέση να το επιτρέπει. Δεν είναι δύσκολο να σχεδιάσετε κάτι τέτοιο, αλλά δεν είναι επίσης ασήμαντο.

Ξεκίνησα μια προκαταρκτική συζήτηση με μερικούς χρήσιμους βιομηχανικούς σχεδιαστές που φαίνεται να ενδιαφέρονται να συνεισφέρουν, ας δούμε πού οδηγεί το έργο. Θα είναι φοβερό αν το έργο γίνει εμπορική επιτυχία και βοηθήσει στη διάσωση ζωών. Δάχτυλα σταυρωμένα!