Dozownik bezdotykowego środka dezynfekującego do rąk bez Arduino lub mikrokontrolera: 17 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Jak wszyscy wiemy, epidemia COVID-19 uderzyła w świat i zmieniła nasz styl życia. W tym stanie alkohol i środki do dezynfekcji rąk są niezbędnymi płynami, jednak należy je stosować we właściwy sposób. Dotykanie pojemników z alkoholem lub środków do dezynfekcji rąk zainfekowanymi rękami może przenosić wirusa na następną osobę. W tym artykule zbudujemy automatyczny dozownik środka dezynfekującego do rąk, który wykorzystuje czujniki podczerwieni do wykrywania obecności dłoni i aktywuje pompkę, aby wylać płyn na rękę. Intencją było znalezienie najtańszego i najłatwiejszego rozwiązania oraz zaprojektowanie obwodu. Dlatego nie użyto mikrokontrolera ani Arduino. Wprowadzono dwa projekty i możesz dowolnie wybrać i zbudować dowolny z nich. Pierwsza konstrukcja wykorzystuje komponenty SMD, a druga konstrukcja jest jeszcze prostsza. Wykorzystuje komponenty DIP na małej jednowarstwowej płytce PCB.

I. Pierwszy projekt:

[A] Analiza obwodu

Możesz wziąć pod uwagę schemat na rysunku 1. Złącze P1 służy do podłączenia zasilania 6V do 12V do obwodu. Kondensator C6 został zastosowany w celu zmniejszenia możliwych szumów zasilania. REG-1 to słynny regulator LDO AMS1117 [1], który stabilizuje napięcie na poziomie 5V.

Krok 1: Rysunek-1: Schematyczny diagram automatycznego dozownika środka dezynfekującego do rąk (pierwszy projekt)

D2 wskazuje prawidłowe podłączenie zasilania, a R5 ogranicza prąd diody LED. D1 to dioda nadajnika podczerwieni, a R1 ogranicza prąd D1, czyli określa czułość czujnika. U1 to słynny układ scalony timera 555 [2], który został skonfigurowany do wstrzykiwania impulsu 38 kHz do diody D1 (nadajnika). Obracając potencjometrem R4 można regulować częstotliwość. C1 i C2 służą do redukcji hałasu. U2 to odbiornik podczerwieni TSOP1738 [3]. Zgodnie z arkuszem danych TSOP17XX: „Seria TSOP17XX to zminiaturyzowane odbiorniki do systemów zdalnego sterowania na podczerwień. Dioda PIN i przedwzmacniacz są zamontowane na ramie wyprowadzeniowej, obudowa epoksydowa jest zaprojektowana jako filtr IR. Zdemodulowany sygnał wyjściowy może być bezpośrednio dekodowany przez mikroprocesor. TSOP17.. to standardowa seria odbiorników zdalnego sterowania na podczerwień, obsługująca wszystkie główne kody transmisji.” TSOP1738 wprowadza wyjście aktywne-niskie. Oznacza to, że pin wyjściowy U2 przechodzi w stan niski w obecności światła podczerwonego 38 KHz. Dlatego do napędu silnika prądu stałego (pompy cieczy) użyłem taniego tranzystora P-Channel NDS356 MOSFET [4]. D4 to dioda zabezpieczająca przed prądami wstecznymi silnika, a C8 zmniejsza hałas indukcyjny silnika. D3 to dioda LED, która wskazuje odbiór podczerwieni i aktywację pompy cieczy. C4 i C5 zostały wykorzystane do zmniejszenia szumów zasilania.

[B] Układ PCB

Rysunek 2 przedstawia układ PCB. Jak widać, wszystkie elementy oprócz diody nadajnika IR i odbiornika TSOP IR to SMD.

Krok 2: Rysunek-2: Układ PCB automatycznego dozownika środka dezynfekującego do rąk (pierwszy projekt)

Użyłem bibliotek komponentów SamacSys (Schematic Symbols i PCB Footprints) dla AMS1117-5.0 [5], LM555 [6], TSOP1738 [7] i NDS536AP [8]. Biblioteki SamacSys są bezpłatne i zgodne ze standardami IPC. Korzystanie z tych bibliotek znacznie skraca czas projektowania i zapobiega błędom projektowym. Aby zainstalować biblioteki, możesz użyć wtyczki CAD [9] (rysunek 3) lub pobrać je z wyszukiwarki komponentów. Użyłem Altium Designer, więc wolałem korzystać z wtyczki Altium.

Krok 3: Rysunek 3: Wtyczki CAD obsługiwane przez SamacSys i używane komponenty we wtyczce Altium Designer

Rysunek 4 i rysunek 5 przedstawiają widoki 3D górnej i dolnej części płytki PCB

Krok 4: Rysunek-4: Widok 3D z płytki PCB (u góry)

Krok 5: Rysunek-5: Widok 3D z płytki PCB (na dole)

[C] Montaż i TestNothing są wyjątkowe w procesie montażu części. Wszystkie komponenty poza czujnikami TR i RE są SMD. Miałem zamiar szybko przetestować obwód, więc użyłem pół-domowej płytki PCB bez masek lutowniczych i sitodruku. Twoje zadanie jest znacznie łatwiejsze z profesjonalnie wykonaną płytką PCB:-). Rysunek 6 przedstawia prototyp.

Krok 6: Rysunek 6: Prototyp dozownika środka dezynfekującego do rąk (pierwszy projekt) na pół-domowej płytce PCB

Po zmontowaniu spróbuj wyregulować R1 i R4, aby znaleźć najlepsze dopasowanie i zasięg wykrywania. R1 określa moc IR (zakres), a R4 określa częstotliwość transmisji.

Krok 7: [D] Zestawienie materiałów

II. Drugi projekt

[A] Analiza obwodu

Rysunek 7 przedstawia schemat ideowy urządzenia. Złącze P3 służy do podłączenia do obwodu zasilania +5V. Kondensatory C4 i C5 służą do redukcji szumów wejściowych. IC1 jest sercem układu. Jest to słynny komparator LM393 [10].

Krok 8: Rysunek 7: Schemat ideowy automatycznego dozownika środka dezynfekującego do rąk (druga konstrukcja)

Zgodnie z arkuszem danych LM393: „Seria LM393 to podwójne niezależne precyzyjne komparatory napięcia zdolne do pracy z pojedynczym lub dzielonym zasilaniem. Urządzenia te są zaprojektowane tak, aby umożliwić wspólny zakres trybów - do poziomu gruntu przy pracy z jednym zasilaniem. Specyfikacje wejściowego napięcia niezrównoważenia tak niskie, jak 2,0 mV sprawiają, że to urządzenie jest doskonałym wyborem do wielu zastosowań w elektronice użytkowej, motoryzacyjnej i przemysłowej.”

Jest to tani i poręczny układ scalony. Ogólnie sugeruję, jeśli twoja aplikacja jest komparatorem, po prostu użyj układów porównawczych zamiast OPAMP. Użyliśmy pierwszego komparatora układu, a potencjometr R3 określa próg aktywacji. C2 redukuje możliwe szumy na środkowym styku potencjometru. D1 to nadajnik podczerwieni, a D2 to dioda odbiornika podczerwieni. D2 jest podłączony do ujemnego styku (-) komparatora w celu porównania z dodatnim stykiem (+) napięcia. Pin wyjściowy komparatora jest aktywny-niski, jednak lepiej jest go podciągnąć za pomocą R4.

Q1 to słynny tranzystor BD140 PNP [11], który napędza pompę (silnik prądu stałego) i diodę D3. D4 jest diodą zabezpieczającą przed odwróceniem, a C3 redukuje szumy indukcyjne pompy, aby nie wpływać na stabilność obwodu. Wreszcie, P1 służy do podłączenia niebieskiej diody LED 5 mm, aby wskazać prawidłowe połączenie zasilania.

[B] Układ PCB

Rysunek 8 pokazuje układ PCB drugiego projektu. Jest to jednowarstwowa płytka PCB, a wszystkie elementy są DIP. Całkiem łatwe dla każdego, aby szybko zbudować to DIY w domu.

Krok 9: Rysunek 8: Układ PCB automatycznego dozownika środka dezynfekującego do rąk (drugi projekt)

Podobnie jak w pierwszym projekcie, użyłem bibliotek komponentów SamacSys (Schematic Symbols i PCB Footprints) dla LM393 [12] i BD140 [13]. Biblioteki SamacSys są bezpłatne i zgodne ze standardami IPC. Aby zainstalować biblioteki, możesz użyć wtyczki CAD [9] (rysunek 9) lub pobrać je z wyszukiwarki komponentów. Korzystanie z tych bibliotek znacznie skraca czas projektowania i zapobiega błędom projektowym. Korzystałem z oprogramowania CAD Altium Designer, więc wolałem zainstalować wtyczkę Altium.

Krok 10: Rysunek 9: Wtyczki CAD obsługiwane przez SamacSys i używane komponenty we wtyczce Altium Designer

Rysunek 10 przedstawia widok 3D zmontowanej płytki PCB.

Krok 11: Rysunek 10: Widok 3D z płytki PCB (u góry)

[C] Montaż i test

Rysunek 11 przedstawia zmontowaną płytkę PCB. Jest to pół-domowa płytka PCB, której użyłem do szybkiego przetestowania koncepcji. Można go zamówić do produkcji. W lutowaniu nie ma nic szczególnego. Wszystkie komponenty są DIP. Całkiem proste. Po prostu to zrób:-). Ten projekt jest łatwiejszy i nawet tańszy niż pierwszy projekt. Więc poszedłem za tym i ukończyłem urządzenie dozujące środek do dezynfekcji rąk.

Krok 12: Rysunek 11: Prototyp dozownika środka dezynfekującego (druga konstrukcja) na częściowo domowej płytce PCB

Rysunek 12 przedstawia wybraną pompę cieczy. To chyba najtańszy na rynku, jednak jestem zadowolony z jego działania.

Krok 13: Rysunek 12: Wybrana pompa cieczy do przepływu płynu do dezynfekcji rąk

Wreszcie, rysunek 13 przedstawia kompletny dozownik środka dezynfekującego do rąk. Możesz wybrać dowolny podobny szklany lub plastikowy pojemnik, taki jak plastikowy pojemnik na kawę. Mój wybrany to szklany pojemnik na sos:-). Do zagięcia i przytrzymania węża użyłem prostego drutu miedzianego. Obróć potencjometr R3 z najniższego poziomu czułości i lekko go zwiększ, aby osiągnąć pożądany zakres wykrywania. NIE rób jej zbyt wrażliwej, ponieważ pompa może działać spontanicznie bez żadnego wyzwalacza!

Krok 14: Rysunek 13: Zrób to sam dozownika środka dezynfekującego do rąk

Rysunek 14 przedstawia dozownik w ciemności. Niebieska dioda LED (P1) zapewnia atrakcyjny widok, który należy zamontować na pokrywie pojemnika.

Krok 15: Rysunek 14: Widok dozownika środka dezynfekującego do rąk w ciemności

Krok 16: [D] Zestawienie materiałów

Krok 17: Referencje

Główny artykuł:

[1]: Arkusz danych AMS1117-5.0:

[2]: Arkusz danych LM555:

[3]: Arkusz danych TSOP1738:

[4]: Karta katalogowa NDS356:

[5]: Symbol schematu AMS1117-5.0 i ślad PCB:

[6]: Symbol schematu LM555 i ślad PCB:

[7]: Symbol schematu TSOP1738 i ślad PCB:

[8]: Symbol schematu NDS356 i ślad PCB:

[9]: Wtyczki CAD:

[10]: Karta katalogowa LM393:

[11]: Karta katalogowa BD140:

[12]: Symbol schematu LM393 i ślad PCB:

[13]: Symbol schematu BD140 i ślad PCB: