Мешалка для кофе HotOrNot: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Интеллектуальная мешалка для напитков, уведомляющая о том, что можно пить, не обгоревшись.

Вдохновением для этого проекта было мое собственное. Я обычно пью чай слишком быстро, обжигаю губы или язык, и мне приходится ждать, пока чай остынет.

Недавно было проведено исследование, которое показало связь между употреблением горячего чая и раком пищевода. Вот ссылка на исходный документ https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ijc.32220 https://edition.cnn.com/2019/03/20/health/hot-tea-linked -to-выше-рака-исследования-исследования-intl / index.html

Проект представляет собой попытку создания простой мешалки с низким энергопотреблением, которую можно погрузить в горячий напиток. Сердце всего проекта - чип ATtiny85, работающий на частоте 8 МГц. Измерение температуры обеспечивается датчиком DS18b20.

Запасы

Чип ATtiny85 SOIC или модуль Digispark

Датчик DS18b20

Светодиоды WS2812B

A03416 Мосфет

Шаг 1. Требования и анализ

Я начал эту идею с представления, как пользователь хотел бы взаимодействовать с устройством и каков был бы его опыт. Я взял интервью у нескольких моих друзей, используя социальные сети и чат-группы. Это помогло мне понять основные общие требования.

Вот общие требования

1) Я ожидаю, что устройство будет работать два раза в день в течение месяца без подзарядки.

2) Я рассчитываю знать точную температуру моего напитка.

3) Я должен легко очищать устройство проточной водой.

4) Он не должен быть тяжелым и весить примерно с карандаш.

5) Он должен иметь форм-фактор мешалки.

6) Он должен быть в состоянии адаптироваться ко всем известным мне типам кружек для чая / кофе.

С некоторыми из них было легко встретиться (исходя из опыта), но некоторые вызывали большие вопросы. Тем не менее, я начал заказывать детали и собирать базовую рабочую схему, которую я мог протестировать и уточнить свои цели.

Первоначально я думал не ставить литий-ионную батарею из-за экспортных ограничений и сертификатов, которые мне нужно было бы пройти. Я планировал свой дизайн вокруг батареи CR2032.

Аккумулятор проработал несколько дней, прежде чем разрядился, и от него отказались, поскольку размер продукта становился громоздким. Некоторые из моих друзей отвергли идею сменной батареи.

Мой первоначальный прототип также был с дискретными красными, желтыми и зелеными светодиодами, привязанными к контактам ввода-вывода Attiny85.

Я получал все больше и больше информации о поведении системы, что вселяло уверенность, что я решил продолжить и попробовать код Low Power для Attiny85.

Шаг 2: переход на WS2812B и маломощный полевой МОП-транзистор

Я переключил свой светодиод с дискретного на RGB WS2812, потому что понял, что мне может потребоваться больше контактов ввода / вывода для других целей.

Я также понял, что дискретные светодиоды не могут обеспечить хороший диапазон освещения, на который я надеялся, без использования ШИМ.

У меня был опыт использования светодиодов WS2812B, и они мне очень понравились, но меня беспокоило только их потребление тока в режиме ожидания, когда они не горят. Каждый светодиод может потреблять около 1 мА от аккумулятора, когда он не включен, тем самым тратя энергию, когда она не служит никакой цели.

Даже когда Attiny85 спал, потребляемый ток DS18B20 и WS2812LED из 8 светодиодов составлял около 40 мА, что было большой проблемой.

Была идея. Я мог включить светодиоды и датчик DS18b20, используя Mosfet логического уровня.

Я обратил внимание на полевой МОП-транзистор AO3416, который имеет низкое сопротивление (вкл) 22 МОм, когда напряжение составляет 1,8 В. Этот полевой МОП-транзистор был идеальным выбором, чтобы вставить его в мою схему и попробовать.

Мне удалось снизить потребляемую мощность в режиме ожидания с 40 мА до менее 1 мкА с помощью полевого МОП-транзистора. Я немного выиграл по времени, потому что после отключения питания светодиода его нужно повторно инициализировать, и это заняло некоторое время.

Тактильная кнопка на изображении используется для вывода Attiny85 из глубокого сна и начала измерения температуры.

В целом, я был доволен всей схемой и решил, что пора спроектировать печатную плату для всей схемы.

Шаг 3: проектирование печатной платы

Мне потребовалось время, чтобы спроектировать печатную плату в EasyEDA.

Во-первых, я совершил два прыжка веры

1) Я не тестировал светодиод SK6812, потому что у меня его не было. Я прочитал документацию по светодиодам, и она была идентична светодиоду WS2812B.

2) Чип зарядного устройства Li Ion LTC4054, у меня не было опыта проектирования с ним.

Я прочитал много замечаний по дизайну обоих устройств и понял, что мне нужно.

Что касается светодиода SK6812, я понял, что паять его вручную будет головной болью. Но альтернативы ему найти не удалось. Компонент Easy EDA был разработан, и я его использовал. Я также проверил расположение контактных площадок конструкции против механических чертежей светодиодов и подтвердил, что это соответствует спецификации.

LTC4054 был достаточно простым чипом для работы. Я установил зарядный ток литий-ионного аккумулятора на 200 мА, так как мой аккумулятор был 300 мА, что делает ток зарядки менее 1С и в целом подходит для аккумулятора и зарядного устройства.

Я купил аккумулятор и подобрал для него размер печатной платы. Размеры печатной платы составляют 30 мм x 15 мм, а все компоненты находятся на верхней стороне печатной платы.

Я разместил заказ в JLCPCB в последнюю неделю апреля, а печатные платы пришли к первой неделе мая.

Друг, у которого есть твердая рука и который зарабатывает на жизнь ремонтом телефона, помог мне спаять все детали для печатной платы. Самым сложным оказался светодиод SK6812. Все было паяно исключительно хорошо, и я провел базовые тесты светодиодов и ATtiny. На изображении ниже светодиоды SK6812 представляют собой два белых прямоугольника на краю платы справа от разъема USB Micro. LTC4054 - это небольшая пятиконечная микросхема в центре платы. Белый прямоугольник на нижнем краю платы (справа от LTC4054) - это кнопка сброса. ATtiny85 - это восьминогий чип SOIC. три контактных площадки в самом крайнем правом углу предназначены для подключения датчика температуры DS18b20.

У меня есть адаптер зажима SOIC, который я использую для программирования ATtiny85, как показано ниже.

Я постоянно обновляю свой проект в Instagram, в том числе с видео.

Шаг 4: Использование мешалки

Чтобы использовать мешалку, все, что вам нужно сделать, это

1) Окуните металлический датчик в напиток.

2) Нажмите кнопку на мешалке.

3) Подождите, пока светодиоды на мешалке не начнут мигать желтым. Ваш напиток имеет подходящую температуру для питья.

Шаг 5: продвижение идеи

После исследования я понял, что было бы неплохо поговорить о проекте и вызвать интерес к идее, прежде чем я выделю на него больше ресурсов.

Устройство было в рабочем состоянии с последних двух месяцев при использовании дважды в день.

У меня есть выбор: перейти на термопару или остаться с текущим выбором датчика. Термопара более устойчива к температурам и доступна в очень маленьком размере. DS18b20, с другой стороны, достаточно большой, чтобы его нельзя было вставить в небольшой овальный слот, доступный в большинстве кофейных чашек, когда вы покупаете кофе в Starbucks или Dunkin Donuts.

Есть проблемы и с безопасностью. Возможно, что химические вещества, используемые в процессе пайки и производства, попадут в кофе. Очистка мешалки - еще одна проблема, так как внутри нее будет батарея, поэтому конструкция должна позволять это. Сделать что-то подобное несложно, но и нетривиально.

Я начал предварительное обсуждение с парой полезных промышленных дизайнеров, которые, кажется, заинтересованы в участии, давайте посмотрим, к чему приведет проект. Будет здорово, если проект станет коммерчески успешным и поможет спасти жизни. Скрещенные пальцы!