Agitatore per caffè HotOrNot: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Un intelligente agitatore per bevande per avvisare quando è sicuro bere senza scottarsi.

L'ispirazione per questo progetto è stata la mia. Tendo a bere il tè troppo velocemente, mi brucio o mi brucio le labbra o la lingua e poi devo aspettare un po' che il tè si raffreddi.

Recentemente, c'è stata una ricerca che ha indicato una relazione tra bere tè caldo e cancro esofageo. Ecco il link al documento originale 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

Il progetto è un tentativo a bassa potenza di creare un semplice agitatore che può essere immerso all'interno di una bevanda calda. Il cuore dell'intero progetto è un chip ATtiny85 che funziona a 8Mhz. Il rilevamento della temperatura è fornito da un sensore DS18b20.

Forniture

Chip ATtiny85 SOIC o un modulo Digispark

Sensore DS18b20

LED WS2812B

A03416 Mosfet

Fase 1: Requisiti e analisi

Ho iniziato l'idea immaginando come l'utente vorrebbe interagire con il dispositivo e quale sarebbe la sua esperienza. Ho intervistato un paio di miei amici usando i social media e i gruppi di chat. Questo mi ha aiutato a capire i requisiti comuni sottostanti.

Ecco i requisiti comuni

1) Mi aspetto che il dispositivo funzioni due volte al giorno per un mese, senza bisogno di ricarica.

2) Mi aspetto di conoscere la temperatura esatta alla quale si trova la mia bevanda.

3) Dovrei essere in grado di pulire il dispositivo facilmente e con acqua corrente.

4) Non dovrebbe essere affatto pesante e dovrebbe pesare all'incirca una matita.

5) Dovrebbe avere il fattore di forma di un agitatore.

6) Dovrebbe essere in grado di adattarsi a ogni tipo conosciuto di tazza da tè/caffè disponibile intorno a me.

Alcuni di questi erano facili da incontrare (in base all'esperienza), ma alcuni erano grandi punti interrogativi. Tuttavia, ho iniziato a ordinare le parti e a mettere insieme un circuito di lavoro di base per testare e affinare i miei obiettivi.

Inizialmente ho pensato di non mettere una batteria agli ioni di litio a causa delle restrizioni all'esportazione e delle certificazioni che avrei richiesto di passare. Ho pianificato il mio progetto attorno a una batteria CR2032.

La batteria ha funzionato per alcuni giorni prima di scaricarsi ed è stata respinta poiché le dimensioni del prodotto iniziavano a diventare ingombranti. Alcuni dei miei amici hanno rifiutato l'idea di una batteria sostituibile.

Il mio prototipo iniziale era anche con un LED discreto rosso, giallo e verde collegato ai pin I/O dell'Attiny85.

Ho ottenuto informazioni sempre migliori sul comportamento del sistema, che mi hanno dato fiducia nell'andare avanti e tentare il codice Low Power per Attiny85.

Passaggio 2: passare a WS2812B e MOSFET a bassa potenza

Ho spostato il mio LED da quelli discreti a quelli RGB WS2812, perché mi sono reso conto che avrei potuto aver bisogno di più pin I/0 per altri usi.

Ho anche capito che i LED discreti non possono fornire una buona gamma di illuminazione che speravo, senza ricorrere al PWM.

Ho avuto esperienza con i LED WS2812B e mi sono piaciuti molto, ma la mia unica preoccupazione era il loro assorbimento di corrente in standby quando non sono accesi. Ogni LED può assorbire circa 1 mA dalla batteria quando non è acceso, sprecando così energia quando non serve.

Anche quando l'Attiny85 stava dormendo, l'assorbimento di corrente del DS18B20 e della striscia WS2812LED di 8 LED era di circa 40 mA, che era un grosso problema.

C'era un'idea. Potrei accendere i LED e il sensore DS18b20 usando un Logic Level Mosfet.

Ho messo gli occhi sul MOSFET AO3416 che ha un basso Rds (on) di 22 mohm quando il Vgs era 1.8v. Questo MOSFET è stata una scelta perfetta da inserire nel mio circuito e provare.

Sono riuscito a ridurre il fabbisogno energetico in standby da 40 mA a meno di 1 uA utilizzando il MOSFET. Ho guadagnato un po' di tempo, perché una volta che l'alimentazione al LED è stata interrotta, è stato necessario reinizializzarlo e questo ha richiesto un po' di tempo per accadere.

Il pulsante tattile nell'immagine viene utilizzato per svegliare Attiny85 dal sonno profondo e iniziare a misurare la temperatura.

Nel complesso, ero soddisfatto dell'intero circuito e ho deciso che era ora di progettare un PCB per l'intero circuito.

Passaggio 3: progettazione di un PCB

Mi ci è voluto un po' per progettare un PCB in EasyEDA.

In primo luogo ci sono stati due atti di fede che ho fatto

1) Non ho testato il LED SK6812 perché non ne avevo. Ho letto sulla documentazione del LED ed era identico al LED WS2812B.

2) Il chip del caricatore agli ioni di litio LTC4054, non avevo esperienza di progettazione con esso.

Ho letto molte note di progettazione per entrambi i dispositivi e ho capito di cosa avevo bisogno.

Per il LED SK6812, ho capito che saldarlo a mano sarà una seccatura. Ma non sono riuscito a trovare un'alternativa. Easy EDA ha progettato il componente e l'ho usato. Alla fine ho anche verificato il layout del pad del design rispetto ai disegni meccanici dei LED e ho confermato che rientrava nelle specifiche.

L'LTC4054 era un chip abbastanza semplice con cui lavorare. Ho impostato la corrente di carica della batteria agli ioni di litio su 200 mA, poiché la mia batteria era di 300 mA, il che rende la corrente di carica inferiore a 1C ed è complessivamente buona per la batteria e il caricabatterie.

Ho acquistato una batteria e ho dimensionato il mio PCB ad essa. Le dimensioni del PCB sono 30 mm x 15 mm e tutti i componenti si trovano sul lato superiore del PCB.

Ho ordinato a JLCPCB nell'ultima settimana di aprile e i PCB sono arrivati entro la prima settimana di maggio.

Un amico che ha una mano ferma e ripara il telefono per vivere mi ha aiutato a saldare tutte le parti per il PCB. Il più difficile è stato il LED SK6812. Tutto è stato saldato eccezionalmente bene e ho anche eseguito test di base sui LED e sull'ATtiny. Nell'immagine sotto, i LED SK6812 sono i due rettangoli bianchi sul bordo della scheda, a destra del connettore USB Micro. L'LTC4054 è il piccolo chip a 5 gambe al centro del tabellone. Il rettangolo bianco sul bordo inferiore della scheda (a destra dell'LTC4054) è il pulsante di ripristino. L'ATtiny85 è il chip SOIC a 8 zampe. i tre pad all'estrema destra servono per collegare il sensore di temperatura DS18b20.

Ho un adattatore clip SOIC che sto usando per programmare ATtiny85 come mostrato di seguito.

Continuo ad aggiornare i progressi del mio progetto su Instagram, anche con video.

Passaggio 4: utilizzo dell'agitatore

Per utilizzare l'agitatore, tutto ciò che devi fare è

1) Immergere il sensore di metallo nella bevanda.

2) Premere il pulsante sull'agitatore

3) Attendere che i led sull'agitatore inizino a lampeggiare in giallo. La tua bevanda è alla giusta temperatura da bere.

Passaggio 5: portare avanti l'idea

Dopo la ricerca, ho capito che sarebbe stata una buona idea parlare del progetto e generare interesse intorno all'idea prima di dedicarvi più risorse.

Il dispositivo è operativo dagli ultimi due mesi se utilizzato due volte al giorno.

Ho la possibilità di passare a una termocoppia o rimanere con la scelta del sensore corrente. La termocoppia è più resistente alle temperature ed è disponibile in dimensioni davvero ridotte. Il DS18b20 d'altra parte è abbastanza grande da non poter essere inserito nella piccola fessura ovale che è disponibile nella maggior parte delle tazze da caffè, quando acquisti caffè da Starbucks o Dunkin Donuts.

Ci sono problemi anche con la sicurezza. È possibile che la sostanza chimica utilizzata durante la saldatura e il processo di fabbricazione penetri nel caffè. La pulizia dell'agitatore è un altro problema, poiché al suo interno sarà presente una batteria, quindi il design deve essere in grado di consentirlo. Non è difficile progettare qualcosa del genere, ma non è nemmeno banale.

Ho iniziato una discussione preliminare con un paio di utili designer industriali che sembrano interessati a contribuire, vediamo dove porta il progetto. Sarebbe fantastico se il progetto diventasse un successo commerciale e aiutasse a salvare vite umane. Dita incrociate!