IronForge, la tostadora NetBSD: 9 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Este proyecto no comenzó como una tostadora, eventualmente se convirtió en una.

La idea surgió cuando murió mi computadora de cocina (una vieja PDA con Windows CE) que se usaba para mostrar mis recetas de cocina. Primero estaba pensando en crear una pantalla de baja energía basada en tinta electrónica que se fijaría en mi refrigerador con imanes y funcionaría con las baterías durante mucho tiempo, pero luego obtuve un antiguo sistema de sonido envolvente 2.1 en la cocina para escuchar música como bueno, entonces estaba pensando que tal vez debería ser una computadora que pudiera hacer ambas cosas también y luego otro viejo proyecto vino a mi mente:

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

La tostadora NetBSD original. Este proyecto en sí mismo es una broma geek, para aquellos que no lo saben:

"Durante mucho tiempo se ha considerado que el sistema operativo NetBSD similar a UNIX es portátil para todo tipo de máquina, excepto quizás su tostadora de cocina".

Entonces, creemos una tostadora que ejecute NetBSD y:

• La temperatura y el tiempo de tostado son completamente ajustables por el usuario.
• Si bien no está brindando, muestra datos meteorológicos de 2 estaciones meteorológicas en un elegante tablero
• Cuando está tostando, muestra el tiempo restante y la temperatura tanto en un gráfico como en dígitos.
• Cuando no está brindando, también se puede usar como despertador y escuchar música, incluso para reproducir películas en él.
• Muestra recetas de cocina o se puede utilizar para una navegación regular

Paso 1: funcionamiento de la tostadora y elección del hardware

Aquí, a diferencia de mi truco de café anterior, no creo que haya hecho una gran elección para la tostadora, así que daré una breve introducción del funcionamiento interno de la tostadora, elegiré los criterios y la experiencia por mi cuenta y dejaré que el lector elija su propia tostadora. para este truco.

Uno de mis principales criterios hacia la tostadora era poder hacer 4 rebanadas de pan simultáneamente y ser automático, así que después de un par de horas de hojear el Ebay alemán, me he decidido a continuación.

Tostadora Severin AT 2509 (1400W)

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

Esta es una marca muy extendida en Alemania, cuesta alrededor de 40-50 EUR en el momento de escribir este artículo como nueva.

Características clave que anuncia el fabricante:

● Carcasa de acero inoxidable con aislamiento térmico

● accesorio para asar rollo integrado

● 2 ejes de asado de ranura larga para hasta 4 rebanadas de pan

● Electrónica de tiempo de tueste con sensor de temperatura

● grado de bronceado ajustable

● Nivel de descongelación con luz indicadora

● Etapa de calentamiento sin bronceado adicional con luz de control

● botón de liberación independiente con luz indicadora

● Centrado de la cortadora de pan para un dorado uniforme de ambos lados del pan

● apagado automático cuando se atasca un disco de pan

● Bandeja para migas

● Rebobinado de cable

Aunque el fabricante no afirmó que la temperatura sea ajustable, hacen 2 puntos engañosos:

● Etapa de calentamiento sin bronceado adicional con luz de control

● Electrónica de tiempo de tueste con sensor de temperatura

Para citar estas afirmaciones, veamos cómo funciona la máquina:

1, en estado normal, la red de 230 V está completamente desconectada, ninguna parte de la tostadora está encendida.

2, cuando el usuario tira hacia abajo de la palanca (que también tira hacia abajo los panes), conecta el elemento calefactor en ambos lados.

Ahora lo que hicieron aquí es un diseño barato pero también inteligente. No hay transformador dentro de la tostadora, por lo que quizás se pregunte cómo obtiene su voltaje bajo (10 V CA ~) en ese momento. Hay una bobina separada junto con uno de los elementos calefactores en el lado izquierdo de la tostadora que actúa como un transformador reductor que crea 10 V CA.

Luego, utiliza un rectificador de diodo único para crear 10 V CC que alimentan la placa de control principal de la tostadora.

3, Lo que pensé primero, que es un solenoide + transformador juntos, resultó ser un solo solenoide justo debajo de la palanca que ahora está alimentado por el circuito de control y es responsable de una sola cosa (mantener esa palanca hacia abajo).

Tan pronto como este solenoide suelta el pan, todo se termina, la tostadora básicamente corta su propia electricidad y, por lo tanto, termina el proceso de tostado.

Entonces, podría preguntar con razón qué son esos elegantes botones y afirmaciones en la hoja de datos de que puede descongelar, precalentar, calentar y lo que sea … Yo diría que es pura tontería de marketing. Podrían ponerle un ajustador de tiempo y un solo botón porque al final del día este circuito no es más que un temporizador. Dado que este circuito se alimenta de la misma fuente de alimentación que el elemento calefactor y no puede controlar lo único que importa en esta máquina (el calentador), ni siquiera me molesté en modificar más este circuito, simplemente lo arrojé donde pertenece, para el bote de basura.

Ahora que el circuito de control de grado militar está fuera del camino, tomemos el CONTROL TOTAL sobre la tostadora.

Paso 2: Lista de hardware

De nuevo, esto no es completo, no incluye todos los elementos básicos como cables y tornillos:

• 1x tostadora AT 2509 (1400W) o cualquier otra tostadora que elija
• 1x Arduino Pro Micro
• 1x pantalla LCD táctil resistiva de 5 pulgadas HDMI para Raspberry Pi XPT2046 BE
• 1x Frambuesa PI 2 o Frambuesa PI 3
• 1x SanDisk 16GB 32GB 64GB Tarjeta Ultra Micro SD SDHC 80MB / s UHS-I Class10 w Adaptador (para el PI)
• 2x relé de interruptor de láminas SIP-1A05
• 1x 1PCS Módulo MAX6675 + Sensor de temperatura de termopar tipo K para Arduino (recomendado para comprar repuestos)
• 1x Salida 24V-380V 25A SSR-25 DA Controlador de temperatura PID de relé de estado sólido
• 1x Mini DC-DC Buck Converter Módulo reductor Fuente de alimentación Para aeromodelismo (compre más de estos para reemplazarlos).
• 2x Módulo de codificador rotatorio Placa de desarrollo de sensor de ladrillo para Arduino (Rotary + Middle Switch, recomendado para comprar más de estos para reemplazos)
• 2x WS2812B 5050 RGB LED Anillo de 24 bits RGB LED
• 1x 1 mm A5 hoja de acrílico transparente Perspex Plástico Corte de plexiglás 148x210 mm Lote
• Adaptador de CC 1x12V 2A (1A también debería ser suficiente para Pi + Screen + Ardu, pero es mejor estar seguro en caso de que conecte dispositivos adicionales a través de USB, estos consumirán corriente adicional)
• 1x PCS HC-SR501 IR Módulo detector de sensor de movimiento PIR infrarrojo piroeléctrico IR
• 2x Jumper Wire 5 Pin hembra a hembra Dupont Cable 20cm para Arduino (para los rotativos, vale la pena comprar más de estos)
• 2x Perilla de volumen de aleación de aluminio 38x22 mm para eje de potenciómetro de 6 mm Plata
• 1x relé 230V
• Montón de conectores hembra de una sola fila hembra de 2,54 mm + conectores macho rompibles para las conexiones
• Opcional para el mod Xbee: 1X10P 10 pines 2 mm Hembra de fila única Tira de encabezado de clavija recta Enchufe XBee
• Opcional para Xbee mod: 1 Xbee
• Opcional para el mod Xbee: 1x cable de puente de 4 pines hembra a cable Dupont hembra de 20 cm para Arduino (entre Xbee Raspi)

Para la fuente de alimentación, debe usar 12V en lugar de 5V porque el solenoide no se mantendrá en ese nivel de voltaje bajo, no olvide agregar un diodo de retorno en el solenoide.

Si decide utilizar otros componentes, por ejemplo: módulo reductor diferente para reducción de voltaje de 12V-> 5V, debe rediseñar la placa, fue hecha para ese convertidor reductor cuadrado pequeño específico.

Paso 3: Modificación de la carcasa: la parte trasera es la parte delantera

Después de quitar el circuito de control principal, todavía había un gran agujero feo mirando hacia el lugar de los interruptores, así que decidí que usaré ese lado como la parte posterior y arreglé la caja de conexiones que alberga el SSR (relé de estado sólido -> para control de calefacción) + relé de 230 V CA (para detección de potencia) + adaptador de 12 V que alimenta todo el circuito.

Este modelo de tostadora fue algo difícil de desmontar y volver a montar. No encontré otra forma de quitar la caja que cortando con un dremmel justo debajo de la palanca principal de tiro hacia abajo para poder levantar la caja después de desatornillar y quitar las palancas (afortunadamente, ya que hay un revestimiento de plástico exterior en su lugar en esa parte esto será imperceptible).

He insertado el extremo del detector del termopar MAX6675 en la parte inferior de la tostadora en el borde opuesto a la palanca principal (donde estaría en conflicto con el mecanismo de la palanca).

La carcasa interior es de aluminio fino, ni siquiera es necesario perforarla, un pequeño orificio se puede ensanchar fácilmente con un destornillador y luego colocar el sensor, la parte difícil fue avellanarlo desde el lado interior. Tengo que encontrar una solución inteligente para hacerlo, como se muestra en las imágenes.

Desarmar la carcasa interna principal de la tostadora con el elemento calefactor es solo para personas con nervios fuertes y no se recomienda. De todos modos, no hay nada más que deba hacer allí.

Los cables del MAX6675 eran lo suficientemente largos como para pasar fácilmente a través de la parte inferior de la máquina hasta el orificio por donde salían los cables.

Llevar todos los cables necesarios de uno a otro fue una de las tareas de modificación más desafiantes. No tuve que perforar otro orificio en el lado (ahora posterior) porque los cables podrían usar el orificio de los interruptores. Luego, los cables debían fijarse a la pared de la caja, bajarse hasta la parte inferior a través de un espacio muy estrecho donde se unen con un par de cables adicionales del tablero de control de alto voltaje, a saber:

• 1 cable del elemento calefactor -> Va a SSR
• 1 cable de 230V (preferiblemente punto marrón caliente) -> Va a SSR
• 2 cables de 230V con interruptor cerrado en estado -> Va al relé de arranque
• 2 cables de la entrada principal de 230 V -> Va al adaptador de 12 V en la parte posterior
• Cables blindados del sensor térmico

Y eso es todo lo que necesitas para controlar la tostadora.

Debido a la soldadura industrial, he decidido simplemente cortar el cable entre el elemento calefactor y un extremo del principal (que viene después del interruptor) y con las regletas de terminales lo conecté al SSR.

Se requerirá un relé que funcione desde 230 V (la tensión de red). Este es el relé de inicio que le permitirá al Arduino saber que el usuario ha bajado la palanca, también conocido como iniciado el proceso de tostado. No olvide que el circuito de control ya no está en su lugar, el solenoide no recibe energía que mantendría la palanca hacia abajo y el calentador también está desconectado (controlado a través del SSR). Todo esto será tarea de Arduino a partir de este momento.

El adaptador de 12V DC está conectado directamente a la red principal (he agregado un interruptor de ENCENDIDO / APAGADO adicional en la parte posterior). Esto proporcionará energía constante para el circuito. La tostadora en modo de espera solo consume: 5,5 W con la pantalla encendida y 5,4 W con la pantalla apagada.

Paso 4: tablero arcíclico frontal

No soy un experto en trabajar con este material, recibí el consejo de cortar los orificios con un dremmel de altas revoluciones bajo agua corriente, pero no quería perfeccionarlo en exceso, así que lo que hice fue solo perforar en el regular. agujeros, renuncie por completo a remover la parte entre la Raspi y la pantalla, en su lugar, hice agujeros solo en los espaciadores de la pantalla y en el conector de la Raspi, luego limité la sustancia restante en un cuadrado para que el conector encajara mediante.

Puede ver que la placa de plexiglás tiene pequeñas grietas alrededor de algunas perforaciones, por lo que sabe qué evitar si busca un diseño perfecto.

Sin embargo, debido al calor, no hay forma de que pueda poner nada dentro de la caja de la tostadora, toda la electrónica debe montarse a una distancia segura del calentador.

No hice ningún dibujo de diseño adecuado para la hoja de plexiglás de 148x210 mm, solo traté de ajustar todo para que fuera simétrico y en línea, así que me disculpo por no poder proporcionar ningún esquema para esta parte, debe hacerlo usted mismo. Sin embargo, tengo un consejo:

Antes de pegar los anillos LED, enciéndalos con un Arduino y enciéndalos y marque con un bolígrafo el PRIMER y ÚLTIMO led en la parte posterior para que no termine montándolos ligeramente girados como lo hice yo (sin embargo, esto se puede corregir con el software)

Hay 6 espaciadores diseñados para mantener todo el panel frontal en su lugar, sin embargo, al final debido a la corta longitud de los rotativos, los 2 inferiores no se alimentan a través del panel.

He usado espaciadores de placa base de PC normales entre los rotativos y el panel plexi, también agregué 2-2 más detrás del rotativo para dar estabilidad adicional cuando se presionan los botones.

Paso 5: Circuito de control de la tostadora

Este fue uno de esos proyectos que en realidad maximizó TODOS los pines de Arduino:) el RX y TX se reservaron para una futura extensión del módulo de comunicación.

La placa de circuito principal proporciona energía para todo a través de un convertidor reductor (Arduino, Raspi, Pantalla, SSR, Relés). Aquí me gustaría señalar que este regulador de voltaje no es exactamente de vanguardia, no puede superar demasiado el voltaje de entrada de 12V CC. Si decide usar exactamente el mismo tipo, asegúrese de que su adaptador esté proporcionando un voltaje de circuito abierto estable de 12V (no como un adaptador WRT54G, con eso verá el humo mágico escapar en segundos).

Hice la placa lo más modular posible, usando enchufes donde pude. Más allá de los 2 relés de lengüeta, todo lo demás se puede reemplazar fácilmente.

Ambos excelentes relés de lengüeta vienen con diodos de retorno incorporados y no consumen más de 7 mA, por lo que pueden conectarse directamente a cualquier pin Arduino (también seguiré recomendando estos en mis proyectos futuros). La función de los relés:

Una es para encender el solenoide al comienzo del proceso de tostado (para mantener esa palanca bajada).

Uno es para encender y apagar automáticamente la pantalla en caso de que se detecte movimiento.

Supuse que ejecutar esa pantalla HDMI las 24 horas del día, los 7 días de la semana no proporcionaría una larga vida útil (especialmente lo que estoy usando es solo una falsificación barata, no el WaveShare original:

¿Y también su PC puede encender la pantalla cuando ingresa a la habitación? No lo creo, ¡la tostadora BSD puede!

La pantalla está básicamente en un temporizador de espera de 10 minutos que se dispara automáticamente cada vez que hay movimiento nuevamente. Entonces, digamos que se enciende y hay movimiento nuevamente 9 minutos más tarde, eso significa que permanecerá encendido durante 10 minutos adicionales. Encender y apagar no es saludable para ningún circuito excepto el SSR.

Lo que nos lleva al tercer y último elemento de control para controlar el calentador. Estos pequeños dispositivos fueron hechos específicamente para encender y apagar mucho para mantener la temperatura bajo control. Lo que elija funcionará bien directamente desde un pin de salida de Arduino.

En el diseño original, habría habido otro relé en la placa para encender un juego de altavoces 2.1 antes de que la Raspberry pi reproduzca el tono de alarma por la mañana (también es muy fácil agregar una canción cuando termina el tostado), pero dado que esto es IoT, ¿por qué? ¿molestar? Simplemente le pide a otro raspi en mi red que lo haga por mí con un RCSwitch estándar de 433Mhz.

Como suele haber algunos errores menores con la versión 0.4 de la placa, lo que se puede ver en las imágenes. Es decir, 2 conectores más de 5 V y un conector para el relé de entrada en el pin 10 de Arduino se dejaron fuera.

Los he corregido en la versión 0.5 y también hice una versión que no es Xbee.

Dado que este es un tablero de 2 capas con solo descargar estos diseños y el bricolaje sería difícil, necesitaría imprimir los 2 lados con precisión, grabar el tablero y encontrar una manera de conectar los lados, así que lo vincularé más adelante en el proyecto compartido de Easyeda.. Se recomienda encargarlo directamente a ellos.

Paso 6: Xbee Mod

El Xbee solo está aquí para controlar la cafetera directamente a través de él porque está relativamente cerca en la distancia y no hay obstáculos entre los dos.

No tiene absolutamente nada que ver con la tostadora o el código de la tostadora.

Sobre el mod Xbee: esto es completamente opcional, por eso incluyo los esquemas para esta placa con y sin el Xbee. El Xbee se suelda directamente al puerto UART de hardware RX / TX de la Raspberry PI (ttyAMA0) que, aunque se saca a los conectores de la pantalla, la pantalla no lo está usando (usa la interfaz SPI para comunicar las coordenadas táctiles entre el PI y él mismo).

Dediqué un puerto serie separado en el PI para la comunicación Xbee en lugar de pasar los mensajes a través de Raspberry -> Arduino -> convertidor 5v3v -> Xbee -> otros dispositivos. De esta manera, tampoco es un problema que el proceso de tostado esté bloqueando toda la MCU.

Paso 7: Código de control de la tostadora

El código es bastante simple, lo que se debe al hecho de que básicamente existe una comunicación unidireccional entre Arduio -> Raspberry PI.

Este dispositivo, a diferencia de la cafetera, no se puede controlar desde un teléfono o computadora, simplemente manualmente con algunos controles sofisticados.

La única función del PI aquí es el registro de datos y la visualización de gráficos agradables. No es un vial para el funcionamiento de la tostadora, se puede apagar completamente o incluso quitar de este proyecto, el Arduino hace todo el trabajo.

Al principio, el código reinicia los anillos de led, inicia los diversos temporizadores de retención y en cada bucle está mirando desde la entrada de los 2 interruptores giratorios. Esta entrada puede significar una rotación en sentido horario o antihorario o presionar cualquiera de los 2 interruptores (que en modo inactivo simplemente envía un comando básico IRONFORGE_OFF_ALARM a la computadora y luego vuelve al estado normal IRONFORGE_OFF).

Dentro de rotary_read_temp () y rotary_read_time () se cambiarán las variables global_temp y global_time. Este es el ÚNICO lugar en el código donde estos valores se pueden cambiar y almacenarán sus valores entre los eventos de tostado.

Dentro de estas dos funciones, se detecta rotary_memory () llamada una vez que se detecta un cambio en las posiciones. Esto es con el propósito de volver a cargar los estados de los LED en los anillos porque después del proceso de tostado se volverán a colocar en negro, para no desperdiciar energía y alargar su vida útil.

Las luces LED también se apagan periódicamente cada 10 minutos en caso de que no haya habido un evento giratorio reciente.

La conjunción de estas 2 funciones dará como resultado lo siguiente:

1, asumiendo estado inactivo

2, cualquiera de los rotativos se movió (si se ajustaron antes, estos valores se restaurarán de la memoria y se mostrarán en los leds)

3, si el proceso de tostado no comienza y no hay más eventos de ajuste, las luces se apagarán nuevamente

También los moví en un temporizador de espera separado de la pantalla porque la computadora se usará mucho para mostrar datos meteorológicos, pero no quiero que los LED giratorios se restauren todo el tiempo porque no quiero hacer un millón de brindis al día. día.

El principal proceso de tostado (lado Arduino):

Esto se iniciará cuando el sistema se active desde el relé de inicio de entrada (230 V) (y tanto el tiempo como la temperatura son diferentes de cero). El flujo del programa es el siguiente en el lado de Arduino:

1, encienda el solenoide para mantener presionada la palanca

2, enciende SSR para calentar

3, Dependiendo de la hora, inicie un bucle de tostado que cuenta hacia atrás. En cada bucle envíe los siguientes datos a la computadora:

-TEMPERATURE (originalmente valor de punto flotante pero se envía como 2 cadenas CSV)

-TIME queda (en segundos, esto se convertirá de nuevo al formato mm: ss en el otro extremo)

4, en cada bucle, dependiendo de la temperatura establecida, encienda o apague el SSR para controlar el proceso de tostado

5, al final del ciclo de tostado, el comando IRONFORGE_OFF se enviará a la computadora

6, apague SSR y suelte el solenoide

7, jugar al juego LED para lucirse (aquí también puede agregar música de reproducción o cualquier otra acción que desee)

8, leds de apagón

Como dije anteriormente, el bucle principal de tostado está bloqueando completamente la MCU, no se pueden realizar otras tareas durante este tiempo. También ignorará las entradas giratorias en este período de tiempo.

El proceso de tostado principal (Raspberry PI Side):

La raspberry pi ejecuta el programa de control principal C con un usuario sin privilegios que es responsable de todas las interacciones en el escritorio.

Decidí usar Conky para todas las pantallas de gráficos porque lo uso desde hace una década y parecía el más fácil de usar para el trabajo, sin embargo, tiene algunas trampas:

-La granularidad del gráfico no se puede cambiar, el gráfico es de grano demasiado fino, incluso después del tiempo máximo de tostado (5 minutos) solo llega a la mitad de la barra

-A Conky le gusta estrellarse, especialmente cuando sigues matándolo y recargándolo

Por la segunda razón, decidí generar todos los conkies a través de procesos de supervisión separados para vigilarlos.

El lua inactivo básico usa 2 conkies separados (1 para los datos meteorológicos y otro para el reloj).

Una vez que comience el tostado:

1, Arduino envía señales al programa raspberry pi C a través de serie con IRONFORGE_ON

2, el programa de control C detiene los 2 hilos conky y carga en el tercer conky lua para el tostado

3, el programa de control C escribe los valores de temperatura y tiempo en archivos de texto separados ubicados en el disco RAM (para no realizar operaciones RW innecesarias en la tarjeta SD), lo que los conkies están leyendo y mostrando automáticamente. El programa también es responsable de crear el tiempo restante en formato MM: SS.

4, al final del tostado, el programa C detiene el hilo de tostado actual y reinicia los 2 conkies volviendo a la visualización del tiempo y la hora de nuevo.

5, para la detección de alarmas, el programa C puede detener directamente el proceso de reproducción de música desde cron cuando en estado inactivo cualquiera de los rotativos está pulsado

Paso 8: Todos tus brindis nos pertenecen: NetBSD Vs Raspbian

Aunque la tostadora se hizo para ejecutar principalmente NetBSD y la visualización de la pantalla, el sonido y Arduino están trabajando con él, no hay soporte para la pantalla táctil. Agradecería la ayuda de cualquiera que esté interesado en escribir un controlador para esto.

El chip táctil de la pantalla LCD es XPT2046. La pantalla está usando SPI para enviar las coordenadas de entrada del cursor a la Raspberry.

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

• 19 Entrada de datos TP_SI SPI del panel táctil
• 21 Salida de datos TP_SO SPI del panel táctil
• 22 TP_IRQ Interrupción del panel táctil, nivel bajo mientras el panel táctil detecta tocar
• 23 TP_SCK Reloj SPI del panel táctil
• 26 Selección de chip del panel táctil TP_CS, bajo activo

En el momento de escribir este artículo, no tengo conocimiento de ninguna pantalla táctil (escudo) compatible con Raspberry PI que tenga un controlador NetBSD que funcione para el panel táctil.

Paso 9: Cierre y lista de tareas pendientes

Como siempre, cualquier ayuda, contribución, arreglos en el código son bienvenidos.

Este fue un truco recientemente completado, por lo que actualizaré el proyecto con las piezas de código que faltan más adelante (código de control de Raspberry pi C, Conky luas, etc.). También planeo crear imágenes de tarjeta sd de 8GB / 16GB de tamaño automático que contengan todo. Debido al hecho de que Raspberry PI es hardware estándar, cualquier persona que decida construir el proyecto podría simplemente descargar las imágenes, escribirlas en una tarjeta SD y la tostadora funcionaría después del arranque como la mía. La configuración de la red solo es necesaria para la hora correcta (NTP) y la visualización de temperatura.

Un paso restante será medir las temperaturas en el interior con un FLIR y agregar los ajustes a la lectura del sensor térmico MAX porque creo que se está calentando demasiado lento para el pequeño período máximo de tostado de 5 minutos.

También planea agregar escalado automático del período de tiempo dependiendo de la temperatura establecida para poder extender esta ventana de tiempo máxima de 5 minutos si se baja la temperatura.