Support à boisson intelligent avec mesure de température sans contact

Combien de fois ai-je fait du café ou du thé pour moi, mis de côté pour refroidir, vaquer à mes occupations: j'ai étudié, programmé, regardé le Game of Thrones. Et quand je me suis souvenu, tout était déjà chaud, et il n'y a rien de plus dégoûtant que du thé ou du café chaud. Ce problème devait être résolu d'une manière ou d'une autre, et j'ai donc commencé à créer un support intelligent pour le thé, le café, la bière, la soupe, etc. Basé sur une mesure de température sans contact via TMP006 de TI. L'idée est que le support mesure la température de la tasse et émette un bip dès que ma boisson atteint ma température préférée.

Le capteur TMP006 calcule la température d'un objet en mesurant le rayonnement thermique de la surface d'une assiette dans une plage de 8 à 16 µm. Cela vous permet de mesurer la température sans aucun contact. Idéal, car toutes les tasses sont de formes et de tailles différentes.

Les microcontrôleurs SiliconLabs se caractérisent par une faible consommation d'énergie et un coût relativement faible. Étant donné que je souhaite que le support fonctionne sur une seule batterie (CR2032) pendant une période relativement longue, la consommation d'énergie joue ici un grand rôle.

En mode veille avec RTC activé, l'EFM32ZG utilise seulement 4 µA. Le TMP006 en mode veille utilise 1 µA. Les composants supplémentaires incluent le convertisseur Boost Up NCP1402 (pour les LED et les tweeters), qui consomme également environ 1µA en mode veille.

Tout d'abord, j'ai assemblé un prototype basé sur EFM32 Zero Gecko (ARM M0 +) à partir de modules prêts à l'emploi. En mode veille, lorsque RTC est activé, le système consomme 11 à 12 µA.



En mode veille, le système passe 10 secondes, puis se réveille et vérifie si le bouton d'activation tactile est enfoncé. Si vous appuyez dessus, l'utilisateur est invité à régler la température souhaitée. La température est affichée sur 8 LED en codage binaire.

Après EFM32ZG allume TMP006 et se met en veille. Le capteur a besoin d'une seconde pour prendre une mesure. En mode actif, il consomme 220-240µA. Dès que le résultat est prêt, le microcontrôleur se réveille, lit les valeurs des registres TMP006, effectue des calculs très délicats et obtient enfin la température de surface. Si la température est supérieure à celle souhaitée, l'ensemble du système se met en veille pendant 10 secondes, puis répète la mesure. Si la température souhaitée est atteinte, un signal sonore retentit - votre café a atteint la température idéale.

Au fait, il y a une fonction supplémentaire: mesurer la température et la garder comme vous le souhaitez pour l'avenir. Le support a une taille de 10x10 cm Il est temps de fabriquer une planche (j'utilise KiCad):







Pendant que les planches étaient en production (commandées sur ragworm.uk), j'ai été frappé par la créatrice. Fabriqué le couvercle supérieur et inférieur:



Commandé auprès d'un service de découpe / gravure laser local. Les planches sont arrivées en 10 jours: la qualité est mauvaise, mais la fonctionnalité n'a pas été blessée.



J'ai fait quelques erreurs graves et stupides, mais comme c'est mon premier projet, je suis excusable. Après de nombreuses nuits blanches de codage et de débogage, cela a fonctionné:



il est temps de calibrer le TMP006. Pour chaque système, un étalonnage fastidieux doit être effectué pour prendre en compte la conductivité thermique entre le capteur et la carte, la largeur du champ de vision du capteur, etc. TMP006 lui-même est une bête très intéressante et rusée, ça ne marchera pas.

L'étalonnage a été effectué sur une coupelle en verre avec de l'eau chaude avec un thermomètre de haute précision basé sur Pt1000 (+ -0,1 ° C).



La précision avec de tels ustensiles est de + -1 ° C!

Le système fonctionne également bien avec des gobelets en céramique, du plastique et du papier. Tout dépend de la constante d'émissivité. Pour de nombreux matériaux, il est de l'ordre de 0,95-0,85. Mais les métaux sont beaucoup plus bas, surtout avec une surface polie.

Un autre problème est les tasses épaisses, dans lesquelles la température de l'eau et la surface extérieure sont très différentes.
Pour autant que je me souvienne des conférences sur la thermodynamique, plus la température de l'eau est élevée, plus la différence est grande. Dans ma tasse épaisse, la différence peut aller jusqu'à 10 ° C à 75 ° C d'eau et environ 3 ° C à 60 ° C. Il est nécessaire de rechercher la formule, peut-être que cette erreur peut être facilement corrigée.

Et maintenant, le produit est prêt:









Le système fonctionne comme il se doit, à l'exception des bugs mineurs que j'éliminerai bientôt. Selon mes mesures, une batterie devrait durer de 6 à 10 mois (en mode veille pendant environ 2 ans), selon la fréquence à laquelle vous buvez du thé.

Maintenant, le support est sur le bureau et a été incroyablement utile.

Vidéo de démonstration:



PS: Le projet a été réalisé pour un concours de Silicon Labs, d'où le logo et la langue anglaise dans la vidéo.

Source: https://habr.com/ru/post/fr387629/