Dispenser di disinfettante per le mani senza contatto fai-da-te senza un Arduino o un microcontrollore: 17 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

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 fluidi vitali, tuttavia devono essere utilizzati correttamente. Toccare contenitori di alcol o disinfettanti per le mani con mani infette può diffondere il virus alla persona successiva. In questo articolo, costruiremo un distributore automatico di disinfettante per le mani che utilizza sensori IR per rilevare la presenza di una mano e attiva una pompa per versare il liquido sulla mano. L'intenzione era quella di trovare la soluzione più economica e semplice e progettare un circuito. Pertanto non è stato utilizzato alcun Microcontrollore o Arduino. Sono stati introdotti due design e sei libero di selezionarne e costruirne uno. Il primo design utilizza componenti SMD e il secondo design è ancora più semplice. Utilizza componenti DIP su una piccola scheda PCB a strato singolo.

I. Primo disegno:

[A] Analisi del circuito

È possibile considerare il diagramma schematico nella figura 1. Il connettore P1 viene utilizzato per collegare l'alimentazione da 6V a 12V al circuito. Il condensatore C6 è stato utilizzato per ridurre i possibili rumori di alimentazione. Il REG-1 è il famoso regolatore LDO AMS1117 [1] che stabilizza la tensione a 5V.

Fase 1: Figura 1: diagramma schematico del dispenser automatico di disinfettante per le mani (primo progetto)

D2 indica la corretta connessione di alimentazione e R5 limita la corrente del LED. D1 è un diodo trasmettitore IR e R1 limita la corrente D1, ovvero determina la sensibilità del sensore. U1 è il famoso IC timer 555 [2] che è stato configurato per iniettare un impulso a 38 KHz al diodo D1 (trasmettitore). Ruotando il potenziometro R4 è possibile regolare la frequenza. C1 e C2 sono usati per ridurre il rumore. U2 è un ricevitore IR TSOP1738 [3]. Secondo la scheda tecnica TSOP17XX: “Le serie TSOP17XX sono ricevitori miniaturizzati per sistemi di controllo remoto a infrarossi. Il diodo PIN e il preamplificatore sono assemblati sul telaio principale, il pacchetto epossidico è progettato come filtro IR. Il segnale di uscita demodulato può essere decodificato direttamente da un microprocessore. TSOP17.. è la serie di ricevitori per telecomando IR standard, che supporta tutti i principali codici di trasmissione.” Il TSOP1738 introduce un'uscita active-low. Significa che il pin di uscita dell'U2 diventa basso in presenza della luce IR a 38 KHz. Pertanto ho utilizzato un MOSFET NDS356 a canale P economico [4] per azionare il motore CC (pompa del liquido). D4 è un diodo di protezione contro le correnti inverse del motore e C8 riduce i rumori induttivi del motore. D3 è un LED che indica la ricezione IR e l'attivazione della pompa del liquido. C4 e C5 sono stati utilizzati per ridurre i rumori di alimentazione.

[B] Layout PCB

La Figura 2 mostra il layout del PCB. Come è chiaro, tutti i componenti tranne il diodo trasmettitore IR e il ricevitore IR TSOP sono SMD.

Fase 2: Figura-2: Layout PCB del dispenser automatico di disinfettante per le mani (primo progetto)

Ho usato le librerie di componenti SamacSys (Schematic Symbols e PCB Footprints) per AMS1117-5.0 [5], LM555 [6], TSOP1738 [7] e NDS536AP [8]. Le librerie SamacSys sono gratuite e seguono gli standard di footprint IPC. L'utilizzo di queste librerie riduce notevolmente i tempi di progettazione e previene gli errori di progettazione. Per installare le librerie è possibile utilizzare un plug-in CAD [9] (figura 3) o scaricarle dal motore di ricerca dei componenti. Ho usato Altium Designer, quindi ho preferito usare il plugin Altium.

Passaggio 3: Figura 3: Plugin CAD supportati da SamacSys e componenti utilizzati nel plug-in di Altium Designer

La Figura 4 e la Figura 5 mostrano le viste 3D della parte superiore e inferiore della scheda PCB

Fase 4: Figura 4: una vista 3D dalla scheda PCB (in alto)

Passaggio 5: Figura-5: una vista 3D dalla scheda PCB (in basso)

[C] Assemblaggio e testNulla è speciale nel processo di assemblaggio delle parti. Tutti i componenti, ad eccezione dei sensori TR e RE, sono SMD. Avevo intenzione di testare rapidamente il circuito, quindi ho utilizzato una scheda PCB semi-fatta in casa senza maschere di saldatura e serigrafia. Il tuo compito è molto più semplice con una scheda PCB fabbricata in modo professionale:-). La Figura 6 mostra il prototipo.

Passaggio 6: Figura-6: un prototipo del dispenser di disinfettante per le mani (primo progetto) su una scheda PCB semi-fatta in casa

Dopo il montaggio, provare a regolare R1 e R4 per trovare la migliore vestibilità e raggio di rilevamento. R1 definisce la potenza IR (range) e R4 definisce la frequenza di trasmissione.

Passaggio 7: [D] Distinta materiali

II. Secondo disegno

[A] Analisi del circuito

La Figura 7 mostra il diagramma schematico del dispositivo. Il connettore P3 viene utilizzato per collegare l'alimentazione +5V al circuito. I condensatori C4 e C5 vengono utilizzati per ridurre i rumori di alimentazione in ingresso. IC1 è il cuore del circuito. È il famoso comparatore LM393 [10].

Fase 8: Figura 7: Schema schematico del dispenser automatico di disinfettante per le mani (seconda progettazione)

Secondo la scheda tecnica LM393: “La serie LM393 è costituita da due comparatori di tensione di precisione indipendenti in grado di funzionare con alimentazione singola o divisa. Questi dispositivi sono progettati per consentire un intervallo di modo comune fino al livello del suolo con il funzionamento ad alimentazione singola. Le specifiche della tensione di offset in ingresso a partire da 2,0 mV rendono questo dispositivo una scelta eccellente per molte applicazioni nell'elettronica di consumo, automobilistica e industriale.

È un IC economico e maneggevole. In generale, ti suggerisco se la tua applicazione è un comparatore, usa semplicemente chip comparatore invece di OPAMP. Abbiamo utilizzato il primo comparatore del chip e il potenziometro R3 definisce la soglia di attivazione. C2 riduce i possibili rumori sul pin centrale del potenziometro. D1 è un trasmettitore IR e D2 è un diodo ricevitore IR. D2 è collegato al pin negativo (-) del comparatore per essere confrontato con la tensione del pin positivo (+). Il pin di uscita del comparatore è attivo-basso, tuttavia, è meglio essere tirato su usando R4.

Q1 è il famoso transistor PNP BD140 [11] che pilota la pompa (motore DC) e il LED D3. D4 è un diodo di protezione inversa e C3 riduce i rumori induttivi della pompa per non influenzare la stabilità del circuito. Infine, P1 viene utilizzato per collegare un LED blu da 5 mm per indicare una corretta connessione di alimentazione.

[B] Layout PCB

La Figura 8 mostra il layout PCB del secondo progetto. È una scheda PCB a strato singolo e tutti i componenti sono DIP. Abbastanza facile per tutti costruire rapidamente questo fai-da-te a casa.

Passaggio 9: Figura-8: Layout PCB del dispenser automatico di disinfettante per le mani (secondo progetto)

Come per il primo progetto, ho utilizzato le librerie di componenti SamacSys (Schematic Symbols e PCB Footprints) per LM393 [12] e BD140 [13]. Le librerie SamacSys sono gratuite e seguono gli standard di footprint IPC. Per installare le librerie è possibile utilizzare un plug-in CAD [9] (figura 9) o scaricarle dal motore di ricerca dei componenti. L'utilizzo di queste librerie riduce notevolmente i tempi di progettazione e previene gli errori di progettazione. Ho utilizzato il software CAD Altium Designer, quindi ho preferito installare il plug-in Altium.

Passaggio 10: Figura-9: Plugin CAD supportati da SamacSys e componenti utilizzati nel plug-in di Altium Designer

La Figura 10 mostra una vista 3D dalla scheda PCB assemblata.

Passaggio 11: Figura-10: una vista 3D dalla scheda PCB (in alto)

[C] Assemblaggio e collaudo

La Figura 11 mostra la scheda PCB assemblata. È una scheda PCB semi-fatta in casa che ho usato per testare rapidamente il concetto. Puoi ordinarlo per la fabbricazione. Niente è speciale nella saldatura. Tutti i componenti sono DIP. Molto facile. Fallo e basta:-). Questo design è più semplice e persino più economico del primo design. Quindi ho seguito questo e ho completato il dispositivo erogatore di disinfettante per le mani.

Fase 12: Figura-11: un prototipo del dispenser di disinfettante (seconda progettazione) su una scheda PCB semi-fatta in casa

La Figura 12 mostra la pompa del liquido selezionata. Questo è probabilmente il più economico sul mercato, tuttavia sono soddisfatto del suo funzionamento.

Passaggio 13: Figura 12: Pompa del liquido selezionata per far scorrere il liquido disinfettante per le mani

Infine, la figura 13 mostra il dispenser completo di disinfettante per le mani. Puoi selezionare qualsiasi contenitore di vetro o plastica simile, come un contenitore di plastica per la conservazione del caffè. Il mio selezionato è un contenitore di salsa di vetro:-). Ho usato un semplice filo di rame per piegare e tenere il tubo. Ruotare il potenziometro R3 dal livello di sensibilità più basso e aumentarlo leggermente per ottenere l'intervallo di rilevamento desiderato. NON renderlo troppo sensibile perché la pompa potrebbe agire spontaneamente senza alcun innesco!

Passaggio 14: Figura 13: un dosatore di disinfettante per le mani fai-da-te completo

La Figura 14 mostra il distributore al buio. La luce LED blu (P1) offre una vista attraente che dovrebbe essere montata sul coperchio del contenitore.

Passaggio 15: Figura 14: Dispenser di disinfettante per le mani Visualizza al buio

Passaggio 16: [D] Distinta materiali

Passaggio 17: riferimenti

Articolo principale:

[1]: Scheda tecnica AMS1117-5.0:

[2]: Scheda tecnica LM555:

[3]: Scheda tecnica TSOP1738:

[4]: Scheda tecnica NDS356:

[5]: Simbolo schematico AMS1117-5.0 e impronta PCB:

[6]: Simbolo schematico LM555 e impronta PCB:

[7]: Simbolo schematico TSOP1738 e impronta PCB:

[8]: Simbolo schematico NDS356 e impronta PCB:

[9]: Plugin CAD:

[10]: Scheda tecnica LM393:

[11]: Scheda tecnica BD140:

[12]: Simbolo schematico LM393 e impronta PCB:

[13]: Simbolo schematico BD140 e impronta PCB: