เครื่องกวนกาแฟ HotOrNot: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

เครื่องกวนเครื่องดื่มอัจฉริยะที่จะแจ้งเตือนเมื่อดื่มได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ถูกไฟลวก

แรงบันดาลใจสำหรับโครงการนี้คือตัวฉันเอง ฉันมักจะดื่มชาเร็วเกินไป และร้องเพลงหรือไหม้ที่ริมฝีปากหรือลิ้น แล้วต้องรอสักครู่เพื่อให้ชาเย็นลง

เมื่อเร็ว ๆ นี้มีงานวิจัยที่ชี้ความสัมพันธ์ระหว่างการดื่มชาร้อนกับมะเร็งหลอดอาหาร นี่คือลิงค์เอกสารต้นฉบับ https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ijc.32220 https://edition.cnn.com/2019/03/20/health/hot-tea-linked -to-higher-cancer-risk-study-intl/index.html

โปรเจ็กต์นี้เป็นความพยายามใช้พลังงานต่ำในการสร้างเครื่องกวนสารแบบง่าย ซึ่งสามารถจุ่มลงในเครื่องดื่มร้อนได้ หัวใจของโครงการทั้งหมดคือชิป ATtiny85 ที่ทำงานที่ 8Mhz การตรวจจับอุณหภูมิมีให้โดยเซ็นเซอร์ DS18b20

เสบียง

ATtiny85 SOIC Chip หรือ Digispark Module

เซนเซอร์ DS18b20

WS2812B LED's

A03416 มอสเฟต

ขั้นตอนที่ 1: ข้อกำหนดและการวิเคราะห์

ฉันเริ่มแนวคิดด้วยการจินตนาการว่าผู้ใช้ต้องการโต้ตอบกับอุปกรณ์อย่างไรและประสบการณ์ของพวกเขาจะเป็นอย่างไร ฉันสัมภาษณ์เพื่อนสองสามคนโดยใช้โซเชียลมีเดียและกลุ่มแชท สิ่งนี้ช่วยให้ฉันทราบถึงข้อกำหนดทั่วไปพื้นฐาน

นี่คือข้อกำหนดทั่วไป

1) ฉันคาดว่าอุปกรณ์จะทำงานวันละสองครั้งเป็นเวลาหนึ่งเดือนโดยไม่จำเป็นต้องชาร์จ

2) ฉันคาดว่าจะทราบอุณหภูมิที่แน่นอนของเครื่องดื่มของฉัน

3) ฉันควรจะสามารถทำความสะอาดอุปกรณ์ได้อย่างง่ายดายและด้วยน้ำไหล

4) ไม่ควรหนักเลย และควรหนักประมาณดินสอหนึ่งแท่ง

5) ควรมีรูปแบบแฟกเตอร์ของเครื่องกวน

6) ควรปรับให้เข้ากับแก้วชา/กาแฟทุกชนิดที่มีอยู่รอบตัวฉัน

สิ่งเหล่านี้บางส่วนพบได้ง่าย (ตามประสบการณ์) แต่บางข้อก็เป็นเครื่องหมายคำถามใหญ่ อย่างไรก็ตาม ฉันเริ่มสั่งชิ้นส่วนและประกอบวงจรการทำงานพื้นฐานที่ฉันสามารถทดสอบและปรับแต่งวัตถุประสงค์ของฉันได้

ตอนแรกฉันคิดว่าจะไม่ใส่แบตเตอรี่ Li Ion เนื่องจากข้อจำกัดในการส่งออกและการรับรองที่ฉันจะต้องผ่าน ฉันวางแผนการออกแบบโดยใช้แบตเตอรี่ CR2032

แบตเตอรี่ใช้งานได้สองสามวันก่อนที่แบตเตอรี่จะหมดและถูกปฏิเสธเนื่องจากขนาดของผลิตภัณฑ์เริ่มที่จะยุ่งยาก เพื่อนของฉันบางคนโหวตให้แนวคิดทั้งหมดเกี่ยวกับแบตเตอรี่แบบถอดเปลี่ยนได้

ต้นแบบเริ่มต้นของฉันยังมีไฟ LED แยกสีแดง เหลือง และเขียวที่ผูกติดอยู่กับหมุด I/O ของ Attiny85

ฉันได้รับข้อมูลที่ดีขึ้นและดีขึ้นเกี่ยวกับพฤติกรรมของระบบ ซึ่งทำให้เกิดความมั่นใจในการดำเนินการต่อและลองใช้รหัสพลังงานต่ำสำหรับ Attiny85

ขั้นตอนที่ 2: เปลี่ยนเป็น WS2812B และ MOSFET พลังงานต่ำ

ฉันเปลี่ยน LED จากแบบแยกเป็น RGB WS2812 เพราะฉันรู้ว่าอาจต้องใช้พิน I/0 มากกว่านี้สำหรับการใช้งานอื่นๆ

ฉันยังพบว่า LED แบบแยกไม่สามารถให้ช่วงแสงที่ดีที่ฉันหวังไว้ได้โดยไม่ต้องใช้ PWM

ฉันมีประสบการณ์ในการใช้ WS2812B LED และฉันชอบมันมาก แต่สิ่งเดียวที่ฉันกังวลคือกระแสไฟสแตนด์บายเมื่อไฟไม่สว่าง LED แต่ละดวงสามารถดึงพลังงานจากแบตเตอรี่ได้ประมาณ 1mA เมื่อไม่ได้เปิดเครื่อง ซึ่งจะทำให้สิ้นเปลืองพลังงานเมื่อไม่มีจุดประสงค์

แม้ในขณะที่ Attiny85 กำลังนอนหลับ การดึงปัจจุบันของ DS18B20 และแถบ WS2812LED ของ LED 8 ดวงนั้นอยู่ที่ประมาณ 40mA ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีปัญหาใหญ่

มีความคิด ฉันสามารถเปิดไฟ LED และเซ็นเซอร์ DS18b20 โดยใช้มอสเฟตระดับลอจิก

ฉันจับตาดู AO3416 MOSFET ซึ่งมี Rds(on) ต่ำที่ 22mohm เมื่อ Vgs เป็น 1.8v MOSFET นี้เป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบสำหรับใส่ในวงจรและลองใช้ดู

ฉันจัดการเพื่อลดความต้องการพลังงานสแตนด์บายจาก 40mA ให้ต่ำกว่า 1uA โดยใช้ MOSFET ฉันได้รับตรงเวลาเล็กน้อย เพราะเมื่อไฟ LED ถูกตัดออก จะต้องเริ่มต้นใหม่อีกครั้ง และต้องใช้เวลาพอสมควรกว่าจะเกิดขึ้น

ปุ่มสัมผัสในภาพใช้เพื่อปลุก Attiny85 จากโหมดหลับลึกและเริ่มวัดอุณหภูมิ

โดยรวมแล้ว ฉันมีความสุขกับวงจรทั้งหมด และตัดสินใจว่าถึงเวลาแล้วที่จะต้องออกแบบ PCB สำหรับวงจรทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 3: การออกแบบ PCB

ฉันใช้เวลาสักครู่ในการออกแบบ PCB ใน EasyEDA

ประการแรก มีศรัทธาสองก้าวที่ข้าพเจ้าใช้

1) ฉันไม่ได้ทดสอบ SK6812 LED เพราะไม่มี ฉันอ่านเอกสาร LED และมันก็เหมือนกับ WS2812B LED

2) ชิปชาร์จ Li Ion LTC4054 ฉันไม่มีประสบการณ์ในการออกแบบมาก่อน

ฉันอ่านบันทึกการออกแบบมากมายสำหรับทั้งสองอุปกรณ์และค้นหาว่าฉันต้องการอะไร

สำหรับ SK6812 LED ฉันคิดว่าการบัดกรีด้วยมือจะทำให้เจ็บปวด แต่ฉันไม่สามารถหาทางเลือกอื่นได้ Easy EDA มีการออกแบบส่วนประกอบ และฉันใช้มัน ฉันยังลงเอยด้วยการตรวจสอบเลย์เอาต์ของแพดของการออกแบบเทียบกับแบบเขียนแบบกลไก LED และยืนยันว่าอยู่ในสเปก

LTC4054 เป็นชิปที่ใช้งานง่าย ฉันตั้งค่ากระแสไฟชาร์จของแบตเตอรี่ Li Ion เป็น 200mA เนื่องจากแบตเตอรี่ของฉันอยู่ที่ 300mA ซึ่งทำให้กระแสไฟชาร์จน้อยกว่า 1C และโดยรวมแล้วดีสำหรับแบตเตอรี่และอุปกรณ์ชาร์จ

ฉันซื้อแบตเตอรี่และปรับขนาด PCB ของฉันให้เป็นแบตเตอรี่ ขนาด PCB คือ 30 มม. x 15 มม. และส่วนประกอบทั้งหมดอยู่ที่ด้านบนของ PCB

ฉันสั่งซื้อที่ JLCPCB ในสัปดาห์สุดท้ายของเดือนเมษายน และ PCB ก็มาถึงในสัปดาห์แรกของเดือนพฤษภาคม

เพื่อนที่มีมือที่มั่นคงและซ่อมโทรศัพท์เพื่อหาเลี้ยงชีพช่วยฉันประสานชิ้นส่วนทั้งหมดสำหรับ PCB ที่ยากที่สุดคือ SK6812 LED ทุกอย่างได้รับการบัดกรีอย่างดีเป็นพิเศษ และฉันได้ทำการทดสอบพื้นฐานกับ LED และ ATtiny ด้วยเช่นกัน ในภาพด้านล่าง ไฟ LED SK6812 คือสี่เหลี่ยมสีขาวสองรูปที่ขอบของบอร์ด ทางด้านขวาของขั้วต่อ USB Micro LTC4054 เป็นชิป 5 ขาขนาดเล็กที่อยู่ตรงกลางกระดาน สี่เหลี่ยมสีขาวที่ขอบด้านล่างของกระดาน (ด้านขวาของ LTC4054) คือปุ่มรีเซ็ต ATtiny85 เป็นชิป SOIC 8 ขา แผ่นรองสามแผ่นที่ด้านขวาสุดคือเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อุณหภูมิ DS18b20

ฉันมีอะแดปเตอร์คลิป SOIC ที่ฉันใช้เพื่อตั้งโปรแกรม ATtiny85 ดังที่แสดงด้านล่าง

ฉันคอยอัปเดตความคืบหน้าของโปรเจ็กต์บน Instagram พร้อมวิดีโอด้วย

ขั้นตอนที่ 4: การใช้เครื่องกวนสาร

หากต้องการใช้เครื่องกวน สิ่งที่คุณต้องทำคือ

1) จุ่มเซ็นเซอร์โลหะลงในเครื่องดื่มของคุณ

2) กดปุ่มบนเครื่องกวนสาร

3) รอให้ไฟ LED บนเครื่องกวนเริ่มกะพริบเป็นสีเหลือง เครื่องดื่มของคุณอยู่ในอุณหภูมิที่เหมาะสมที่จะดื่ม

ขั้นตอนที่ 5: นำความคิดไปข้างหน้า

ฉันตระหนักว่าหลังจากการวิจัยพบว่าควรพูดคุยเกี่ยวกับโครงการและสร้างความสนใจเกี่ยวกับแนวคิดนี้ ก่อนที่ฉันจะมอบทรัพยากรเพิ่มเติมให้กับโครงการ

อุปกรณ์ใช้งานได้ตั้งแต่สองเดือนที่ผ่านมาเมื่อใช้วันละสองครั้ง

ฉันมีทางเลือกที่จะเปลี่ยนไปใช้เทอร์โมคัปเปิลหรืออยู่กับตัวเลือกเซ็นเซอร์ปัจจุบัน เทอร์โมคัปเปิลทนต่ออุณหภูมิได้ดีกว่าและมีขนาดที่เล็กมาก ในทางกลับกัน DS18b20 มีขนาดใหญ่พอที่จะไม่สามารถใส่ลงในช่องรูปไข่ขนาดเล็กที่มีอยู่ในถ้วยกาแฟส่วนใหญ่ เมื่อคุณซื้อกาแฟที่ Starbucks หรือ Dunkin Donuts

มีปัญหาเรื่องความปลอดภัยด้วย เป็นไปได้ว่าสารเคมีที่ใช้ในระหว่างการบัดกรีและกระบวนการผลิตจะซึมเข้าไปในกาแฟ การทำความสะอาดเครื่องกวนก็อีกปัญหาหนึ่ง เนื่องจากจะมีแบตเตอรี่อยู่ภายใน ดังนั้นการออกแบบจึงต้องยอมให้มี การออกแบบอะไรแบบนี้ไม่ใช่เรื่องยาก แต่ก็ไม่ใช่เรื่องเล็กน้อยเช่นกัน

ฉันได้เริ่มการสนทนาเบื้องต้นกับนักออกแบบอุตสาหกรรมที่เป็นประโยชน์สองคนซึ่งดูเหมือนจะสนใจที่จะมีส่วนร่วม มาดูกันว่าโครงการนำไปสู่ที่ใด มันจะยอดเยี่ยมมากหากโครงการประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์และช่วยชีวิตผู้คน ไขว้นิ้วเอาไว้!