HotOrNot-koffieroerder - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Een slimme drankroerder die aangeeft wanneer het veilig is om te drinken zonder te verbranden.

De inspiratie voor dit project was mijn eigen. Ik heb de neiging om te snel thee te drinken, en schroei of verbrand in de lippen of de tong en moet dan een tijdje wachten tot de thee is afgekoeld.

Onlangs was er een onderzoek dat een verband aantoonde tussen het drinken van hete thee en slokdarmkanker. Hier is de link naar het originele artikel https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ijc.32220 https://edition.cnn.com/2019/03/20/health/hot-tea-linked -studie-naar-hogere-kankerrisico-studie-intl/index.html

Het project is een poging met laag vermogen om een eenvoudige roerder te maken die in een warme drank kan worden gedompeld. Het hart van het hele project is een ATtiny85-chip die draait op 8Mhz. De temperatuurmeting wordt verzorgd door een DS18b20-sensor.

Benodigdheden

ATtiny85 SOIC-chip of een Digispark-module

DS18b20-sensor

WS2812B LED's

A03416 Mosfet

Stap 1: Vereisten en analyse

Ik begon het idee door me voor te stellen hoe de gebruiker met het apparaat zou willen omgaan en wat zijn ervaring zou zijn. Ik interviewde een paar van mijn vrienden via sociale media en chatgroepen. Dit hielp me om onderliggende gemeenschappelijke vereisten te achterhalen.

Dit zijn de algemene vereisten:

1) Ik verwacht dat het apparaat een maand lang twee keer per dag werkt, zonder op te laden.

2) Ik verwacht de exacte temperatuur van mijn drank te weten.

3) Ik moet het apparaat gemakkelijk en met stromend water kunnen reinigen.

4) Het mag helemaal niet zwaar zijn en zou ongeveer een potlood moeten wegen.

5) Het moet de vormfactor van een roerder hebben.

6) Het moet zich kunnen aanpassen aan elke bekende soort thee-/koffiemok die om me heen beschikbaar is.

Sommige hiervan waren gemakkelijk te ontmoeten (gebaseerd op ervaring), maar sommige waren grote vraagtekens. Desalniettemin begon ik onderdelen te bestellen en een basiswerkcircuit samen te stellen dat ik kon testen en mijn doelstellingen verfijnen.

Ik dacht er aanvankelijk aan om geen Li-ionbatterij te plaatsen vanwege exportbeperkingen en certificeringen die ik zou moeten doorlopen. Ik plande mijn ontwerp rond een CR2032-batterij.

De batterij liep een flink aantal dagen voordat hij leeg was en werd afgewezen omdat de productgrootte omslachtig begon te worden. Sommige van mijn vrienden stemden tegen het hele idee van een vervangbare batterij.

Mijn eerste prototype was ook met een rode, gele en groene discrete LED die was vastgemaakt aan de I/O-pinnen van de Attiny85.

Ik kreeg steeds betere informatie over het gedrag van het systeem, wat vertrouwen gaf om door te gaan en de Low Power-code voor de Attiny85 te proberen.

Stap 2: Schakel over naar WS2812B en Low Power MOSFET

Ik heb mijn LED verschoven van discrete naar RGB WS2812, omdat ik me realiseerde dat ik misschien meer I/0-pinnen nodig heb voor ander gebruik.

Ik kwam er ook achter dat de discrete LED's niet kunnen zorgen voor een goed bereik van verlichting waar ik op hoopte, zonder toevlucht te nemen tot PWM.

Ik had ervaring met het gebruik van de WS2812B LED's en ik vond ze erg leuk, maar mijn enige zorg was hun standby stroomverbruik als ze niet branden. Elke LED kan ongeveer 1 mA van de batterij trekken als hij niet aan is, waardoor hij stroom verspilt als hij geen zin heeft.

Zelfs toen de Attiny85 sliep, was het stroomverbruik van de DS18B20 en de WS2812LED-strip van 8 LED's ongeveer 40mA, wat een groot probleemgebied was.

Er was een idee. Ik kon de LED's en de DS18b20-sensor inschakelen met behulp van een Logic Level Mosfet.

Ik heb mijn ogen gericht op de AO3416 MOSFET die een lage Rds (aan) van 22mohm heeft toen de Vgs 1.8v was. Deze MOSFET was een perfecte keuze om in mijn circuit te plaatsen en te proberen.

Ik slaagde erin om de behoefte aan stand-byvermogen te verlagen van 40mA tot minder dan 1uA door de MOSFET te gebruiken. Ik kwam wel een beetje op tijd, want toen de stroom naar de LED eenmaal was afgesneden, moet deze opnieuw worden geïnitialiseerd en dat heeft even geduurd.

De tactiele knop in de afbeelding wordt gebruikt om de Attiny85 uit de diepe slaap te halen en de temperatuur te meten.

Over het algemeen was ik blij met het hele circuit en besloot dat het tijd was om een PCB voor het hele circuit te ontwerpen.

Stap 3: Een PCB ontwerpen

Het kostte me een tijdje om een PCB te ontwerpen in EasyEDA.

Ten eerste waren er twee sprongen van vertrouwen die ik nam

1) Ik heb de SK6812 LED niet getest omdat ik er geen had. Ik las de LED-documentatie en deze was identiek aan de WS2812B LED.

2) De LTC4054 Li Ion-opladerchip, ik had er geen ervaring mee om ermee te ontwerpen.

Ik las veel ontwerpnotities voor beide apparaten en ontdekte wat ik nodig had.

Voor de SK6812 LED kwam ik erachter dat het lastig zal zijn om deze met de hand te solderen. Maar ik kon er geen alternatief voor vinden. Easy EDA had het onderdeel ontworpen en ik heb het gebruikt. Uiteindelijk heb ik ook de padlay-out van het ontwerp vergeleken met de mechanische LED-tekeningen en bevestigde dat het binnen de specificaties viel.

De LTC4054 was een chip die eenvoudig genoeg was om mee te werken. Ik heb de laadstroom van de Li-ionbatterij ingesteld op 200 mA, omdat mijn batterij 300 mA was, wat de laadstroom minder dan 1C maakt, en over het algemeen goed is voor de batterij en de oplader.

Ik heb een batterij gekocht en mijn PCB daarop aangepast. De PCB-afmetingen zijn 30 mm x 15 mm en alle componenten bevinden zich aan de bovenzijde van de PCB.

Ik heb een bestelling gedaan bij JLCPCB in de laatste week van april, en de PCB's kwamen in de eerste week van mei.

Een vriend die een vaste hand heeft en de telefoon repareert voor de kost, heeft me geholpen alle onderdelen voor de printplaat te solderen. Het moeilijkste was de SK6812 LED. Alles was uitzonderlijk goed gesoldeerd en ik heb ook basistests gedaan op de LED's en de ATtiny. In onderstaande afbeelding zijn de SK6812 LED's de twee witte rechthoeken aan de rand van het bord, aan de rechterkant van de USB Micro-connector. De LTC4054 is de kleine 5-potige chip in het midden van het bord. De witte rechthoek aan de onderkant van het bord (rechts van de LTC4054) is de resetknop. De ATtiny85 is de 8-potige SOIC-chip. de drie pads helemaal rechts zijn om de DS18b20 temperatuursensor aan te sluiten.

Ik heb een SOIC-clipadapter die ik gebruik om de ATtiny85 te programmeren zoals hieronder weergegeven.

Ik blijf mijn projectvoortgang op Instagram updaten, ook met video's.

Stap 4: De roerder gebruiken

Om de roerder te gebruiken, hoef je alleen maar:

1) Dompel de metalen sensor in uw drankje.

2) Druk op de knop op de Roerder

3) Wacht tot de leds op de roerder geel beginnen te knipperen. Uw drank is op de juiste temperatuur om te drinken.

Stap 5: Het idee naar voren brengen

Ik realiseerde me na onderzoek dat het een goed idee zou zijn om over het project te praten en interesse te wekken voor het idee voordat ik er meer middelen voor inzet.

Het apparaat is sinds twee maanden operationeel bij tweemaal daags gebruik.

Ik heb de keuze om naar een thermokoppel te gaan of bij de huidige sensorkeuze te blijven. Het thermokoppel is beter bestand tegen temperaturen en is verkrijgbaar in een heel klein formaat. De DS18b20 daarentegen is groot genoeg om niet in de kleine ovale gleuf te steken die in de meeste koffiekopjes aanwezig is, wanneer je koffie koopt bij een Starbucks of Dunkin Donuts.

Er zijn ook problemen met de veiligheid. Het is mogelijk dat chemicaliën die tijdens het soldeer- en fabricageproces worden gebruikt, in de koffie uitlogen. Het schoonmaken van de roerder is een ander probleem, omdat er een batterij in zit, dus het ontwerp moet dit kunnen toestaan. Het is niet moeilijk om zoiets te ontwerpen, maar ook niet triviaal.

Ik ben een voorgesprek begonnen met een paar behulpzame industrieel ontwerpers die geïnteresseerd lijken te zijn om een bijdrage te leveren, eens kijken waar het project toe leidt. Het zal geweldig zijn als het project een commercieel succes wordt en levens helpt redden. Duimen!