具有非接触式温度测量的智能饮料架

我为自己做咖啡或茶的频率有多高，一会儿放凉去做生意：我学习，编程，观看《权力的游戏》。当我想起时，一切已经很温暖了，没有什么比温暖的茶或咖啡更令人恶心的了。这个问题必须以某种方式解决，所以我开始为茶，咖啡，啤酒，汤等制作漂亮的架子。基于TI通过TMP006进行的非接触式温度测量。我的想法是让架子测量杯子的温度，并在我的饮料达到我喜欢的温度时发出哔哔声。

TMP006传感器通过测量8-16 µm范围内的盘子表面的热辐射来计算物体的温度。这使您无需接触即可测量温度。理想选择，因为所有杯子的形状和尺寸都不同。

SiliconLabs微控制器的特征在于低功耗和相对较低的成本。由于我希望将支架用单个电池（CR2032）长时间工作，因此功耗在其中起着重要的作用。

在RTC开启的睡眠模式下，EFM32ZG仅使用4 µA。 StandBy模式下的TMP006使用1 µA。其他组件包括升压转换器NCP1402（用于LED和高音扬声器），它在待机模式下的功耗也约为1µA。

首先，我从现成的模块中组装了基于EFM32零壁虎（ARM M0 +）的原型。在睡眠模式下，打开RTC时，系统消耗11-12µA。



在睡眠模式下，系统会花费10秒钟，然后唤醒并检查是否按下了触摸激活按钮。如果按下，则提示用户设置所需温度。温度以二进制编码显示在8个LED上。

EFM32ZG打开TMP006之后进入睡眠状态。传感器需要一秒钟进行测量。在活动模式下，它消耗220-240µA。结果准备好后，微控制器将唤醒，读取TMP006寄存器的值，执行非常棘手的计算并最终获得表面温度。如果温度高于所需温度，则整个系统将进入睡眠状态10秒钟，然后重复测量。如果达到所需温度，则会发出声音信号-您的咖啡已达到理想温度。

顺便说一句，还有一个附加功能：测量温度并将其保持在将来所需的水平。架子的尺寸为10x10厘米，是时候制作一块木板了（我使用KiCad）：







在生产木板（从ragworm.uk订购）时，我对创意感到震惊。制成顶盖和底盖：



在本地激光切割/雕刻服务处订购。木板在10天之内到达：质量很差，但功能并未受到伤害。



我犯了几个严重而愚蠢的错误，但是由于这是我的第一个项目，因此可以原谅。经过



一夜无眠的编码和调试后，它开始起作用：现在该校准TMP006。对于每个系统，都需要进行耗时的校准，以考虑传感器与电路板之间的热导率，传感器的视场大小等。 TMP006本身是一种非常有趣且狡猾的野兽，它将无法正常工作。

使用基于Pt1000（+ -0.1°C）的高精度温度计在玻璃盘上用热水进行校准。



此类器具的准确度为+ -1°C！

该系统还可以与陶瓷杯，塑料和纸配合使用。这完全取决于发射率常数。对于许多材料，该值在0.95-0.85左右。但是金属的含量要低得多，尤其是具有抛光表面的金属。

另一个问题是较厚的杯子，其中水的温度和外面的表面有很大不同。
就我记得关于热力学的讲座而言，水的温度越高，差异就越大。在我的厚杯子中，水在75°C时，相差可达10°C；在60°C时，相差可达3°C。有必要搜索公式，也许可以很容易地纠正此错误。

现在，产品已准备就绪：









该系统可以正常工作，除了一些小错误，我很快会消除。根据我的测量，一瓶电池可持续使用6-10个月（在待机模式下约2年），具体取决于您喝茶的频率。

现在，该支架位于桌面上，非常有用。

演示视频：



PS：该项目是为Silicon Labs的竞赛而设计的，因此视频中带有徽标和英语。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN387629/