Agitador de café HotOrNot: 5 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Un agitador de bebidas inteligente para notificar cuándo es seguro beber sin quemarse.

La inspiración para este proyecto fue mía. Tiendo a beber té demasiado rápido, me chamusco o me quemo los labios o la lengua y luego tengo que esperar un rato a que el té se enfríe.

Recientemente, hubo una investigación que señaló una relación entre beber té caliente y el cáncer de esófago. Aquí está el enlace al artículo original https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ijc.32220 https://edition.cnn.com/2019/03/20/health/hot-tea-linked -to-estudio-de-mayor-riesgo-de-cáncer-intl / index.html

El proyecto es un intento de bajo consumo de energía para crear un agitador simple que se pueda sumergir dentro de una bebida caliente. El corazón de todo el proyecto es un chip ATtiny85 que funciona a 8Mhz. La detección de temperatura es proporcionada por un sensor DS18b20.

Suministros

Chip SOIC ATtiny85 o un módulo Digispark

Sensor DS18b20

LED WS2812B

A03416 Mosfet

Paso 1: Requisitos y análisis

Comencé la idea imaginando cómo le gustaría al usuario interactuar con el dispositivo y cuál sería su experiencia. Entrevisté a un par de mis amigos usando las redes sociales y los grupos de chat. Esto me ayudó a descubrir los requisitos comunes subyacentes.

Estos son los requisitos comunes

1) Espero que el dispositivo funcione dos veces al día durante un mes, sin necesidad de cargarlo.

2) Espero saber la temperatura exacta a la que se encuentra mi bebida.

3) Debería poder limpiar el dispositivo fácilmente y con agua corriente.

4) No debe ser pesado en absoluto y debe pesar aproximadamente un lápiz.

5) Debe tener el factor de forma de un agitador.

6) Debería poder adaptarse a todos los tipos conocidos de tazas de té / café disponibles a mi alrededor.

Algunos de estos fueron fáciles de cumplir (basados en la experiencia), pero otros fueron grandes interrogantes. Sin embargo, comencé a pedir piezas y a armar un circuito de trabajo básico que podía probar y refinar mis objetivos.

Inicialmente pensé en no colocar una batería de iones de litio debido a las restricciones de exportación y las certificaciones que necesitaría para pasar. Planeé mi diseño en torno a una batería CR2032.

La batería funcionó durante varios días antes de que se agotara y fue rechazada porque el tamaño del producto comenzaba a volverse engorroso. Algunos de mis amigos rechazaron la idea de una batería reemplazable.

Mi prototipo inicial también tenía un LED discreto rojo, amarillo y verde conectado a los pines de E / S del Attiny85.

Obtuve cada vez mejor información sobre el comportamiento del sistema, lo que me dio confianza para seguir adelante e intentar el código de bajo consumo para el Attiny85.

Paso 2: cambie a WS2812B y MOSFET de bajo consumo

Cambié mi LED de discretos a RGB WS2812, porque me di cuenta de que podría necesitar más pines I / 0 para otros usos.

También descubrí que los LED discretos no pueden proporcionar un buen rango de iluminación que esperaba, sin recurrir a PWM.

Tenía experiencia usando los LED WS2812B y me gustaban mucho, pero mi única preocupación era su consumo de corriente en espera cuando no estaban encendidos. Cada LED puede extraer aproximadamente 1 mA de la batería cuando no está encendida, por lo que se desperdicia energía cuando no sirve para nada.

Incluso cuando el Attiny85 estaba durmiendo, el consumo de corriente del DS18B20 y la tira WS2812LED de 8 LED era de aproximadamente 40 mA, lo que era un gran problema.

Hubo una idea. Podría encender los LED y el sensor DS18b20 usando un Mosfet de nivel lógico.

Puse mis ojos en el MOSFET AO3416 que tiene un Rds bajo (encendido) de 22mohm cuando el Vgs era 1.8v. Este MOSFET fue una elección perfecta para poner en mi circuito y probar.

Logré reducir la necesidad de energía en espera de 40mA a menos de 1uA usando el MOSFET. Gané un poco de tiempo, porque una vez que se cortó la alimentación del LED, se debe reiniciar y eso tardó un poco en suceder.

El botón táctil de la imagen se utiliza para despertar al Attiny85 del sueño profundo y comenzar a medir la temperatura.

En general, estaba contento con todo el circuito y decidí que era hora de diseñar una PCB para todo el circuito.

Paso 3: diseño de una placa de circuito impreso

Me tomó un tiempo diseñar un PCB en EasyEDA.

En primer lugar, di dos actos de fe

1) No probé el LED SK6812 porque no tenía ninguno. Leí la documentación del LED y era idéntico al LED WS2812B.

2) El chip del cargador LTC4054 Li Ion, no tenía experiencia diseñando con él.

Leí muchas notas de diseño para ambos dispositivos y descubrí qué era lo que necesitaba.

Para el LED SK6812, descubrí que soldarlo a mano sería una molestia. Pero no pude encontrar una alternativa. Easy EDA diseñó el componente y yo lo usé. También terminé verificando el diseño de la almohadilla del diseño con los dibujos mecánicos del LED y confirmé que estaba dentro de las especificaciones.

El LTC4054 era un chip bastante simple para trabajar. Configuré la corriente de carga de la batería de iones de litio en 200 mA, ya que mi batería era de 300 mA, lo que hace que la corriente de carga sea inferior a 1 ° C y, en general, es buena para la batería y el cargador.

Compré una batería y ajusté mi PCB. Las dimensiones de la PCB son 30 mm x 15 mm y todos los componentes están en la parte superior de la PCB.

Hice un pedido en JLCPCB en la última semana de abril, y los PCB llegaron la primera semana de mayo.

Un amigo que tiene mano firme y se gana la vida reparando teléfonos me ayudó a soldar todas las piezas de la PCB. El más difícil fue el LED SK6812. Todo se soldó excepcionalmente bien, y también hice pruebas básicas en los LED y en el ATtiny. En la imagen a continuación, los LED SK6812 son los dos rectángulos blancos en el borde de la placa, a la derecha del conector Micro USB. El LTC4054 es el pequeño chip de 5 patas en el medio del tablero. El rectángulo blanco en el borde inferior de la placa (a la derecha del LTC4054) es el botón de reinicio. El ATtiny85 es el chip SOIC de 8 patas. las tres almohadillas en el extremo derecho son para conectar el sensor de temperatura DS18b20.

Tengo un adaptador de clip SOIC que estoy usando para programar el ATtiny85 como se muestra a continuación.

Sigo actualizando el progreso de mi proyecto en Instagram, también con videos.

Paso 4: uso del agitador

Para usar el agitador, todo lo que tiene que hacer es

1) Sumerja el sensor de metal en su bebida.

2) Presione el botón en el Agitador

3) Espere a que los leds del agitador comiencen a parpadear en amarillo. Tu bebida está a la temperatura adecuada para beber.

Paso 5: llevar la idea hacia adelante

Después de investigar, me di cuenta de que sería una buena idea hablar sobre el proyecto y generar interés en torno a la idea antes de dedicarle más recursos.

El dispositivo ha estado operativo desde los últimos dos meses cuando se usa dos veces al día.

Tengo la opción de cambiar a un termopar o quedarme con el sensor actual. El termopar es más resistente a las temperaturas y está disponible en un tamaño realmente pequeño. El DS18b20, por otro lado, es lo suficientemente grande como para no poder insertarse en la pequeña ranura ovalada que está disponible en la mayoría de las tazas de café, cuando compra café en un Starbucks o Dunkin Donuts.

También hay problemas de seguridad. Es posible que los productos químicos utilizados durante el proceso de soldadura y fabricación se filtren en el café. La limpieza del agitador es otro problema, ya que habrá una batería en su interior, por lo que el diseño debe poder permitirlo. No es difícil diseñar algo como esto, pero tampoco es trivial.

Comencé una discusión preliminar con un par de útiles diseñadores industriales que parecen estar interesados en contribuir, veamos a dónde conduce el proyecto. Será increíble si el proyecto se convierte en un éxito comercial y ayuda a salvar vidas. ¡Dedos cruzados!