Obwód dozownika środka dezynfekującego do rąk/DIY [Bezkontaktowy]: 10 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:26

Autor: Hesam Moshiri, [email protected]

Cechy

1. Wysoka stabilność i brak wrażliwości na światło otoczenia
2. Wycinana laserowo obudowa z akrylu (pleksi)
3. Opłacalne
4. Możliwość kontroli przepływu środka dezynfekującego do rąk/alkoholu (wydajność)
5. Komponenty przewlekane (łatwe do lutowania)
6. Jednowarstwowa płytka PCB (łatwa do wykonania)
7. Pojedynczy i tani mikrokontroler ATTiny13
8. Niski pobór prądu w trybie czuwania

-

Jak wszyscy wiemy, epidemia COVID-19 uderzyła w świat i zmieniła nasz styl życia. W tym stanie alkohol i środki do dezynfekcji rąk są niezbędne, drogie, aw niektórych obszarach trudno znaleźć płyny, dlatego muszą być stosowane właściwie i wydajnie. W drugiej wersji urządzenia dozującego środek do dezynfekcji rąk rozwiązałem poprzednie problemy projektowe i wprowadziłem urządzenie bez wrażliwości na światło otoczenia i możliwości kontroli przepływu alkoholu/środka dezynfekującego. Dlatego na każde żądanie zostanie nalana wystarczająca ilość płynu. W konstrukcji zastosowano tani mikrokontroler ATTiny13.

[A] Analiza obwodu

rysunek 1 przedstawia schemat ideowy urządzenia. Zadanie to można było spełnić różnymi czujnikami i metodami projektowania, jednak moim celem było zaprojektowanie wydajnego, taniego i prostego obwodu.

Krok 1: Rysunek 1, Schematyczny diagram automatycznego dozownika środka dezynfekującego do rąk

P2 to 2-pinowe męskie złącze XH. Służy do podłączenia niebieskiej diody LED o średnicy 5 mm, którą należy zamontować na obudowie oraz na pojemniku na środek do dezynfekcji rąk/alkoholu. R5 ogranicza prąd diody LED. U1 to moduł odbiornika podczerwieni TSOP1738 [1] lub HS0038. Jest to kompletna jednostka służąca do wykrywania i dekodowania sygnałów IR. Rysunek 2 przedstawia schemat blokowy tego komponentu.

Krok 2: Rysunek 2, schemat blokowy modułu odbiornika podczerwieni TSOP1738 (HS0038)

Moduł może przyjmować napięcie 5V na szynie zasilającej i pobiera około 5mA. Niski pobór prądu komponentu pozwala na zastosowanie prostego filtra RC (C1 i R3) w celu wyeliminowania ewentualnych niestabilności (wykrywanie fałszywego sygnału IR), które mogą być wprowadzane przez szum zasilania.

Częstotliwość odcięcia wyżej wymienionego filtra RC może być zarówno symulowana (np. LTSpice), jak i sprawdzana w praktyce. Aby przetestować zachowanie filtra w praktyce, użyłem oscyloskopu Siglent SDS1104X-E oraz generatora przebiegów Siglent SDG1025. Te dwa urządzenia muszą być połączone za pomocą kabla USB. Rysunek 3 przedstawia wykres bodowy zachowania filtra. Obliczenia potwierdzają, że w praktyce częstotliwość odcięcia filtra wynosi około 112 Hz. Aby uzyskać więcej informacji, obejrzyj wideo.

Krok 3: Rysunek 3, Testowanie zachowania filtra RC w praktyce za pomocą wykresu Bodego i oscyloskopu SDS1104X-E

R4 jest rezystorem podwyższającym, a C2 redukuje szumy wyjściowe U1. D1 to dioda nadajnika podczerwieni o średnicy 5 mm, a R1 ogranicza prąd do diody. Wartość R1 może mieścić się w zakresie od 150R do 220R. Niższa rezystancja oznacza większy zasięg wykrywania i odwrotnie. Użyłem rezystora 180R dla R1. Q1 to 2N7000 [2] N-Channel MOSFET, który służy do włączania/wyłączania diody D1 IR. R2 ogranicza prąd bramki.

IC1 to mikrokontroler ATTiny13 [3]. Jest to znany i tani mikrokontroler, który zapewnia odpowiednie peryferia do tej aplikacji. PORTB.4 generuje impuls fali prostokątnej dla diody nadajnika podczerwieni, a PORTB.3 wykrywa sygnał aktywacji-niski. PORTB.1 służy do wysyłania sygnału aktywacji do pompy. Cykl pracy tego pojedynczego impulsu określa przepływ alkoholu lub środka dezynfekującego do rąk. Q2 to tranzystor BD139 [4] NPN, który służył do włączania/wyłączania pompy. D3 eliminuje wsteczne prądy indukcyjne (silnik DC pompy), a C5 zmniejsza hałas pompy. D2 wskazuje aktywację pompy. R7 ogranicza prąd diody LED. C3, C4 i C6 używane do redukcji szumów zasilania.

[B] Układ PCB

Rysunek 4 przedstawia układ PCB automatycznego dozownika środka dezynfekującego do rąk. Jest to jednowarstwowa płytka PCB, a wszystkie pakiety komponentów są przelotowe.

Krok 4: Rysunek 4, Układ PCB automatycznego dozownika środka dezynfekującego do rąk

Użyłem bibliotek komponentów SamacSys dla Q1 [5], Q2 [6] i IC1 [7]. Biblioteki SamacSys zawsze pomagają mi uniknąć niechcianych błędów i ominąć czasochłonny proces projektowania bibliotek komponentów od podstaw. Istnieją dwie opcje instalacji i korzystania z bibliotek. Po pierwsze, pobierając i instalując je z componentsearchengine.com lub instalując je bezpośrednio za pomocą dostarczonych wtyczek CAD [8]. SamacSys dostarczył wtyczki do prawie wszystkich programów CAD do projektowania elektronicznego. W moim przypadku użyłem wtyczki Altium Designer (rysunek 5).

Krok 5: Rysunek 5, wybrane komponenty we wtyczce SamacSys Altium Designer

Rysunek 6 przedstawia zdjęcie pierwszego działającego prototypu płytki dozownika środka dezynfekującego do rąk. Czy widzisz wycięcie na płytce PCB? Konieczne jest zapobieganie niepożądanemu odbiorowi sygnału IR przez moduł U1. Ta luka zostaje wypełniona kawałkiem obudowy.

Krok 6: Rysunek 6, pierwsza robocza płyta prototypowa dozownika środka dezynfekującego do rąk

[C] Kod źródłowy mikrokontrolera

Kod został napisany w C. Ważną częścią kodu, którą „możesz” potrzebować zmodyfikować, jest procedura przerwań przepełnienia Timer-0.:

Krok 7:

„przypadek 15” określa opóźnienie wstępnej aktywacji. Niezbędne jest krótkie opóźnienie, aby użytkownik umieścił rękę poniżej czujnika i dyszy. „przypadek 23” definiuje czas aktywacji pompy, a „przypadek 372” określa opóźnienie przed następną możliwą aktywacją. To opóźnienie zapewnia użytkownikowi wystarczającą ilość czasu na zebranie wszystkich kropli środka do dezynfekcji rąk/alkoholu. Ponadto zapobiega niewłaściwemu użyciu urządzenia i marnowaniu drogiego płynu przez dzieci lub niektóre osoby. Fusebity muszą być ustawione na wewnętrznym źródle zegara 9,6 MHz bez podziału zegara.

[D] Wycinana laserowo konstrukcja obudowy Corel Draw

Rysunek 7 przedstawia zaprojektowaną obudowę w programie Corel Draw. Wystarczy wysłać plik „sanitizer.cdr” do warsztatu/firmy zajmującej się wycinaniem laserem i zamówić wycinanie laserem do 2mm matowej czarnej plexi (akryl). Cienka sklejka też jest w porządku.

Krok 8: Rysunek 7, projekt obudowy dozownika środka dezynfekującego do rąk w programie Corel Draw

Rysunek 8 przedstawia kompletny automatyczny dozownik środka dezynfekującego do rąk. Możesz zamontować obudowę na wybranym pojemniku. Użyłem szklanego pojemnika.

Krok 9: Rysunek 8, Automatyczny dozownik środka dezynfekującego do rąk ze szklanym pojemnikiem

[E] Zestawienie materiałów

Krok 10: Zestawienie materiałów

[F] Referencje

Źródło:

[1]: arkusz danych TSOP1738:

[2]: arkusz danych 2N7000:

[3]: Arkusz danych ATTiny13:

[4]: Karta katalogowa BD139:

[5]: Symbol schematu 2N7000 i obrys PCB:

[6]: Symbol schematu BD139 i ślad PCB:

[7]: Schematyczny symbol ATTiny13 i obrys PCB:

[8]: Wtyczki CAD: