DIY bezkontaktní dávkovač dezinfekce rukou bez Arduina nebo mikrokontroléru: 17 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Jak všichni víme, vypuknutí COVID-19 zasáhlo svět a změnilo náš životní styl. V tomto stavu jsou alkohol a dezinfekce rukou životně důležité tekutiny, ale musí být používány správně. Dotek nádob s alkoholem nebo dezinfekce rukou infikovanýma rukama může virus rozšířit na další osobu. V tomto článku postavíme automatický dávkovač dezinfekce rukou, který pomocí infračervených senzorů detekuje přítomnost ruky a aktivuje čerpadlo, které nalije tekutinu na ruku. Záměrem bylo najít nejlevnější a nejjednodušší řešení a navrhnout obvod. Proto nebyl použit žádný mikrokontrolér ani Arduino. Byly představeny dva návrhy a vy si můžete libovolně vybrat a postavit kterýkoli z nich. První návrh používá komponenty SMD a druhý design je ještě jednodušší. Využívá DIP komponenty na malé jednovrstvé desce plošných spojů.

I. První návrh:

[A] Analýza obvodu

Můžete zvážit schematický diagram na obrázku 1. Konektor P1 se používá k připojení napájení 6V až 12V k obvodu. Kondenzátor C6 byl použit ke snížení možných šumů při napájení. REG-1 je slavný regulátor LDO AMS1117 [1], který stabilizuje napětí na 5V.

Krok 1: Obrázek-1: Schematický diagram automatického dávkovače dezinfekce rukou (první návrh)

D2 označuje správné připojení napájení a R5 omezuje proud LED. D1 je dioda IR vysílače a R1 omezuje proud D1, jinými slovy určuje citlivost senzoru. U1 je slavný integrovaný obvod 555 [2] s časovačem, který byl nakonfigurován tak, aby do diody D1 (vysílač) vháněl pulz 38 kHz. Otáčením potenciometru R4 můžete upravit frekvenci. C1 a C2 se používají ke snížení hluku. U2 je IR přijímač TSOP1738 [3]. Podle datového listu TSOP17XX: „Série TSOP17XX jsou miniaturizované přijímače pro infračervené systémy dálkového ovládání. PIN dioda a předzesilovač jsou sestaveny na olověném rámu, epoxidový balíček je navržen jako IR filtr. Demodulovaný výstupní signál lze přímo dekódovat mikroprocesorem. TSOP17.. je standardní řada přijímačů IR dálkového ovládání, která podporuje všechny hlavní přenosové kódy. “TSOP1738 představuje aktivní nízký výkon. To znamená, že výstupní kolík U2 je v přítomnosti infračerveného světla 38KHz nízký. Proto jsem k pohonu stejnosměrného motoru (kapalinové čerpadlo) použil levný P-Channel NDS356 MOSFET [4]. D4 je ochranná dioda proti zpětným proudům motoru a C8 snižuje indukční zvuky motoru. D3 je LED, která indikuje IR příjem a aktivaci kapalinového čerpadla. C4 a C5 byly použity ke snížení šumu dodávek.

[B] Rozložení DPS

Obrázek 2 ukazuje rozložení DPS. Jak je zřejmé, všechny součásti kromě diody IR vysílače a IR přijímače TSOP jsou SMD.

Krok 2: Obrázek-2: Rozložení DPS automatického dávkovače dezinfekce rukou (první návrh)

Pro AMS1117-5.0 [5], LM555 [6], TSOP1738 [7] a NDS536AP [8] jsem použil knihovny komponent SamacSys (Schematické symboly a stopy plošných spojů). Knihovny SamacSys jsou zdarma a dodržují standardy IPC. Použití těchto knihoven výrazně zkracuje dobu návrhu a předchází chybám při návrhu. K instalaci knihoven můžete použít CAD plugin [9] (obrázek 3) nebo je stáhnout z komponentního vyhledávače. Použil jsem Altium Designer, takže jsem raději použil plugin Altium.

Krok 3: Obrázek-3: CAD doplňky podporované SamacSys a použité komponenty v pluginu Altium Designer

Obrázky 4 a 5 ukazují 3D pohledy na horní a spodní stranu desky plošných spojů

Krok 4: Obrázek-4: 3D pohled z desky plošných spojů (nahoře)

Krok 5: Obrázek-5: 3D pohled z desky plošných spojů (dole)

[C] Montáž a testováníNic není zvláštní v procesu montáže dílů. Všechny komponenty kromě snímačů TR a RE jsou SMD. Měl jsem v úmyslu obvod rychle otestovat, a tak jsem použil polodomácí desku plošných spojů bez pájecích masek a sítotisku. S profesionální vyrobenou deskou plošných spojů je váš úkol mnohem jednodušší:-). Obrázek 6 ukazuje prototyp.

Krok 6: Obrázek-6: Prototyp dávkovače dezinfekce rukou (první návrh) na polodomácí desce plošných spojů

Po sestavení se pokuste upravit R1 a R4 tak, abyste našli nejvhodnější rozsah a rozsah detekce. R1 definuje IR výkon (rozsah) a R4 definuje přenosovou frekvenci.

Krok 7: [D] kusovník

II. Druhý design

[A] Analýza obvodu

Obrázek 7 ukazuje schematický diagram zařízení. Konektor P3 slouží k připojení napájení +5V k obvodu. Ke snížení šumu vstupního napájení se používají kondenzátory C4 a C5. IC1 je srdcem obvodu. Je to slavný komparátor LM393 [10].

Krok 8: Obrázek-7: Schematický diagram automatického dávkovače dezinfekce rukou (druhý návrh)

Podle datového listu LM393: „Série LM393 jsou duální nezávislé přesné komparátory napětí schopné provozu s jedním nebo rozděleným napájením. Tato zařízení jsou navržena tak, aby při provozu s jedním napájením umožňovala dosahovat společný režim od úrovně země až po úroveň země. Specifikace vstupního ofsetového napětí již od 2,0 mV činí z tohoto zařízení vynikající volbu pro mnoho aplikací ve spotřební, automobilové a průmyslové elektronice. “

Je to levný a šikovný IC. Obecně vám doporučuji, pokud je vaše aplikace komparátorem, místo OPAMPů jednoduše použijte komparační čipy. Použili jsme první komparátor čipu a potenciometr R3 definuje práh aktivace. C2 snižuje možné zvuky na středním kolíku potenciometru. D1 je IR vysílač a D2 je IR přijímací dioda. D2 je připojen k zápornému kolíku (-) komparátoru, který má být porovnán s kladným kolíkovým (+) napětím. Výstupní kolík komparátoru je aktivní-nízký, je však lepší jej vytáhnout pomocí R4.

Q1 je známý tranzistor BD140 PNP [11], který pohání čerpadlo (stejnosměrný motor) a LED D3. D4 je dioda s reverzní ochranou a C3 snižuje indukční zvuky čerpadla tak, aby neovlivňovalo stabilitu obvodu. Nakonec P1 slouží k připojení modré 5mm LED diody k indikaci správného připojení napájení.

[B] Rozložení DPS

Obrázek 8 ukazuje rozvržení DPS druhého návrhu. Jedná se o jednovrstvou desku plošných spojů a všechny komponenty jsou DIP. Docela snadné pro každého rychle postavit tento DIY doma.

Krok 9: Obrázek-8: Rozložení DPS automatického dávkovače dezinfekce rukou (druhý design)

Stejně jako u prvního návrhu jsem pro LM393 [12] a BD140 [13] použil knihovny komponent SamacSys (Schematické symboly a stopy plošných spojů). Knihovny SamacSys jsou zdarma a dodržují standardy IPC. K instalaci knihoven můžete použít CAD plugin [9] (obrázek 9) nebo je stáhnout z komponentního vyhledávače. Použití těchto knihoven výrazně zkracuje dobu návrhu a předchází chybám při návrhu. Použil jsem CAD software Altium Designer, takže jsem raději nainstaloval plugin Altium.

Krok 10: Obrázek-9: CAD doplňky podporované SamacSys a použité komponenty v pluginu Altium Designer

Obrázek 10 ukazuje 3D pohled na sestavenou desku plošných spojů.

Krok 11: Obrázek-10: 3D pohled z desky plošných spojů (nahoře)

[C] Montáž a zkouška

Obrázek 11 ukazuje sestavenou desku plošných spojů. Jedná se o polodomácí desku plošných spojů, kterou jsem použil k rychlému otestování konceptu. Můžete si jej objednat k výrobě. Na pájení není nic zvláštního. Všechny komponenty jsou DIP. Velice jednoduché. Prostě to udělej:-). Tento design je jednodušší a dokonce levnější než první návrh. Sledoval jsem tedy tento a dokončil zařízení pro dávkování dezinfekce rukou.

Krok 12: Obrázek-11: Prototyp dávkovače dezinfekčního prostředku (druhý design) na polodomácí desce plošných spojů

Obrázek 12 ukazuje vybrané kapalinové čerpadlo. Toto je pravděpodobně nejlevnější na trhu, ale s jeho fungováním jsem spokojen.

Krok 13: Obrázek-12: Vybrané kapalinové čerpadlo k protékání kapaliny pro dezinfekci rukou

Nakonec obrázek 13 ukazuje kompletní dávkovač dezinfekce rukou. Můžete si vybrat jakýkoli podobný skleněný nebo plastový kontejner, například plastový zásobník na kávu. Můj vybraný je skleněná nádoba na omáčku:-). K ohnutí a držení hadice jsem použil jednoduchý měděný drát. Otočte potenciometr R3 z nejnižší úrovně citlivosti a mírně ji zvyšte, abyste dosáhli požadovaného rozsahu detekce. NEDĚLEJTE to příliš citlivé, protože čerpadlo může fungovat spontánně bez jakéhokoli spouštění!

Krok 14: Obrázek-13: Kompletní DIY zásobník na dezinfekci rukou

Obrázek 14 ukazuje dávkovač ve tmě. Modré světlo LED (P1) poskytuje atraktivní pohled, který by měl být namontován na víku nádoby.

Krok 15: Obrázek-14: Pohled na dávkovač ručního dezinfekčního prostředku ve tmě

Krok 16: [D] kusovník

Krok 17: Reference

Hlavní článek:

[1]: AMS1117-5.0 Datový list:

[2]: Datový list LM555:

[3]: Datový list TSOP1738:

[4]: Datový list NDS356:

[5]: AMS1117-5.0 Schematický symbol a stopa desky plošných spojů:

[6]: LM555 Schematic Symbol and PCB Footprint:

[7]: TSOP1738 Schematický symbol a stopa desky plošných spojů:

[8]: NDS356 Schematic Symbol and PCB Footprint:

[9]: Pluginy CAD:

[10]: Datový list LM393:

[11]: BD140 Datový list:

[12]: LM393 Schematic Symbol and PCB Footprint:

[13]: Schématický symbol BD140 a stopa PCB: