Circuito dispenser disinfettante per le mani/fai-da-te [senza contatto]: 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Di Hesam Moshiri, [email protected]

Caratteristiche

1. Elevata stabilità e nessuna sensibilità alla luce ambientale
2. Custodia in acrilico (plexiglass) tagliato al laser
3. Conveniente
4. Capacità di controllo del flusso del disinfettante per le mani/alcol (efficienza)
5. Componenti a foro passante (facili da saldare)
6. Scheda PCB a strato singolo (facile da fabbricare)
7. Microcontrollore ATTiny13 singolo ed economico
8. Basso consumo di corrente in standby

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Come tutti sappiamo, l'epidemia di COVID-19 ha colpito il mondo e ha cambiato il nostro stile di vita. In questa condizione, l'alcol e i disinfettanti per le mani sono vitali, costosi e in alcune aree è difficile trovare liquidi, quindi devono essere usati in modo corretto ed efficiente. Nella seconda versione del dispositivo erogatore di disinfettante per le mani, ho affrontato i precedenti problemi di progettazione e introdotto un dispositivo senza sensibilità alla luce ambientale e capacità di controllo del flusso dell'alcol/igienizzante. Pertanto, ad ogni richiesta verrà versata una quantità di liquido sufficiente. Il design utilizza un microcontrollore ATTiny13 economico.

[A] Analisi del circuito

la figura 1 mostra il diagramma schematico del dispositivo. Il compito poteva essere svolto da una varietà di sensori e metodi di progettazione, tuttavia, il mio obiettivo era progettare un circuito efficiente, economico e semplice.

Passaggio 1: Figura 1, diagramma schematico del dispenser automatico di disinfettante per le mani

P2 è un connettore XH maschio a 2 pin. Viene utilizzato per collegare un LED blu da 5 mm che deve essere montato sulla custodia e sul contenitore di disinfettante per le mani/alcol. R5 limita la corrente del LED. U1 è il modulo ricevitore IR TSOP1738 [1] o HS0038. È un'unità completa che viene utilizzata per rilevare e decodificare i segnali IR. La Figura 2 mostra lo schema a blocchi di questo componente.

Passaggio 2: Figura 2, diagramma a blocchi del modulo ricevitore IR TSOP1738 (HS0038)

Il modulo può accettare 5V sulla linea di alimentazione e consuma circa 5mA. Il basso consumo di corrente del componente ci consente di utilizzare un semplice filtro RC (C1 e R3) per eliminare eventuali instabilità (rilevazione di falsi segnali IR) che potrebbero essere introdotte dal rumore di alimentazione.

La frequenza di taglio del filtro RC sopra menzionato può essere sia simulata (come LTSpice) che esaminata in pratica. Per testare il comportamento del filtro nella pratica, ho utilizzato un oscilloscopio Siglent SDS1104X-E e un generatore di forme d'onda Siglent SDG1025. Questi due dispositivi devono essere collegati tramite un cavo USB. La Figura 3 mostra il diagramma di bode del comportamento del filtro. I calcoli confermano che in pratica la frequenza di taglio del filtro è di circa 112Hz. Per maggiori dettagli si prega di guardare il video.

Fase 3: Figura 3, test del comportamento del filtro RC in pratica mediante Bode Plot e l'oscilloscopio SDS1104X-E

R4 è un resistore di pull-up e C2 riduce i rumori di uscita U1. D1 è un diodo trasmettitore IR da 5 mm e R1 limita la corrente al diodo. Il valore R1 potrebbe essere compreso tra 150R e 220R. Una resistenza inferiore significa un raggio di rilevamento più elevato e viceversa. Ho usato una resistenza da 180R per l'R1. Q1 è il MOSFET a canale N 2N7000 [2] utilizzato per accendere/spegnere il diodo IR D1. R2 limita la corrente del gate.

IC1 è il microcontrollore ATTiny13 [3]. È un microcontrollore noto ed economico che fornisce periferiche adeguate per questa applicazione. PORTB.4 genera un impulso ad onda quadra per il diodo del trasmettitore IR e PORTB.3 rileva il segnale di attivazione basso. PORTB.1 utilizzato per inviare il segnale di attivazione alla pompa. Il ciclo di lavoro di questo singolo impulso definisce il flusso di alcol o disinfettante per le mani. Q2 è il transistor NPN BD139 [4] utilizzato per accendere/spegnere la pompa. D3 elimina le correnti inverse dell'induttore (motore DC della pompa) e C5 riduce i rumori della pompa. D2 indica l'attivazione della pompa. R7 limita la corrente del LED. C3, C4 e C6 utilizzati per ridurre i rumori di alimentazione.

[B] Layout PCB

La Figura 4 mostra il layout del PCB del distributore automatico di disinfettante per le mani. È una scheda PCB a strato singolo e tutti i pacchetti di componenti sono a foro passante.

Passaggio 4: Figura 4, layout PCB del dispositivo di erogazione automatica di disinfettante per le mani

Ho usato le librerie di componenti SamacSys per Q1 [5], Q2 [6] e IC1 [7]. Le librerie SamacSys mi aiutano sempre a evitare errori indesiderati e ad aggirare il lungo processo di progettazione da zero delle librerie dei componenti. Sono disponibili due opzioni per installare e utilizzare le librerie. In primo luogo, scaricandoli e installandoli da componentsearchengine.com o in secondo luogo installandoli direttamente utilizzando i plug-in CAD forniti [8]. SamacSys ha fornito plugin per quasi tutti i software CAD di progettazione elettronica. Nel mio caso, ho usato il plugin Altium Designer (Figura5).

Passaggio 5: Figura 5, i componenti selezionati nel plugin SamacSys Altium Designer

La Figura 6 mostra un'immagine del primo prototipo funzionante del pannello dispenser di disinfettante per le mani. Vedete il taglio nella scheda PCB? È necessario prevenire qualsiasi ricezione di segnale IR indesiderata da parte del modulo U1. Questa lacuna viene riempita con un pezzo del recinto.

Passaggio 6: Figura 6, la prima scheda prototipo funzionante del dispenser di disinfettante per le mani

[C] Codice Sorgente del Microcontrollore

Il codice è stato scritto in C. La parte importante del codice che "potresti" dover modificare è la routine di interrupt di overflow Timer-0.:

Passaggio 7:

“caso 15” definisce il ritardo di preattivazione. È necessario un breve ritardo affinché l'utente fissi la mano sotto il sensore e l'ugello. “caso 23” definisce il tempo di attivazione della pompa e “caso 372” definisce il ritardo prima della successiva possibile attivazione. Questo ritardo concede all'utente un tempo sufficiente per raccogliere tutte le gocce di disinfettante per le mani/alcol. Inoltre, impedisce l'uso improprio del dispositivo e lo spreco del liquido costoso da parte di bambini o individui. I fusebit devono essere impostati sulla sorgente di clock interna a 9,6 MHz senza divisione di clock.

[D] Design dell'involucro Corel Draw tagliato al laser

La Figura 7 mostra l'involucro progettato in Corel Draw. È sufficiente inviare il file "sanitizer.cdr" a un'officina/azienda di taglio laser e ordinare il taglio laser per plexiglass nero opaco da 2 mm (acrilico). Anche il compensato sottile va bene.

Passaggio 8: Figura 7, il design dell'involucro dell'erogatore di disinfettante per le mani in Corel Draw

La Figura 8 mostra l'unità di erogazione automatica completa di disinfettante per le mani. È possibile montare la custodia sul contenitore desiderato. Ho usato un contenitore di vetro.

Passaggio 9: Figura 8, Dispenser automatico di disinfettante per le mani con contenitore in vetro

[E] Distinta base

Passaggio 10: Distinta base

[F] Riferimenti

Fonte:

[1]: Scheda tecnica TSOP1738:

[2]: Scheda tecnica 2N7000:

[3]: Scheda tecnica ATTiny13:

[4]: Scheda tecnica BD139:

[5]: simbolo schematico 2N7000 e ingombro PCB:

[6]: simbolo schematico BD139 e impronta PCB:

[7]: simbolo schematico ATTiny13 e impronta PCB:

[8]: Plugin CAD: