Obvod dávkovača dezinfekčného prostriedku na ruky/DIY [bezkontaktne]: 10 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Hesam Moshiri, [email protected]

Vlastnosti

1. Vysoká stabilita a žiadna citlivosť na okolité svetlo
2. Laserom rezaná akrylová (plexisklová) skriňa
3. Nákladovo efektívne
4. Schopnosť regulovať prietok dezinfekčným prostriedkom na ruky/alkohol (účinnosť)
5. Komponenty s priechodnými otvormi (ľahko spájkovateľné)
6. Jednovrstvová doska plošných spojov (ľahko vyrobiteľná)
7. Jednoduchý a lacný mikrokontrolér ATTiny13
8. Nízka spotreba prúdu v pohotovostnom režime

-

Ako všetci vieme, vypuknutie ochorenia COVID-19 zasiahlo svet a zmenilo náš životný štýl. V tomto stave sú dezinfekčné prostriedky na alkohol a ruky životne dôležité, drahé a v niektorých oblastiach ťažko dostupné tekutiny, preto ich treba používať správne a efektívne. V druhej verzii zariadenia na dávkovanie dezinfekčného prostriedku na ruky som sa zaoberal predchádzajúcimi konštrukčnými problémami a predstavil som zariadenie bez citlivosti na schopnosť okolitého svetla a prietoku v alkohole/dezinfekčnom prostriedku. Preto sa na každú požiadavku naleje dostatočné množstvo tekutiny. Konštrukcia používa lacný mikrokontrolér ATTiny13.

[A] Analýza obvodu

obrázok 1 zobrazuje schematický diagram zariadenia. Úlohu bolo možné splniť rôznymi senzormi a metódami navrhovania, ale mojím cieľom bolo navrhnúť účinný, lacný a jednoduchý obvod.

Krok 1: Obrázok 1, schematický diagram automatu na dezinfekciu rúk

P2 je 2-kolíkový konektor XH male. Slúži na pripojenie 5 mm modrej LED diódy, ktorá by mala byť namontovaná na kryte a na dezinfekčnom prostriedku na ruky/alkohole. R5 obmedzuje prúd LED. U1 je IR prijímač TSOP1738 [1] alebo HS0038. Jedná sa o kompletnú jednotku, ktorá sa používa na detekciu a dekódovanie IR signálov. Obrázok 2 zobrazuje blokový diagram tohto komponentu.

Krok 2: Obrázok 2, bloková schéma modulu prijímača IR TSOP1738 (HS0038)

Modul môže na napájacej koľajnici prijať 5V a spotrebúva okolo 5mA. Nízka spotreba prúdu komponentu nám umožňuje použiť jednoduchý RC filter (C1 a R3) na elimináciu možných nestabilít (detekcia falošného infračerveného signálu), ktoré by mohli byť spôsobené šumom napájania.

Hraničnú frekvenciu vyššie uvedeného RC filtra je možné simulovať (napríklad LTSpice) alebo v praxi preskúmať. Na testovanie správania filtra v praxi som použil osciloskop Siglent SDS1104X-E a generátor tvaru vlny Siglent SDG1025. Tieto dve zariadenia musia byť prepojené pomocou kábla USB. Obrázok 3 zobrazuje bodový diagram správania sa filtra. Výpočty potvrdzujú, že medzná frekvencia filtra sa v praxi pohybuje okolo 112 Hz. Ak chcete získať ďalšie podrobnosti, pozrite si video.

Krok 3: Obrázok 3, Testovanie správania sa RC filtra v praxi pomocou Bode Plot a osciloskopu SDS1104X-E

R4 je výsuvný odpor a C2 redukuje šumy na výstupe U1. D1 je 5 mm dióda IR vysielača a R1 obmedzuje prúd do diódy. Hodnota R1 by sa mohla pohybovať v rozmedzí 150R až 220R. Nižší odpor znamená vyšší dosah detekcie a naopak. Na R1 som použil odpor 180R. Q1 je 2N7000 [2] N-kanálový MOSFET, ktorý slúžil na zapínanie/vypínanie infračervenej diódy D1. R2 obmedzuje prúd brány.

IC1 je mikrokontrolér ATTiny13 [3]. Jedná sa o známy a lacný mikrokontrolér, ktorý poskytuje adekvátne periférie pre túto aplikáciu. PORTB.4 generuje impulz štvorcovej vlny pre diódu IR vysielača a PORTB.3 sníma signál aktivácie-nízky. PORTB.1 slúži na odoslanie aktivačného signálu do pumpy. Pracovný cyklus tohto jediného impulzu definuje tok alkoholu alebo dezinfekčného prostriedku na ruky. Q2 je tranzistor BD139 [4] NPN, ktorý slúžil na zapínanie a vypínanie čerpadla. D3 eliminuje spätné induktorové prúdy (jednosmerný motor čerpadla) a C5 znižuje hluky čerpadla. D2 označuje aktiváciu čerpadla. R7 obmedzuje prúd LED. C3, C4 a C6 sa používajú na zníženie hluku pri dodávkach.

[B] Rozloženie DPS

Obrázok 4 zobrazuje rozloženie DPS automatického dávkovača dezinfekcie rúk. Jedná sa o jednovrstvovú dosku s plošnými spojmi a všetky balíky komponentov sú priechodné.

Krok 4: Obrázok 4, Rozloženie DPS zariadenia na automatické dávkovanie dezinfekčného prostriedku

Použil som knižnice komponentov SamacSys pre Q1 [5], Q2 [6] a IC1 [7]. Knižnice SamacSys mi vždy pomôžu vyhnúť sa nechceným chybám a obísť časovo náročný proces navrhovania knižníc komponentov od začiatku. Existujú dve možnosti inštalácie a používania knižníc. Najprv ich stiahnite a nainštalujte z komponentearchearchine.com alebo za druhé ich inštaláciou priamo pomocou dodaných doplnkov CAD [8]. Spoločnosť SamacSys poskytla doplnky pre takmer všetok softvér CAD pre elektronické navrhovanie. V mojom prípade som použil doplnok Altium Designer (obrázok 5).

Krok 5: Obrázok 5, vybrané komponenty v doplnku SamacSys Altium Designer Plugin

Obrázok 6 zobrazuje obrázok prvého pracovného prototypu dosky na výdaj dezinfekčného prostriedku na ruky. Vidíte výrez v doske plošných spojov? Je potrebné zabrániť akémukoľvek nežiaducemu príjmu IR signálu modulom U1. Táto medzera sa vyplní kúskom krytu.

Krok 6: Obrázok 6, prvá pracovná prototypová tabuľa dávkovača dezinfekčného prostriedku na ruky

[C] Zdrojový kód mikrokontroléra

Kód bol napísaný v jazyku C. Dôležitou súčasťou kódu, ktorý „možno“budete potrebovať upraviť, je rutina prerušenia pretečenia časovača 0:

Krok 7:

„Prípad 15“definuje oneskorenie pred aktiváciou. Na to, aby si užívateľ upevnil ruku pod snímač a trysku, je potrebné krátke oneskorenie. „Prípad 23“definuje čas aktivácie čerpadla a „Prípad 372“definuje oneskorenie pred ďalšou možnou aktiváciou. Toto oneskorenie poskytuje používateľovi dostatok času na zozbieranie všetkých kvapiek na dezinfekciu rúk/alkoholu. Tiež zabraňuje zneužitiu zariadenia a plytvaniu drahou tekutinou deťmi alebo niektorými jednotlivcami. Fusebity musia byť nastavené na internom hodinovom zdroji 9,6 MHz bez delenia hodín.

[D] Laserom rezaný dizajn rozvádzača Corel Draw

Obrázok 7 zobrazuje navrhnutý kryt v programe Corel Draw. Stačí poslať súbor „sanitizer.cdr“do dielne/spoločnosti na rezanie laserom a objednať laserový rez na 2 mm matné čierne plexisklo (akryl). Tenká preglejka je tiež v poriadku.

Krok 8: Obrázok 7, Dizajn skrinky dávkovača na dezinfekciu rúk v programe Corel Draw

Obrázok 8 zobrazuje kompletnú automatickú jednotku na dávkovanie dezinfekčného prostriedku na ruky. Kryt môžete namontovať na požadovaný kontajner. Použil som sklenenú nádobu.

Krok 9: Obrázok 8, Automatický dezinfekčný prostriedok na ruky so sklenenou nádobou

[E] kusovník

Krok 10: Kusovník

[F] Referencie

Zdroj:

[1]: Technický list TSOP1738:

[2]: Technický list 2N7000:

[3]: Technický list ATTiny13:

[4]: Technický list BD139:

[5]: 2N7000 schematický symbol a stopa DPS:

[6]: BD139 schematický symbol a stopa DPS:

[7]: ATTiny13 schematický symbol a stopa DPS:

[8]: Doplnky CAD: