Stand minuman cerdas dengan pengukuran suhu non-kontak

Seberapa sering saya membuat kopi atau teh untuk diri saya sendiri, menyisihkan untuk mendinginkan, menjalankan bisnis saya: saya belajar, memprogram, menonton Game of Thrones. Dan ketika saya ingat, semuanya sudah hangat, dan tidak ada yang lebih menjijikkan daripada teh hangat atau kopi. Masalah ini harus dipecahkan entah bagaimana, dan karenanya saya mulai membuat pendirian yang cerdas untuk teh, kopi, bir, sup, dll Berdasarkan pengukuran suhu non-kontak melalui TMP006 dari TI. Idenya adalah untuk berdiri untuk mengukur suhu cangkir dan memberikan bunyi bip segera setelah minuman saya mencapai suhu favorit saya.

Sensor TMP006 menghitung suhu suatu benda dengan mengukur radiasi termal dari permukaan piringan dalam kisaran 8-16 μm. Ini memungkinkan Anda untuk mengukur suhu tanpa kontak apa pun. Ideal, karena semua cangkir memiliki bentuk dan ukuran yang berbeda.

Mikrokontroler SiliconLabs dicirikan oleh konsumsi daya yang rendah dan biaya yang relatif rendah. Karena saya ingin dudukan bekerja pada baterai tunggal (CR2032) untuk waktu yang relatif lama, konsumsi daya memainkan peran besar di sini.

Dalam mode tidur dengan RTC aktif, EFM32ZG hanya menggunakan 4 μA. TMP006 dalam mode StandBy menggunakan 1 μA. Komponen tambahan termasuk Boost Up converter NCP1402 (untuk LED dan tweeter), yang juga memakan sekitar 1μA dalam mode Siaga.

Pertama, saya membuat prototipe berdasarkan EFM32 Zero Gecko (ARM M0 +) dari modul yang sudah jadi. Dalam mode tidur, ketika RTC aktif, sistem mengkonsumsi 11-12μA.



Dalam mode tidur, sistem menghabiskan 10 detik, kemudian bangun dan memeriksa apakah tombol aktivasi sentuh ditekan. Jika ditekan, pengguna diminta untuk mengatur suhu yang diinginkan. Suhu ditampilkan pada 8 LED dalam kode biner.

Setelah EFM32ZG menyala TMP006 dan pergi tidur. Sensor perlu satu detik untuk melakukan pengukuran. Dalam mode aktif, mengkonsumsi 220-240μA. Segera setelah hasilnya siap, mikrokontroler bangun, membaca nilai register TMP006, melakukan perhitungan yang sangat rumit dan akhirnya mendapatkan suhu permukaan. Jika suhu lebih tinggi dari yang diinginkan, maka seluruh sistem akan tidur selama 10 detik, lalu ulangi pengukuran. Jika suhu yang diinginkan tercapai, sinyal suara berbunyi - kopi Anda telah mencapai suhu ideal.

Ngomong-ngomong, ada fungsi tambahan: mengukur suhu dan mempertahankannya sesuai keinginan untuk masa depan. Stand memiliki ukuran 10x10 cm. Saatnya membuat papan (saya menggunakan KiCad):







Ketika papan sedang diproduksi (dipesan dari ragworm.uk), saya dikejutkan oleh materi iklan. Membuat penutup atas dan bawah:



Dipesan di layanan potong / ukiran laser lokal. Papan tiba dalam 10 hari: kualitas buruk, tetapi fungsional tidak terluka.



Saya melakukan beberapa kesalahan serius dan bodoh, tetapi karena ini adalah proyek pertama saya, saya dimaafkan. Setelah beberapa malam tanpa tidur coding dan debugging, itu berhasil:



Saatnya untuk mengkalibrasi TMP006. Untuk setiap sistem, kalibrasi yang memakan waktu perlu dilakukan untuk memperhitungkan konduktivitas termal antara sensor dan papan, seberapa besar bidang pandang sensor, dll. TMP006 sendiri adalah binatang yang sangat menarik dan licik, ia tidak akan berfungsi.

Kalibrasi dilakukan pada piring kaca dengan air panas dengan termometer presisi tinggi berdasarkan Pt1000 (+ -0,1 ° C).



Akurasi dengan peralatan seperti itu adalah + -1 ° C!

Sistem ini juga berfungsi baik dengan cangkir keramik, plastik, dan kertas. Itu semua tergantung pada konstanta emisivitas. Untuk banyak bahan, ia berada di wilayah 0,95-0,85. Tetapi logam jauh lebih rendah, terutama dengan permukaan yang dipoles.

Masalah lain adalah gelas tebal, di mana suhu air dan permukaan luar sangat berbeda.
Sejauh yang saya ingat kuliah tentang termodinamika, semakin tinggi suhu air, semakin besar perbedaannya. Dalam cangkir tebal saya, perbedaannya bisa mencapai 10 ° C pada 75 ° C air dan sekitar 3 ° C pada 60 ° C. Penting untuk mencari formula, mungkin kesalahan ini dapat dengan mudah diperbaiki.

Dan sekarang, produk siap:









Sistem berfungsi sebagaimana mestinya, dengan pengecualian bug kecil, yang akan segera saya hilangkan. Menurut pengukuran saya, satu baterai harus bertahan selama 6-10 bulan (dalam mode Siaga selama sekitar 2 tahun), tergantung pada seberapa sering Anda minum teh.

Sekarang dudukannya ada di desktop dan telah sangat berguna.

Video demo:



PS: Proyek ini dibuat untuk kompetisi dari Silicon Labs, maka logo dan bahasa Inggris dalam video.

Source: https://habr.com/ru/post/id387629/