Obvod dávkovače ručního dezinfekčního prostředku/DIY [bezkontaktně]: 10 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Od Hesam Moshiri, [email protected]

Funkce

1. Vysoká stabilita a žádná citlivost na okolní světlo
2. Skříň z akrylového (plexiskla) řezaného laserem
3. Nákladově efektivní
4. Schopnost řízení toku dezinfekčního prostředku na ruce/alkoholu (účinnost)
5. Průchozí díry (snadno pájitelné)
6. Jednovrstvá deska plošných spojů (snadno vyrobitelná)
7. Jednoduchý a levný mikrokontrolér ATTiny13
8. Nízká spotřeba proudu v pohotovostním režimu

-

Jak všichni víme, vypuknutí COVID-19 zasáhlo svět a změnilo náš životní styl. V tomto stavu jsou alkoholové a ruční dezinfekční prostředky životně důležité, drahé a v některých oblastech těžko dostupné tekutiny, takže je třeba je používat správně a efektivně. Ve druhé verzi zařízení pro dávkování dezinfekčního prostředku na ruce jsem se zabýval předchozími konstrukčními problémy a představil zařízení bez citlivosti na schopnost okolního světla a průtoku v alkoholu/dezinfekčním prostředku. Proto bude na každou žádost nalita jen dostatečné množství tekutiny. Konstrukce využívá levný mikrokontrolér ATTiny13.

[A] Analýza obvodu

obrázek 1 ukazuje schematický diagram zařízení. Úkol bylo možné splnit různými senzory a metodami návrhu, nicméně mým cílem bylo navrhnout efektivní, levný a jednoduchý obvod.

Krok 1: Obrázek 1, schematický diagram automatického dávkovače dezinfekce rukou

P2 je 2kolíkový konektor XH male. Slouží k připojení 5mm modré LED diody, která by měla být namontována na skříň a na dezinfekci rukou/nádobu na alkohol. R5 omezuje proud LED. U1 je IR přijímač TSOP1738 [1] nebo HS0038. Jedná se o kompletní jednotku, která se používá k detekci a dekódování IR signálů. Obrázek 2 ukazuje blokové schéma této komponenty.

Krok 2: Obrázek 2, blokové schéma IR přijímače modulu TSOP1738 (HS0038)

Modul může přijímat 5V na napájecí kolejnici a spotřebovává kolem 5mA. Nízká spotřeba proudu komponenty nám umožňuje použít jednoduchý RC filtr (C1 a R3) k odstranění možných nestabilit (detekce falešných IR signálů), které by mohly být způsobeny šumem napájení.

Mezní frekvenci výše uvedeného RC filtru lze simulovat (například LTSpice) nebo zkoumat v praxi. K testování chování filtru v praxi jsem použil osciloskop Siglent SDS1104X-E a generátor průběhu Siglent SDG1025. Tato dvě zařízení musí být připojena pomocí kabelu USB. Obrázek 3 ukazuje bodový diagram chování filtru. Výpočty potvrzují, že mezní frekvence filtru se v praxi pohybuje kolem 112 Hz. Pro více informací sledujte video.

Krok 3: Obrázek 3, Testování chování RC filtru v praxi pomocí Bode Plot a osciloskopu SDS1104X-E

R4 je pull-up odpor a C2 redukuje výstupní zvuky U1. D1 je 5mm IR vysílačová dioda a R1 omezuje proud na diodu. Hodnota R1 by se mohla pohybovat v rozmezí 150R až 220R. Nižší odpor znamená vyšší dosah detekce a naopak. Pro R1 jsem použil odpor 180R. Q1 je 2N7000 [2] N-kanálový MOSFET, který slouží k zapnutí/vypnutí infračervené diody D1. R2 omezuje proud brány.

IC1 je mikrokontrolér ATTiny13 [3]. Jedná se o známý a levný mikrokontrolér, který poskytuje adekvátní periferie pro tuto aplikaci. PORTB.4 generuje pro infračervenou diodu vysílače puls obdélníkové vlny a PORTB.3 snímá signál aktivace-nízký. PORTB.1 slouží k odeslání aktivačního signálu do pumpy. Pracovní cyklus tohoto jediného impulsu definuje tok alkoholu nebo dezinfekčního prostředku na ruce. Q2 je tranzistor BD139 [4] NPN, který slouží k zapnutí/vypnutí čerpadla. D3 eliminuje zpětné induktorové proudy (stejnosměrný motor čerpadla) a C5 snižuje hluky čerpadla. D2 indikuje aktivaci čerpadla. R7 omezuje proud LED. C3, C4 a C6 se používají ke snížení šumu dodávek.

[B] Rozložení DPS

Obrázek 4 ukazuje rozložení DPS automatického dávkovače dezinfekce rukou. Jedná se o jednovrstvou desku plošných spojů a všechny balíčky komponent jsou průchozí.

Krok 4: Obrázek 4, Rozložení DPS zařízení pro automatické dávkování dezinfekčního prostředku

Použil jsem knihovny komponent SamacSys pro Q1 [5], Q2 [6] a IC1 [7]. Knihovny SamacSys mi vždy pomáhají vyhnout se nechtěným chybám a obejít časově náročný proces navrhování knihoven komponent od nuly. Existují dvě možnosti instalace a používání knihoven. Nejprve je stáhněte a nainstalujte z komponentearchearchine.com nebo za druhé jejich přímou instalací pomocí dodaných CAD doplňků [8]. Společnost SamacSys poskytla doplňky pro téměř veškerý software CAD pro elektronické navrhování. V mém případě jsem použil plugin Altium Designer (obrázek 5).

Krok 5: Obrázek 5, Vybrané součásti v SamacSys Altium Designer Plugin

Obrázek 6 ukazuje obrázek prvního funkčního prototypu desky výdejního stojanu na ruce. Vidíte výřez v desce plošných spojů? Je nutné zabránit jakémukoli nežádoucímu příjmu IR signálu modulem U1. Tato mezera se vyplní kusem krytu.

Krok 6: Obrázek 6, první funkční prototypová deska zásobníku na dezinfekci rukou

[C] Zdrojový kód mikrokontroléru

Kód byl napsán v jazyce C. Důležitou součástí kódu, který „možná“budete potřebovat upravit, je rutina přetečení časovače-0:

Krok 7:

„Případ 15“definuje zpoždění před aktivací. Krátké zpoždění je nutné k tomu, aby si uživatel upevnil ruku pod snímač a trysku. „Případ 23“definuje čas aktivace čerpadla a „Případ 372“definuje zpoždění před další možnou aktivací. Toto zpoždění poskytuje uživateli dostatek času na shromáždění všech kapek dezinfekce rukou/alkoholu. Rovněž zabraňuje zneužití zařízení a plýtvání drahou tekutinou dětmi nebo některými jednotlivci. Fusebity musí být nastaveny na interním hodinovém zdroji 9,6 MHz bez dělení hodin.

[D] Design skříně Corel Draw vyřezávaný laserem

Obrázek 7 ukazuje navržený kryt v aplikaci Corel Draw. Stačí odeslat soubor „sanitizer.cdr“do laserové řezací dílny/společnosti a objednat laserový řez pro 2 mm matné černé plexisklo (akrylové). Tenká překližka je také v pořádku.

Krok 8: Obrázek 7, design skříně dávkovače ručního dezinfekčního prostředku v aplikaci Corel Draw

Obrázek 8 ukazuje kompletní automatickou dávkovač dezinfekčního prostředku na ruce. Kryt můžete namontovat na požadovaný kontejner. Použil jsem skleněnou nádobu.

Krok 9: Obrázek 8, Automatický dezinfekční prostředek na ruce se skleněným kontejnerem

[E] kusovník

Krok 10: Kusovník

[F] Reference

Zdroj:

[1]: Datový list TSOP1738:

[2]: Datový list 2N7000:

[3]: Datový list ATTiny13:

[4]: Datový list BD139:

[5]: 2N7000 schematický symbol a stopa desky plošných spojů:

[6]: BD139 schematický symbol a stopa desky plošných spojů:

[7]: ATTiny13 schematický symbol a stopa desky plošných spojů:

[8]: CAD doplňky: