Tự làm Bộ phân phối nước rửa tay không tiếp xúc mà không cần Arduino hoặc vi điều khiển: 17 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Như chúng ta đã biết, sự bùng phát COVID-19 đã tấn công thế giới và thay đổi lối sống của chúng ta. Trong điều kiện này, Rượu và nước rửa tay là những chất lỏng quan trọng, tuy nhiên, chúng phải được sử dụng đúng cách. Chạm vào hộp đựng cồn hoặc nước rửa tay bằng tay bị nhiễm bệnh có thể lây vi-rút cho người tiếp theo. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xây dựng một thiết bị phân phối nước rửa tay tự động sử dụng cảm biến IR để phát hiện sự hiện diện của bàn tay và kích hoạt một máy bơm để đổ chất lỏng trên tay. Mục đích là tìm giải pháp rẻ nhất và dễ nhất và thiết kế một mạch. Do đó không có Vi điều khiển hoặc Arduino nào được sử dụng. Hai thiết kế đã được giới thiệu và bạn có thể tự do lựa chọn và xây dựng bất kỳ thiết kế nào trong số đó. Thiết kế đầu tiên sử dụng các thành phần SMD và thiết kế thứ hai thậm chí còn đơn giản hơn. Nó sử dụng các thành phần DIP trên một bảng mạch PCB một lớp nhỏ.

I. Thiết kế đầu tiên:

[A] Phân tích mạch

Bạn có thể xem xét sơ đồ trong hình 1. Đầu nối P1 được sử dụng để kết nối nguồn 6V đến 12V cho mạch. Tụ điện C6 đã được sử dụng để giảm nhiễu nguồn cung cấp có thể xảy ra. REG-1 là bộ điều chỉnh AMS1117 [1] LDO nổi tiếng ổn định điện áp ở 5V.

Bước 1: Hình-1: Sơ đồ của Máy phân phối Nước rửa tay Tự động (Thiết kế đầu tiên)

D2 cho biết kết nối nguồn thích hợp và R5 giới hạn dòng LED. D1 là một diode phát IR và R1 giới hạn dòng D1, nói cách khác, nó xác định độ nhạy của cảm biến. U1 là IC hẹn giờ 555 [2] nổi tiếng đã được cấu hình để đưa xung 38KHz đến diode D1 (máy phát). Bằng cách xoay chiết áp R4, bạn có thể điều chỉnh tần số. C1 và C2 được sử dụng để giảm tiếng ồn. U2 là bộ thu IR TSOP1738 [3]. Theo bảng dữ liệu TSOP17XX: “Dòng TSOP17XX là máy thu thu nhỏ cho các hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại. Diode PIN và bộ tiền khuếch đại được lắp ráp trên khung dẫn, gói epoxy được thiết kế như một bộ lọc IR. Tín hiệu đầu ra được giải điều chế có thể được giải mã trực tiếp bằng bộ vi xử lý. TSOP17.. là dòng máy thu điều khiển từ xa IR tiêu chuẩn, hỗ trợ tất cả các mã truyền dẫn chính.” TSOP1738 giới thiệu một đầu ra hoạt động ở mức thấp. Nó có nghĩa là chân đầu ra của U2 ở mức Thấp khi có ánh sáng IR 38KHz. Do đó, tôi đã sử dụng P-Channel NDS356 MOSFET [4] rẻ tiền để điều khiển động cơ DC (bơm chất lỏng). D4 là một diode bảo vệ chống lại dòng điện ngược của động cơ và C8 làm giảm tiếng ồn cảm ứng của động cơ. D3 là đèn LED cho biết sự tiếp nhận và kích hoạt IR của bơm chất lỏng. C4 và C5 đã được sử dụng để giảm tiếng ồn của nguồn cung cấp.

[B] Bố cục PCB

Hình 2 cho thấy cách bố trí PCB. Như đã rõ, tất cả các thành phần ngoại trừ diode phát IR và bộ thu TSOP IR đều là SMD.

Bước 2: Hình-2: Bố trí PCB của Máy phân phối Nước rửa tay Tự động (Thiết kế đầu tiên)

Tôi đã sử dụng thư viện thành phần SamacSys (Biểu tượng giản đồ và Dấu chân PCB) cho AMS1117-5.0 [5], LM555 [6], TSOP1738 [7] và NDS536AP [8]. Các thư viện SamacSys là miễn phí và tuân theo các tiêu chuẩn dấu chân IPC. Việc sử dụng các thư viện này giúp giảm đáng kể thời gian thiết kế và ngăn ngừa các lỗi thiết kế. Để cài đặt các thư viện, bạn có thể sử dụng một plugin CAD [9] (hình 3) hoặc tải chúng xuống từ công cụ tìm kiếm thành phần. Tôi đã sử dụng Altium Designer, vì vậy tôi thích sử dụng plugin Altium hơn.

Bước 3: Hình-3: Các plugin CAD được hỗ trợ của SamacSys và các thành phần được sử dụng trong Altium Designer’s Plugin

Hình 4 và hình 5 minh họa hình ảnh 3D của mặt trên và mặt dưới của bảng mạch PCB

Bước 4: Hình-4: Chế độ xem 3D từ Bảng mạch PCB (trên cùng)

Bước 5: Hình-5: Chế độ xem 3D từ Bảng mạch PCB (dưới cùng)

[C] Assembly and TestNothing là đặc biệt trong quy trình lắp ráp các bộ phận. Tất cả các thành phần ngoại trừ cảm biến TR và RE đều là SMD. Tôi có ý định kiểm tra nhanh mạch, vì vậy tôi đã sử dụng bảng mạch PCB bán tự chế không có mặt nạ hàn và màn hình lụa. Nhiệm vụ của bạn dễ dàng hơn nhiều với bảng mạch PCB được chế tạo chuyên nghiệp:-). Hình 6 cho thấy nguyên mẫu.

Bước 6: Hình-6: Nguyên mẫu của Máy phân phối Nước rửa tay (Thiết kế đầu tiên) trên Bảng mạch PCB bán tự chế

Sau khi lắp ráp, hãy cố gắng điều chỉnh R1 và R4 để tìm phạm vi phát hiện và phù hợp nhất. R1 xác định công suất IR (phạm vi) và R4 xác định tần số truyền.

Bước 7: [D] Hóa đơn nguyên vật liệu

II. Thiết kế thứ hai

[A] Phân tích mạch

Hình 7 cho thấy sơ đồ của thiết bị. Đầu nối P3 được sử dụng để kết nối nguồn + 5V vào mạch. Các tụ điện C4 và C5 được sử dụng để giảm tiếng ồn của nguồn cung cấp đầu vào. IC1 là trái tim của mạch. Nó là bộ so sánh LM393 nổi tiếng [10].

Bước 8: Hình-7: Sơ đồ sơ đồ của Máy phân phối nước rửa tay tự động (Thiết kế thứ hai)

Theo bảng dữ liệu LM393: “Dòng LM393 là bộ so sánh điện áp chính xác độc lập kép có khả năng hoạt động nguồn cung cấp đơn hoặc chia nhỏ. Các thiết bị này được thiết kế để cho phép phạm vi chế độ chung? Đến? Mức đất với hoạt động cung cấp một lần. Thông số kỹ thuật điện áp bù đầu vào thấp tới 2,0 mV làm cho thiết bị này trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho nhiều ứng dụng trong điện tử dân dụng, ô tô và công nghiệp.”

Nó là một vi mạch rẻ tiền và thủ công. Nói chung, tôi đề nghị bạn nếu ứng dụng của bạn là một trình so sánh, chỉ cần sử dụng chip so sánh thay vì OPAMP. Chúng tôi đã sử dụng bộ so sánh đầu tiên của chip và chiết áp R3 xác định ngưỡng kích hoạt. C2 làm giảm tiếng ồn có thể có trên chân giữa của chiết áp. D1 là bộ phát IR và D2 là diode thu IR. D2 được kết nối với chân âm (-) của bộ so sánh để so sánh với chân dương (+) điện áp. Chân đầu ra của bộ so sánh đang hoạt động ở mức thấp, tuy nhiên, tốt hơn nên được kéo lên bằng cách sử dụng R4.

Q1 là bóng bán dẫn BD140 PNP nổi tiếng [11] điều khiển máy bơm (động cơ DC) và đèn LED D3. D4 là một diode bảo vệ ngược và C3 giảm nhiễu cảm ứng của máy bơm để không ảnh hưởng đến sự ổn định của mạch. Cuối cùng, P1 được sử dụng để kết nối với đèn LED 5mm màu xanh lam để chỉ ra kết nối nguồn phù hợp.

[B] Bố cục PCB

Hình 8 cho thấy cách bố trí PCB của thiết kế thứ hai. Nó là một bảng mạch PCB một lớp và tất cả các thành phần đều là DIP. Khá dễ dàng để mọi người có thể tự làm tại nhà một cách nhanh chóng.

Bước 9: Hình-8: Bố trí PCB của Máy phân phối Nước rửa tay Tự động (Thiết kế thứ hai)

Tương tự như thiết kế đầu tiên, tôi sử dụng thư viện thành phần SamacSys (Biểu tượng sơ đồ và Dấu chân PCB) cho LM393 [12] và BD140 [13]. Thư viện SamacSys miễn phí và tuân theo các tiêu chuẩn về dấu chân IPC. Để cài đặt các thư viện, bạn có thể sử dụng một plugin CAD [9] (hình 9) hoặc tải chúng xuống từ công cụ tìm kiếm thành phần. Việc sử dụng các thư viện này giúp giảm đáng kể thời gian thiết kế và ngăn ngừa các lỗi thiết kế. Tôi đã sử dụng phần mềm Altium Designer CAD, vì vậy tôi muốn cài đặt plugin Altium.

Bước 10: Hình-9: Các plugin CAD được hỗ trợ của SamacSys và các thành phần được sử dụng trong Altium Designer’s Plugin

Hình 10 cho thấy chế độ xem 3D từ bảng PCB đã lắp ráp.

Bước 11: Hình-10: Chế độ xem 3D từ Bảng mạch PCB (trên cùng)

[C] Lắp ráp và kiểm tra

Hình 11 cho thấy bảng mạch PCB đã lắp ráp. Đó là một bảng mạch PCB bán tự chế mà tôi đã sử dụng để thử nghiệm nhanh khái niệm này. Bạn có thể đặt hàng để chế tạo. Không có gì là đặc biệt trong hàn. Tất cả các thành phần là DIP. Khá dễ. Cứ làm đi:-). Thiết kế này dễ dàng hơn và thậm chí rẻ hơn so với thiết kế đầu tiên. Vì vậy, tôi đã làm theo cái này và hoàn thành thiết bị phân phối nước rửa tay.

Bước 12: Hình-11: Nguyên mẫu của Bộ phân phối chất vệ sinh (Thiết kế thứ hai) trên Bảng mạch PCB bán tự chế

Hình 12 cho thấy máy bơm chất lỏng đã chọn. Đây có lẽ là một trong những rẻ nhất trên thị trường, tuy nhiên, tôi hài lòng với hoạt động của nó.

Bước 13: Hình-12: Bơm chất lỏng được chọn để chảy chất lỏng vệ sinh tay

Cuối cùng, hình 13 cho thấy hộp đựng nước rửa tay hoàn chỉnh. Bạn có thể chọn bất kỳ hộp thủy tinh hoặc nhựa tương tự nào, chẳng hạn như hộp nhựa bảo quản cà phê. Cái tôi chọn là hộp đựng nước sốt bằng thủy tinh:-). Tôi đã sử dụng một sợi dây đồng đơn giản để uốn và giữ ống mềm. Xoay chiết áp R3 từ mức độ nhạy thấp nhất và tăng nhẹ để đạt được phạm vi phát hiện mong muốn của bạn. KHÔNG làm cho nó quá nhạy cảm vì máy bơm có thể hoạt động tự phát mà không cần bất kỳ kích hoạt nào!

Bước 14: Hình-13: Quy trình tự làm hoàn chỉnh của Hộp đựng nước rửa tay

Hình 14 cho thấy bộ phân phối trong bóng tối. Đèn LED màu xanh lam (P1) cho tầm nhìn hấp dẫn nên được gắn trên nắp hộp đựng.

Bước 15: Hình-14: Chế độ xem hộp đựng nước rửa tay trong bóng tối

Bước 16: [D] Hóa đơn nguyên vật liệu

Bước 17: Tham khảo

Bài viết chính:

[1]: AMS1117-5.0 Datasheet:

[2]: Biểu dữ liệu LM555:

[3]: TSOP1738 Datasheet:

[4]: NDS356 Datasheet:

[5]: Biểu tượng sơ đồ AMS1117-5.0 và Dấu chân PCB:

[6]: Biểu tượng sơ đồ LM555 và Dấu chân PCB:

[7]: Biểu tượng sơ đồ TSOP1738 và Dấu chân PCB:

[8]: Biểu tượng sơ đồ NDS356 và Dấu chân PCB:

[9]: Các plugin CAD:

[10]: Bảng dữ liệu LM393:

[11]: Biểu dữ liệu BD140:

[12]: Biểu tượng sơ đồ LM393 và Dấu chân PCB:

[13]: Biểu tượng sơ đồ BD140 và Dấu chân PCB: