IronForge the NetBSD Toaster: 9 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este projeto não começou como uma torradeira, acabou se tornando uma.

A ideia surgiu quando meu computador de cozinha (um antigo PDA Windows CE) que era usado para exibir minhas receitas culinárias morreu. Primeiro eu estava pensando em criar um display de baixa energia baseado em E-ink que seria fixado na minha geladeira com ímãs e funcionaria com as baterias por um longo tempo, mas então eu trouxe um antigo sistema surround 2.1 para a cozinha para ouvir música como bem, então eu estava pensando que talvez devesse ser um computador que pudesse fazer as duas coisas também e então outro projeto antigo veio à minha mente:

www.embeddedarm.com/blog/netbsd-toaster-powered-by-the-ts-7200-arm9-sbc/

A torradeira NetBSD original. Este projeto em si é uma piada geek, para quem não sabe:

“Há muito tempo se considera que o sistema operacional UNIX-like NetBSD é portátil para todos os tipos de máquina, exceto talvez sua torradeira de cozinha.”

Então, vamos criar uma torradeira que está executando o NetBSD e:

• A temperatura e o tempo de torragem são totalmente ajustáveis pelo usuário
• Embora não esteja torrando, ele exibe dados meteorológicos de 2 estações meteorológicas em um painel elegante
• Quando está torrando, ele exibe o tempo e a temperatura restantes em um gráfico e em dígitos
• Quando não está torrando, também pode ser usado como despertador e ouvir música, até mesmo reproduzir filmes nele
• Exibe receitas culinárias ou pode ser usado para navegação regular

Etapa 1: Operação da torradeira e escolha do hardware

Aqui, ao contrário do meu hack anterior de café, não acredito que fiz uma ótima escolha para torradeira, então darei uma breve introdução do funcionamento interno da torradeira, escolhendo critérios e experiência por conta própria e deixando o leitor escolher sua própria torradeira para este hack.

Um dos meus principais critérios para a torradeira era ser capaz de fazer 4 fatias de pão simultaneamente e ser automática, então, depois de algumas horas folheando o Ebay alemão, decidi ao lado do

Torradeira Severin AT 2509 (1400W)

www.severin.de/fruehstueck/toaster/automati…

Esta é uma marca muito difundida na Alemanha, custava cerca de 40-50 EUR no momento em que foi escrita como nova.

Principais recursos que o fabricante anuncia:

● Caixa de aço inoxidável com isolamento térmico

● acessório de torrefação integrado

● 2 eixos de torrefação com ranhuras longas para até 4 fatias de pão

● Eletrônica de tempo de torrefação com sensor de temperatura

● grau de bronzeamento ajustável

● Nível de degelo com luz indicadora

● Estágio de aquecimento sem bronzeamento adicional com luz de controle

● botão de liberação separado com luz indicadora

● Centralização do cortador de pão para dourar uniformemente os dois lados do pão

● desligamento automático quando um disco de pão está preso

● Bandeja de migalhas

● Rebobinamento do cabo

Embora o fabricante não afirme que a temperatura é ajustável, eles fazem 2 pontos enganosos:

● Estágio de aquecimento sem bronzeamento adicional com luz de controle

● Eletrônica de tempo de torrefação com sensor de temperatura

Para citar essas afirmações, vamos ver como a máquina funciona:

1, Em estado normal, a rede de 230 V está completamente desconectada, nenhuma parte da torradeira está ligada.

2, quando o usuário puxa para baixo a alavanca (que também puxa para baixo os pães), ela conecta o elemento de aquecimento em ambos os lados.

Agora, o que eles fizeram aqui é um design barato, mas também inteligente. Não há transformador dentro da torradeira, então você pode se perguntar como ela consegue sua baixa voltagem (10 V CA ~). Há uma bobina separada acoplada a um dos elementos de aquecimento no lado esquerdo da torradeira, agindo como um transformador abaixador criando 10 V CA.

Em seguida, ele usa um retificador de diodo único para criar 10 Vcc que alimenta a placa de controle principal da torradeira.

3, O que pensei primeiro - que é um solenóide + transformador juntos - acabou por ser um único solenóide logo abaixo da alavanca que agora é alimentado pelo circuito de controle e responsável por apenas uma coisa (manter aquela alavanca puxada para baixo).

Assim que este solenóide libera o pão, está tudo acabado, a torradeira está basicamente cortando sua própria eletricidade, terminando assim o processo de torragem.

Então você poderia, com razão, perguntar o que são aqueles botões extravagantes e declarações na folha de dados que podem descongelar, pré-aquecer, aquecer e tudo o mais … Eu diria que é puro marketing BS. Eles poderiam colocar um ajustador de tempo e um único botão nele porque, no final do dia, esse circuito nada mais é do que um cronômetro. Uma vez que este circuito está se alimentando da mesma fonte de energia que o elemento de aquecimento e não pode controlar a única coisa que importa nesta máquina (o aquecedor), eu nem me preocupei mais em modificar este circuito, apenas joguei-o onde ele pertence, para a lata de lixo.

Agora que o circuito de controle de nível militar está fora do caminho, vamos assumir o CONTROLE TOTAL sobre a torradeira.

Etapa 2: Lista de Hardware

Novamente, isso não é totalmente bom, não inclui todos os princípios básicos, como fios e parafusos:

• 1 torradeira AT 2509 (1400W) ou qualquer outra torradeira que você escolher
• 1x Arduino Pro Micro
• 1x Tela LCD de toque resistivo de 5 polegadas HDMI para Raspberry Pi XPT2046 BE
• 1x Framboesa PI 2 ou Framboesa PI 3
• 1x SanDisk 16GB 32GB 64GB Ultra Micro SD SDHC Card 80MB / s UHS-I Class10 w Adaptador (para o PI)
• 2x SIP-1A05 Reed Switch Relé
• 1x Módulo 1 PCS MAX6675 + Sensor de temperatura termopar tipo K para Arduino (recomendado para comprar sobressalentes)
• 1x Saída 24V-380V 25A SSR-25 DA Relé de estado sólido Controlador de temperatura PID
• 1x Mini DC-DC Buck Converter Módulo Step Down Fonte de alimentação para aeromodelismo (compre mais para substituições).
• Placa de desenvolvimento de sensor de tijolo de módulo codificador rotativo 2x para Arduino (interruptor rotativo + intermediário, recomendado comprar mais destes para substituições)
• 2x WS2812B 5050 RGB LED Anel LED RGB de 24 bits
• Folha de acrílico Perspex 1x 1mm A5 transparente Plástico Plexiglass Cut 148x210mm Lote
• Adaptador 1x12V 2A DC (1A também deve ser suficiente para o Pi + Screen + Ardu, mas é melhor com certeza, caso você conecte dispositivos adicionais através de USB, eles drenarão a corrente extra)
• 1x PCS HC-SR501 IR Piroelétrico infravermelho IR PIR Módulo Detector de Sensor de Movimento
• 2x Jumper Wire 5 Pinos Fêmea para Fêmea Cabo Dupont 20cm para Arduino (para os rotativos, vale a pena comprar mais destes)
• 2x botão de volume de liga de alumínio 38x22 mm para eixo de potenciômetro de 6 mm prata
• 1x relé 230V
• Grupo de conectores de plataforma quebráveis de uma fileira fêmea de 2,54 mm + macho para as conexões
• Opcional para o mod Xbee: 1X10P 10 pinos 2 mm fêmea de linha única reta pino de tira do cabeçalho Soquete XBee
• Opcional para o mod Xbee: 1 Xbee
• Opcional para o mod Xbee: 1x Jumper Wire 4 Pinos Fêmea para Fêmea Cabo Dupont 20cm para Arduino (entre Xbee Raspi)

Para fonte de alimentação você deve usar 12 V em vez de 5 V porque o solenóide não vai aguentar esse nível de baixa tensão, não se esqueça de adicionar um diodo flyback no solenóide.

Se você decidir usar outros componentes, por exemplo: módulo Buck diferente para redução de tensão de 12V-> 5V você tem que redesenhar a placa, ela foi feita para aquele pequeno conversor de Buck quadrado específico.

Etapa 3: modificando a caixa: a parte de trás é a frente

Depois de remover o circuito de controle principal, ainda havia um grande buraco feio olhando para o lugar dos interruptores, então decidi que vou apenas usar esse lado como parte de trás e consertar a caixa de junção que abriga o SSR (Solid State Relay -> para controle de aquecimento) + relé 230V AC (para detecção de energia) + o adaptador 12V alimentando todo o circuito.

Este modelo de torradeira foi meio difícil de desmontar e remontar. Não encontrei outra maneira de remover a caixa a não ser cortando com um dremmel logo abaixo da alavanca principal de puxar para baixo para poder levantar a caixa depois de desparafusar e remover as alavancas (felizmente, uma vez que há um revestimento de plástico externo no lugar nessa parte isso será imperceptível).

Inseri a extremidade do detector do termopar MAX6675 na parte inferior da torradeira, na extremidade oposta à alavanca principal (onde estaria em conflito com o mecanismo da alavanca).

A caixa interna é de alumínio fino que você nem precisa perfurar, um pequeno orifício pode ser facilmente alargado com uma chave de fenda e, em seguida, colocando o sensor, a parte complicada era parafusá-lo do lado interno. Tenho que encontrar uma solução inteligente para fazer isso, mostrada nas fotos.

Desmontar a caixa interna principal da torradeira com o elemento de aquecimento é apenas para pessoas com os nervos fortes e altamente não recomendado. Não há mais nada que você precise fazer lá de qualquer maneira.

Os fios do MAX6675 eram longos o suficiente para serem facilmente alimentados pela parte inferior da máquina até o orifício de onde os cabos eram conduzidos.

Trazer todos os cabos necessários de um e para o outro foi uma das tarefas de modding mais desafiadoras. Não precisei fazer outro furo no lado (agora traseiro) porque os cabos poderiam apenas usar o furo dos interruptores. Em seguida, os cabos precisaram ser fixados na parede do gabinete, descidos para o fundo por meio de um espaço muito estreito onde são unidos com alguns fios extras da placa de controle de alta tensão, a saber:

• 1 fio do elemento de aquecimento -> Vai para SSR
• 1 fio de 230 V (de preferência ponto marrom quente) -> Vai para SSR
• 2 fios de 230 V com interruptor fechado -> Vai para iniciar o relé
• 2 fios da entrada principal de 230 V -> Vai para o adaptador de 12 V na parte traseira
• Fios blindados do sensor térmico

E isso é tudo de que você precisa para controlar a torradeira.

Devido à soldagem industrial, decidi simplesmente cortar o fio entre o elemento de aquecimento e uma extremidade do principal (vindo depois do interruptor) e com tiras de terminais conectei ao SSR.

Será necessário um relé operando em 230 V (tensão da rede). Este é o relé de inicialização que permitirá ao Arduino saber que o usuário puxou a alavanca, ou seja, iniciou o processo de torragem. Não se esqueça de que o circuito de controle não está mais no lugar, o solenóide não está recebendo energia que manteria a alavanca abaixada e o aquecedor também está desconectado (controlado através do SSR). Tudo isso será tarefa do Arduino a partir de agora.

O adaptador de 12 V DC é conectado diretamente ao principal (adicionei uma chave liga / desliga extra na parte traseira). Isso fornecerá energia constante para o circuito. A torradeira em modo de espera consome apenas: 5,5 W com a tela LIGADA e 5,4 W com a tela desligada.

Etapa 4: Placa Arcíclica Frontal

Não sou um especialista em trabalhar com este material, recebi o conselho de fazer os furos nele com dremmel de alta rotação sob água corrente, mas não queria aperfeiçoá-lo demais, então o que fiz foi apenas perfurar o normal furos, desisti completamente com o dremmeling da parte entre o Raspi e a tela, em vez disso, fiz furos apenas nos espaçadores da tela e no conector do Raspi, em seguida, preenchi o restante da substância em um quadrado para o conector se encaixar Através dos.

Você pode ver que a placa plexi tem pequenas rachaduras ao redor de algumas perfurações, então você sabe o que evitar se quiser um design perfeito.

Porém, por causa do calor, não há como colocar nada dentro da caixa da torradeira, todos os eletrônicos devem estar montados a uma distância segura do aquecedor.

Não fiz nenhum desenho adequado para a folha de acrílico de 148x210 mm, apenas tentei ajustar tudo para ficar simétrico e alinhado, por isso, peço desculpas por não poder fornecer nenhum esquema para esta peça que você tem que fazer por conta própria. No entanto, tenho um conselho:

Antes de colar os anéis de LED, ligue-os com um Arduino e acenda e marque com caneta o PRIMEIRO e o ÚLTIMO led na parte traseira para não acabar montando-os ligeiramente girados como eu fiz (no entanto, isso pode ser corrigido por software)

Existem 6 espaçadores projetados para segurar todo o painel frontal no lugar, porém no final devido ao comprimento curto das rotativas as 2 inferiores não passam pelo painel.

Eu usei espaçadores regulares de placa-mãe de PC entre os botões giratórios e o painel plexi, também adicionei mais 2 a 2 atrás do botão giratório para dar alguma estabilidade adicional quando os botões são pressionados.

Etapa 5: Circuito de controle da torradeira

Este foi um daqueles projetos que realmente estourou TODOS os pinos do Arduino:) o RX e o TX foram reservados para futuras extensões do módulo de comunicação.

A placa de circuito principal fornece energia para tudo por meio de um conversor de buck (Arduino, Raspi, Screen, SSR, Relays). Aqui, eu observaria que este regulador de tensão não é exatamente o que há de mais moderno, ele não pode ultrapassar a tensão de entrada de 12 Vcc. Se você decidir usar exatamente o mesmo tipo, certifique-se de que seu adaptador está fornecendo uma tensão de circuito aberto de 12 V estável (não como um adaptador WRT54G, com isso você verá a fumaça mágica escapando em segundos).

Fiz a placa o mais modular possível, usando soquetes onde pude. Além dos 2 relés de palheta, todo o resto pode ser facilmente substituído.

Ambos os excelentes relés de palheta vêm com diodos flyback embutidos e consomem não mais do que 7mA, de modo que podem ser conectados diretamente a qualquer pino do Arduino (continuarei recomendando-os em meus projetos futuros também). A função dos relés:

Uma é para ligar o solenóide no início do processo de tostagem (para manter a alavanca puxada para baixo).

Um é para ligar e desligar automaticamente a tela no caso de detecção de movimento.

Percebi que rodar aquela tela HDMI 24 horas por dia, 7 dias por semana, não teria uma longa vida útil (especialmente o que estou usando é apenas uma falsificação barata, não o WaveShare original:

E também pode o seu PC ligar a tela quando você entrar na sala? Acho que não, a torradeira BSD pode!

A tela é basicamente em um temporizador de espera de 10 minutos que é automaticamente aumentado sempre que houver movimento novamente. Digamos que ele esteja ativado e haja movimento novamente 9 minutos depois, o que significa que ele permanecerá ativado por mais 10 minutos. Ligar e desligar não é saudável para nenhum circuito, exceto o SSR.

O que nos leva ao terceiro e último elemento de controle para controlar o aquecedor. Esses pequenos dispositivos foram feitos especificamente para ligar e desligar muito para manter a temperatura sob controle. O que eu escolhi será executado bem diretamente de um pino de saída do Arduino.

No design original, haveria outro relé na placa para ligar um alto-falante 2.1 definido antes do Raspberry pi tocar o tom de alarme pela manhã (também é muito fácil adicionar uma música quando o brinde termina), mas como isso é muito, por que irmão? Ele apenas pede a outro raspi na minha rede para fazer isso por mim com um RCSwitch 433Mhz padrão.

Como normalmente ocorreram alguns erros menores com a versão 0.4 da placa, o que pode ser visto nas fotos. A saber, mais 2 conectores de 5 V e um conector para relé de entrada no pino 10 do Arduino foram deixados de fora.

Eu corrigi isso na versão 0.5 e também fiz uma versão não Xbee.

Uma vez que esta é uma placa de 2 camadas apenas baixando esses layouts e faça você mesmo seria difícil, você precisaria imprimir os 2 lados com precisão, gravar a placa e encontrar uma maneira de conectar os lados para que eu vincule mais tarde no projeto compartilhado Easyeda. Recomenda-se encomendá-lo diretamente com eles.

Etapa 6: Xbee Mod

O Xbee está aqui apenas para controlar a cafeteira diretamente através dele, porque está relativamente perto dele na distância e não há obstáculos entre os dois.

Não tem absolutamente nada a ver com a torradeira ou com o código da torradeira.

Sobre o mod Xbee: isso é totalmente opcional, por isso incluo os esquemas para esta placa com e sem o Xbee. O Xbee é soldado diretamente na porta UART do hardware RX / TX do Raspberry PI (ttyAMA0) que, embora seja retirado para os conectores da tela, a tela não o está usando (usa a interface SPI para comunicar as coordenadas de toque entre o PI e ele mesmo).

Dediquei uma porta serial separada no PI para a comunicação Xbee em vez de passar as mensagens pelo Raspberry -> Arduino -> conversor 5v3v -> Xbee -> outros dispositivos. Dessa forma, também não é um problema que o processo de torragem esteja bloqueando todo o MCU.

Etapa 7: Código de controle da torradeira

O código é bastante simples devido ao fato de que existe basicamente uma comunicação unilateral entre o Arduio -> Raspberry PI.

Este dispositivo, ao contrário da cafeteira, não pode ser controlado de um telefone ou computador apenas manualmente com alguns controles sofisticados.

A única função do PI aqui é o registro de dados e a exibição de bons gráficos. Não é frasco para operação da torradeira, pode ser totalmente desligado ou até mesmo removido deste projeto, o Arduino faz todo o trabalho.

No início, o código redefine os anéis de led, inicia os vários temporizadores de retenção e em cada loop está procurando a entrada dos 2 interruptores rotativos. Esta entrada pode significar uma rotação no sentido horário ou anti-horário ou apertar qualquer um dos 2 interruptores (que no modo inativo apenas envia um comando básico IRONFORGE_OFF_ALARM para o computador e, em seguida, retorna ao estado IRONFORGE_OFF normal).

Dentro de rotary_read_temp () e rotary_read_time () as variáveis global_temp e global_time serão alteradas. Este é o ÚNICO lugar no código onde esses valores podem ser alterados e eles armazenarão seus valores entre eventos de toasting.

Dentro de ambas as funções, o rotary_memory () chamado uma vez que a mudança nas posições é detectada. Isso tem o objetivo de carregar de volta os status de led nos anéis, porque após o processo de tostagem eles serão redefinidos para a cor preta, para não desperdiçar energia e prolongar sua vida útil.

As luzes LED também são desligadas periodicamente a cada 10 minutos, caso não tenha ocorrido nenhum evento rotativo recente.

A conjunção dessas 2 funções resultará no seguinte:

1, assumindo estado ocioso

2, qualquer um dos rotativos movidos (se eles foram ajustados antes, esses valores serão restaurados da memória e exibidos nos leds)

3, se o processo de tostagem não iniciar e não houver mais eventos de ajuste, as luzes apagarão novamente

Também os movi em um temporizador de espera separado da tela porque o computador será muito usado para exibir dados meteorológicos, mas não quero que os LEDs rotativos sejam restaurados o tempo todo porque não quero fazer um milhão de torradas em dia.

O principal processo de torragem (lado do Arduino):

Isso será iniciado quando o sistema for acionado a partir do relé de partida de entrada (230 V) (e tanto o tempo quanto a temperatura são diferentes de zero). O fluxo do programa é o seguinte no lado do Arduino:

1, ligue o solenóide para segurar a alavanca

2, ligue o SSR para aquecer

3, dependendo da hora, inicie um ciclo de torragem que faz a contagem regressiva. Em cada loop, envie os seguintes dados para o computador:

-TEMPERATURA (originalmente valor de ponto flutuante, mas sendo enviado como 2 strings CSV)

-HORA permanece (em segundos, isso será convertido de volta para o formato mm: ss na outra extremidade)

4, em cada ciclo, dependendo da temperatura definida, ligue ou desligue o SSR para controlar o processo de torragem

5, no final do ciclo de torragem, o comando IRONFORGE_OFF será enviado para o computador

6, desligue o SSR e libere o solenóide

7, Jogue o jogo LED para showoff (aqui você também pode adicionar música ou qualquer outra ação que desejar)

8, leds apagados

Como eu disse antes, o loop principal de torragem está bloqueando completamente o MCU, nenhuma outra tarefa pode ser realizada durante esse tempo. Ele também irá ignorar as entradas rotativas neste período de tempo.

O principal processo de tostagem (Raspberry PI Side):

O raspberry pi executa o programa de controle head C com um usuário sem privilégios que é responsável por todas as interações no desktop.

Decidi usar o Conky para todas as exibições de gráfico porque eu o uso há uma década e parecia o mais fácil de usar para o trabalho, porém tem algumas desvantagens:

- A granularidade do gráfico não pode ser alterada, o gráfico é de granulação muito fina, mesmo após o tempo máximo de tostagem (5 minutos) só chega à metade da barra

- Conky gosta de bater, especialmente quando você continua matando e recarregando

Pela segunda razão, decidi gerar todos os conkies por meio de processos supervisord separados para vigiá-los.

A lua inativa básica usa 2 conkies separados (1 para os dados meteorológicos e outro para o relógio).

Assim que a torragem começar:

1, o Arduino sinaliza o programa raspberry pi C por meio de serial com IRONFORGE_ON

2, O programa C de controle interrompe os 2 threads conky e carrega na 3ª lua conky para o brinde

3, O programa de controle C grava os valores de temperatura e tempo em arquivos de texto separados localizados em ramdisk (para não fazer operações RW desnecessárias no SDcard), o que os conkies estão lendo e exibindo automaticamente. O programa também é responsável por criar o tempo restante para o formato MM: SS.

4, No final da torragem, o programa C interrompe a linha de torragem atual e reinicia os 2 conkies voltando para a exibição de tempo e hora novamente

5, para detecção de alarme, o programa C pode interromper diretamente o processo de reprodução de música do cron quando em estado inativo, qualquer um dos botões rotativos são pressionados

Etapa 8: Todos os seus brindes pertencem a nós: NetBSD Vs Raspbian

Embora a torradeira tenha sido feita para executar principalmente o NetBSD e a exibição da tela, som, o Arduino está funcionando com ela, não há suporte para tela de toque. Eu apreciaria a ajuda de qualquer pessoa interessada em escrever um driver para isso.

O chip de toque do LCD é XPT2046. A tela está usando o SPI para enviar as coordenadas de entrada do cursor de volta ao Raspberry.

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

• 19 TP_SI SPI entrada de dados do painel de toque
• 21 TP_SO SPI saída de dados do painel de toque
• 22 TP_IRQ Interrupção do painel de toque, nível baixo enquanto o painel de toque detecta toque
• 23 TP_SCK SPI clock do Touch Panel
• 26 Seleção de chip do painel de toque TP_CS, baixo ativo

No momento em que este artigo foi escrito, não tinha conhecimento de nenhuma tela de toque (blindada) compatível com Raspberry PI que tivesse um driver NetBSD para o touch pad.

Etapa 9: Encerramento e lista de tarefas

Como sempre, qualquer ajuda, contribuição, correções no código são bem-vindas.

Este foi um hack concluído recentemente, então irei atualizar o projeto com as partes de código que faltam mais tarde (código de controle Raspberry pi C, Conky luas etc). Também estou planejando criar imagens sdcard de 8GB / 16GB auto-redimensionáveis que contêm tudo. Como o Raspberry PI é um hardware padrão, qualquer pessoa que decidir construir o projeto pode simplesmente baixar as imagens, gravá-las em um sdcard e a torradeira estará funcionando após a inicialização como a minha. A configuração da rede só é necessária para o horário correto (NTP) e a exibição da temperatura.

Uma etapa restante será medir as temperaturas internas com um FLIR e adicionar os ajustes à leitura do sensor térmico MAX porque eu acredito que ele está aquecendo muito lentamente para o pequeno período de tostagem máximo de 5 minutos.

Também planejando adicionar escala automática ao período de tempo dependendo da temperatura definida para poder estender esta janela de tempo máximo de 5 minutos se a temperatura for reduzida.