Agitador de café HotOrNot: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Um agitador de bebidas inteligente para avisar quando é seguro beber sem se queimar.

A inspiração para este projeto foi minha. Eu tendo a beber chá muito rápido e fico chamuscado ou queimado nos lábios ou na língua e então tenho que esperar um pouco para o chá esfriar.

Recentemente, houve uma pesquisa que apontou uma relação entre beber chá quente e câncer de esôfago. Aqui está o link para o artigo original https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ijc.32220 https://edition.cnn.com/2019/03/20/health/hot-tea-linked -to-maior-risco-câncer-estudo-intl / index.html

O projeto é uma tentativa de baixo consumo de energia de criar um Agitador simples que pode ser mergulhado em uma bebida quente. O coração de todo o projeto é um chip ATtiny85 rodando a 8Mhz. O sensor de temperatura é fornecido por um Sensor DS18b20.

Suprimentos

Chip ATtiny85 SOIC ou um Módulo Digispark

Sensor DS18b20

LEDs WS2812B

A03416 Mosfet

Etapa 1: Requisitos e Análise

Comecei a ideia imaginando como o usuário gostaria de interagir com o dispositivo e como seria sua experiência. Entrevistei alguns de meus amigos usando redes sociais e grupos de bate-papo. Isso me ajudou a descobrir os requisitos comuns subjacentes.

Aqui estão os requisitos comuns

1) Espero que o dispositivo funcione duas vezes por dia durante um mês, sem precisar carregar.

2) Espero saber a temperatura exata em que minha bebida está.

3) Devo ser capaz de limpar o dispositivo facilmente e com água corrente.

4) Não deve ser nem um pouco pesado e deve pesar cerca de um lápis.

5) Deve ter o formato de um agitador.

6) Deve ser capaz de se adaptar a todos os tipos conhecidos de chá / café disponíveis ao meu redor.

Alguns deles eram fáceis de encontrar (com base na experiência), mas alguns eram grandes pontos de interrogação. Mesmo assim, comecei a encomendar peças e montar um circuito de trabalho básico para testar e refinar meus objetivos.

Inicialmente, pensei em não colocar uma bateria de íons de lítio por causa das restrições de exportação e certificações que eu exigiria para passar. Planejei meu projeto em torno de uma bateria CR2032.

A bateria funcionou por alguns dias antes de se esgotar e foi rejeitada porque o tamanho do produto estava começando a ficar pesado. Alguns dos meus amigos votaram contra a ideia de uma bateria substituível.

Meu protótipo inicial também foi com um LED discreto vermelho, amarelo e verde amarrado aos pinos de I / O do Attiny85.

Eu obtive informações cada vez melhores sobre o comportamento do sistema, o que trouxe confiança para prosseguir e tentar o código Low Power para o Attiny85.

Etapa 2: Mudar para WS2812B e MOSFET de baixa potência

Mudei meu LED de discreto para RGB WS2812, porque percebi que posso precisar de mais pinos de I / 0 para outros usos.

Também descobri que os LEDs discretos não podem fornecer uma boa faixa de iluminação que eu esperava, sem recorrer ao PWM.

Tive experiência com o uso dos LEDs WS2812B e gostei muito deles, mas minha única preocupação era o consumo de corrente em modo de espera quando não estavam acesos. Cada LED pode consumir cerca de 1mA da bateria quando não está ligada, desperdiçando energia quando não tem utilidade.

Mesmo quando o Attiny85 estava dormindo, o consumo atual do DS18B20 e da faixa WS2812LED de 8 LEDs era de cerca de 40mA, o que era uma grande área de problema.

Houve uma ideia. Eu poderia ligar os LEDs e o sensor DS18b20 usando um Mosfet de nível lógico.

Eu coloquei meus olhos no MOSFET AO3416 que tinha um baixo Rds (on) de 22mohm quando o Vgs era 1.8v. Este MOSFET foi a escolha perfeita para colocar no meu circuito e experimentar.

Consegui diminuir a necessidade de energia em espera de 40mA para menos de 1uA usando o MOSFET. Eu ganhei um pouco no tempo, porque uma vez que a energia do LED foi cortada, ele teve que ser reinicializado e isso demorou um pouco para acontecer.

O botão tátil na imagem é usado para acordar o Attiny85 do sono profundo e começar a medir a temperatura.

No geral, fiquei feliz com todo o circuito e decidi que era hora de projetar uma placa de circuito impresso para todo o circuito.

Etapa 3: Projetando um PCB

Demorei um pouco para projetar um PCB no EasyEDA.

Em primeiro lugar, eu dei dois saltos de fé

1) Não testei o LED SK6812 porque não tinha nenhum. Eu li a documentação do LED e era idêntica ao LED WS2812B.

2) O chip carregador de íons de lítio LTC4054, não tive experiência em projetá-lo.

Eu li muitas notas de design para ambos os dispositivos e descobri o que eu precisava.

Para o LED SK6812, descobri que soldá-lo manualmente será uma dor. Mas não consegui encontrar uma alternativa para isso. O Easy EDA projetou o componente e eu o usei. Também acabei verificando o layout do pad do design em relação aos desenhos mecânicos de LED e confirmei que estava dentro das especificações.

O LTC4054 era um chip simples para trabalhar. Eu defini a corrente de carga da bateria de íon de lítio para 200mA, já que minha bateria era 300mA, o que torna a corrente de carga menor que 1C e é boa para a bateria e o carregador.

Eu comprei uma bateria e dimensionei meu PCB para ela. As dimensões do PCB são 30 mm x 15 mm e todos os componentes estão na parte superior do PCB.

Fiz um pedido no JLCPCB na última semana de abril, e o PCB veio na primeira semana de maio.

Um amigo que tem uma mão firme e ganha a vida consertando o telefone me ajudou a soldar todas as peças do PCB. O mais difícil foi o LED SK6812. Tudo foi excepcionalmente bem soldado, e eu fiz testes básicos nos LEDs e no ATtiny também. Na imagem abaixo, os LEDs do SK6812 são os dois retângulos brancos na borda da placa, à direita do conector Micro USB. O LTC4054 é o pequeno chip de 5 pernas no meio da placa. O retângulo branco na borda inferior da placa (à direita do LTC4054) é o botão de reinicialização. O ATtiny85 é o chip SOIC de 8 pernas. as três almofadas na extrema direita são para conectar o sensor de temperatura DS18b20.

Eu tenho um adaptador de clipe SOIC que estou usando para programar o ATtiny85 conforme mostrado abaixo.

Continuo atualizando o andamento do meu projeto no Instagram, com vídeos também.

Etapa 4: usando o agitador

Para usar o agitador, tudo que você precisa fazer é

1) Mergulhe o sensor de metal em sua bebida.

2) Pressione o botão no Agitador

3) Espere que os leds do agitador comecem a piscar em amarelo. Sua bebida está na temperatura certa para beber.

Etapa 5: Levando a ideia adiante

Percebi depois de pesquisar que seria uma boa ideia falar sobre o projeto e gerar interesse em torno da ideia antes de comprometer mais recursos.

O dispositivo está operacional desde os últimos dois meses quando usado duas vezes ao dia.

Eu tenho a opção de mudar para um termopar ou ficar com a escolha do sensor atual. O termopar é mais resistente a temperaturas e está disponível em tamanhos realmente pequenos. O DS18b20, por outro lado, é grande o suficiente para não ser capaz de ser inserido no pequeno slot oval que está disponível na maioria das xícaras de café, quando você compra café em um Starbucks ou Dunkin Donuts.

Também existem problemas de segurança. É possível que o produto químico usado durante o processo de soldagem e fabricação se dissolva no café. Limpar o agitador é outro problema, pois haverá uma bateria dentro dele, então o design deve permitir isso. Não é difícil projetar algo assim, mas também não é trivial.

Comecei uma discussão preliminar com alguns designers industriais prestativos que parecem estar interessados em contribuir, vamos ver aonde o projeto vai levar. Será incrível se o projeto se tornar um sucesso comercial e ajudar a salvar vidas. Dedos cruzados!