Circuito dispensador de desinfectante de manos / bricolaje [sin contacto]: 10 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Por Hesam Moshiri, [email protected]

Características

1. Alta estabilidad y sin sensibilidad a la luz ambiental.
2. Recinto de acrílico (plexiglás) cortado con láser
3. Económico
4. Capacidad de control de flujo del desinfectante de manos / alcohol (eficiencia)
5. Componentes de orificio pasante (fácil de soldar)
6. Placa PCB de una sola capa (fácil de fabricar)
7. Microcontrolador ATTiny13 sencillo y económico
8. Bajo consumo de corriente en espera

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Como todos sabemos, el brote de COVID-19 golpeó al mundo y cambió nuestro estilo de vida. En esta condición, el alcohol y los desinfectantes para manos son vitales, costosos y, en algunas áreas, es difícil encontrar líquidos, por lo que deben usarse de manera adecuada y eficiente. En la segunda versión del dispositivo dispensador de desinfectante de manos, abordé los problemas de diseño anteriores e introduje un dispositivo sin sensibilidad a la luz ambiental y capacidad de control de flujo del alcohol / desinfectante. Por lo tanto, se verterá la cantidad suficiente de líquido en cada solicitud. El diseño utiliza un microcontrolador ATTiny13 barato.

[A] Análisis de circuitos

La figura 1 muestra el diagrama esquemático del dispositivo. La tarea podría realizarse mediante una variedad de sensores y métodos de diseño, sin embargo, mi objetivo era diseñar un circuito simple, económico y eficiente.

Paso 1: Figura 1, diagrama esquemático del dispensador automático de desinfectante para manos

P2 es un conector XH macho de 2 pines. Se utiliza para conectar un LED azul de 5 mm que debe montarse en la carcasa y el recipiente de desinfectante de manos / alcohol. R5 limita la corriente del LED. U1 es el módulo receptor de infrarrojos TSOP1738 [1] o HS0038. Es una unidad completa que se utiliza para detectar y decodificar señales IR. La figura 2 muestra el diagrama de bloques de este componente.

Paso 2: Figura 2, Diagrama de bloques del módulo receptor de infrarrojos TSOP1738 (HS0038)

El módulo puede aceptar 5 V en el riel de suministro y consume alrededor de 5 mA. El bajo consumo de corriente del componente nos permite utilizar un simple filtro RC (C1 y R3) para eliminar posibles inestabilidades (detección de falsa señal IR) que pudieran introducirse por el ruido de suministro.

La frecuencia de corte del filtro RC mencionado anteriormente se puede simular (como LTSpice) o examinar en la práctica. Para probar el comportamiento del filtro en la práctica, utilicé un osciloscopio Siglent SDS1104X-E y un generador de formas de onda Siglent SDG1025. Estos dos dispositivos deben conectarse mediante un cable USB. La Figura 3 muestra el diagrama de Bode del comportamiento del filtro. Los cálculos confirman que la frecuencia de corte del filtro es de unos 112 Hz en la práctica. Para más detalles, mire el video.

Paso 3: Figura 3, Prueba del comportamiento del filtro RC en la práctica mediante el diagrama de Bode y el osciloscopio SDS1104X-E

R4 es una resistencia pull-up y C2 reduce los ruidos de salida U1. D1 es un diodo transmisor de infrarrojos de 5 mm y R1 limita la corriente al diodo. El valor R1 podría estar en el rango de 150R a 220R. Una resistencia más baja significa un rango de detección más alto y viceversa. Usé una resistencia de 180R para el R1. Q1 es el MOSFET de canal N 2N7000 [2] que solía encender / apagar el diodo IR D1. R2 limita la corriente de la puerta.

IC1 es el microcontrolador ATTiny13 [3]. Es un microcontrolador conocido y económico que proporciona los periféricos adecuados para esta aplicación. PORTB.4 genera un pulso de onda cuadrada para el diodo transmisor de infrarrojos y PORTB.3 detecta la señal de activación baja. PORTB.1 utilizado para enviar la señal de activación a la bomba. El ciclo de trabajo de este pulso único define el flujo de alcohol o desinfectante de manos. Q2 es el transistor NPN BD139 [4] que solía encender / apagar la bomba. D3 elimina las corrientes inversas del inductor (motor DC de la bomba) y C5 reduce los ruidos de la bomba. D2 indica la activación de la bomba. R7 limita la corriente de los LED. C3, C4 y C6 se utilizan para reducir los ruidos de suministro.

[B] Diseño de PCB

La Figura 4 muestra el diseño de la PCB del dispensador automático de desinfectante de manos. Es una placa PCB de una sola capa y todos los paquetes de componentes tienen un orificio pasante.

Paso 4: Figura 4, Diseño de PCB del dispositivo dispensador de desinfectante de manos automático

Usé las bibliotecas de componentes de SamacSys para Q1 [5], Q2 [6] e IC1 [7]. Las bibliotecas de SamacSys siempre me ayudan a evitar errores no deseados y a eludir el lento proceso de diseñar las bibliotecas de componentes desde cero. Hay dos opciones para instalar y usar las bibliotecas. Primero, descargándolos e instalándolos desde componentsearchengine.com o segundo instalándolos directamente usando los complementos CAD proporcionados [8]. SamacSys ha proporcionado complementos para casi todo el software CAD de diseño electrónico. En mi caso, utilicé el complemento Altium Designer (Figura 5).

Paso 5: Figura 5, los componentes seleccionados en el complemento SamacSys Altium Designer

La figura 6 muestra una imagen del primer prototipo funcional de la placa dispensadora de desinfectante para manos. ¿Ves el corte en la placa PCB? Es necesario evitar cualquier recepción de señal IR no deseada por parte del módulo U1. Este espacio se llena con una pieza del recinto.

Paso 6: Figura 6, el primer prototipo de placa funcional del dispensador de desinfectante de manos

[C] Código fuente del microcontrolador

El código ha sido escrito en C. La parte importante del código que "podría" necesitar modificar es la rutina de interrupción de desbordamiento del Timer-0:

Paso 7:

El “caso 15” define el retardo de preactivación. Es necesario un breve retraso para que el usuario fije la mano debajo del sensor y la boquilla. El “caso 23” define el tiempo de activación de la bomba y el “caso 372” define el retraso antes de la próxima activación posible. Este retraso le da tiempo suficiente al usuario para recolectar todas las gotas de desinfectante de manos / alcohol. Además, evita el mal uso del dispositivo y el desperdicio del costoso líquido por parte de niños o algunas personas. Los fusibles deben configurarse en la fuente de reloj interno de 9,6 MHz sin división de reloj.

[D] Diseño de caja Corel Draw cortado con láser

La Figura 7 muestra el gabinete diseñado en Corel Draw. Solo tiene que enviar el archivo “sanitizer.cdr” a un taller / empresa de corte por láser y pedir el corte con láser para plexiglás negro mate de 2 mm (acrílico). La madera contrachapada delgada también está bien.

Paso 8: Figura 7, el diseño de la caja del dispensador de desinfectante de manos en Corel Draw

La Figura 8 muestra la unidad dispensadora de desinfectante de manos automática completa. Puede montar la caja en el contenedor que desee. Usé un recipiente de vidrio.

Paso 9: Figura 8, Dispensador automático de desinfectante para manos con recipiente de vidrio

[E] Lista de materiales

Paso 10: Lista de materiales

[F] Referencias

Fuente:

[1]: Hoja de datos de TSOP1738:

[2]: Hoja de datos 2N7000:

[3]: Hoja de datos de ATTiny13:

[4]: Hoja de datos BD139:

[5]: símbolo esquemático 2N7000 y huella de PCB:

[6]: Símbolo esquemático BD139 y huella de PCB:

[7]: Símbolo esquemático ATTiny13 y huella de PCB:

[8]: Complementos CAD: