حامل مشروبات ذكي مع قياس درجة حرارة عدم الاتصال

كم مرة كنت أصنع القهوة أو الشاي لنفسي ، جانباً لتبرد ، أذهب إلى عملي: درست ، برمجت ، شاهدت لعبة العروش. وعندما تذكرت ، كان كل شيء دافئًا بالفعل ، ولا يوجد شيء أكثر إثارة للاشمئزاز من الشاي أو القهوة الدافئة. يجب حل هذه المشكلة بطريقة ما ، لذلك بدأت في صنع حامل ذكي للشاي والقهوة والبيرة والحساء ، إلخ. استنادًا إلى قياس درجة حرارة عدم الاتصال عبر TMP006 من TI. الفكرة هي أن يقوم الحامل بقياس درجة حرارة الكوب وإعطاء صوت تنبيه بمجرد أن يصل مشربي إلى درجة الحرارة المفضلة لدي.

يحسب جهاز استشعار TMP006 درجة حرارة الجسم عن طريق قياس الإشعاع الحراري لسطح طبق في نطاق 8-16 ميكرومتر. هذا يسمح لك بقياس درجة الحرارة دون أي اتصال. مثالية ، لأن جميع الكؤوس مختلفة في الشكل والحجم.

تتميز أجهزة التحكم الدقيقة SiliconLabs باستهلاك منخفض للطاقة وتكلفة منخفضة نسبيًا. نظرًا لأنني أريد أن يعمل الحامل على بطارية واحدة (CR2032) لفترة طويلة نسبيًا ، يلعب استهلاك الطاقة دورًا كبيرًا هنا.

في وضع السكون مع تشغيل RTC ، يستخدم EFM32ZG فقط 4 أمبير. يستخدم TMP006 في وضع StandBy 1 أمبير. تشمل المكونات الإضافية محول Boost Up NCP1402 (لمصابيح LED ومكبرات الصوت) ، والتي تأكل أيضًا حوالي 1µA في وضع الاستعداد.

أولاً ، جمعت نموذجًا أوليًا يعتمد على EFM32 Zero Gecko (ARM M0 +) من الوحدات الجاهزة. في وضع السكون ، عند تشغيل RTC ، يستهلك النظام 11-12 11A.



في وضع السكون ، يقضي النظام 10 ثوانٍ ، ثم يستيقظ ويتحقق مما إذا تم الضغط على زر تنشيط اللمس. عند الضغط عليه ، يُطلب من المستخدم ضبط درجة الحرارة المطلوبة. يتم عرض درجة الحرارة على 8 LEDs في الترميز الثنائي.

بعد تشغيل EFM32ZG ، TMP006 والذهاب إلى النوم. يحتاج المستشعر إلى ثانية واحدة لإجراء القياس. في الوضع النشط ، يستهلك 220-240µA. بمجرد أن تصبح النتيجة جاهزة ، يستيقظ المتحكم الدقيق ، ويقرأ قيم تسجيلات TMP006 ، ويقوم بحسابات صعبة للغاية ويحصل أخيرًا على درجة حرارة السطح. إذا كانت درجة الحرارة أعلى من المطلوب ، فإن النظام بأكمله ينام لمدة 10 ثوانٍ ، ثم يكرر القياس. في حالة الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة ، تنطلق إشارة صوتية - تصل القهوة إلى درجة الحرارة المثالية.

بالمناسبة ، هناك وظيفة إضافية: قياس درجة الحرارة والاحتفاظ بها على النحو المطلوب في المستقبل. يبلغ حجم الحامل 10x10 سم ، وقد حان الوقت لإنشاء لوح (أستخدم KiCad):







بينما كانت الألواح قيد الإنتاج (مرتبة من ragworm.uk) ، أذهلتني المواد الإبداعية. صنع الغطاء العلوي والسفلي:



طلبت في خدمة القطع والنقش بالليزر المحلية. وصلت الألواح في 10 أيام: الجودة رديئة ، لكن الوظيفة لم تصب.



لقد ارتكبت بعض الأخطاء الخطيرة والغباء ، ولكن بما أن هذا هو أول مشروع لي ، فأنا أعذر. بعد عدة ليال بلا نوم من الترميز والتصحيح ،



نجح الأمر: حان الوقت لمعايرة TMP006. بالنسبة لكل نظام ، يجب إجراء معايرة مستهلكة للوقت لتأخذ في الاعتبار التوصيل الحراري بين المستشعر واللوحة ، وكم مجال رؤية المستشعر ، وما إلى ذلك. TMP006 نفسها وحش مثير للاهتمام ومكر ، ولن ينجح.

تم إجراء المعايرة على طبق زجاجي بالماء الساخن مع ترمومتر عالي الدقة يعتمد على Pt1000 (+ -0.1 درجة مئوية).



الدقة مع هذه الأواني هي + -1 ° C!

يعمل النظام بشكل جيد أيضًا مع أكواب السيراميك والبلاستيك والورق. كل هذا يتوقف على ثابت الانبعاث. بالنسبة للعديد من المواد ، تقع في منطقة 0.95-0.85. لكن المعادن أقل بكثير ، خاصة مع سطح مصقول.

مشكلة أخرى هي الكؤوس السميكة ، حيث تختلف درجة حرارة الماء والسطح الخارجي تمامًا.
بقدر ما أتذكر محاضرات عن الديناميكا الحرارية ، كلما ارتفعت درجة حرارة الماء ، زاد الاختلاف. في القدح السميك ، يمكن أن يصل الفرق إلى 10 درجة مئوية عند 75 درجة مئوية من الماء وحوالي 3 درجات مئوية عند 60 درجة مئوية. من الضروري البحث عن الصيغة ، ربما يمكن تصحيح هذا الخطأ بسهولة.

والآن المنتج جاهز:









يعمل النظام كما ينبغي ، باستثناء الأخطاء الطفيفة التي سأزيلها قريبًا. وفقًا لقياساتي ، يجب أن تستمر بطارية واحدة لمدة 6-10 أشهر (في وضع الاستعداد لمدة عامين تقريبًا) ، اعتمادًا على عدد مرات شرب الشاي.

الآن الحامل على سطح المكتب وكان مفيدًا بشكل لا يصدق.

فيديو تجريبي:



ملاحظة: تم إنشاء المشروع لمسابقة من مختبرات السيليكون ، ومن هنا الشعار واللغة الإنجليزية في الفيديو.

Source: https://habr.com/ru/post/ar387629/