Dispensador de desinfectant de mans sense contacte, sense arduino ni microcontrolador: 17 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Com tots sabem, el brot de COVID-19 va colpejar el món i va canviar el nostre estil de vida. En aquesta condició, l’alcohol i els desinfectants per a mans són fluids vitals, però s’han d’utilitzar correctament. Si toqueu contenidors d’alcohol o desinfectants per a les mans amb les mans infectades, es pot propagar el virus a la següent persona. En aquest article, crearem un dispensador automàtic de desinfectant de mans que utilitzi sensors IR per detectar la presència d’una mà i activa una bomba per abocar el líquid a la mà. La intenció era trobar la solució més barata i senzilla i dissenyar un circuit. Per tant, no s'ha utilitzat cap microcontrolador ni Arduino. S'han introduït dos dissenys i podeu seleccionar i construir qualsevol d'ells. El primer disseny utilitza components SMD i el segon és encara més senzill. Utilitza components DIP en una petita placa de PCB d’una sola capa.

I. Primer disseny:

[A] Anàlisi de circuits

Podeu considerar el diagrama esquemàtic de la figura 1. El connector P1 s’utilitza per connectar l’alimentació de 6V a 12V al circuit. El condensador C6 s'ha utilitzat per reduir els possibles sorolls de subministrament. El REG-1 és el famós regulador LDO AMS1117 [1] que estabilitza la tensió a 5V.

Pas 1: Figura 1: Diagrama esquemàtic del dispensador automàtic de desinfectant de mans (primer disseny)

D2 indica la connexió d’alimentació adequada i R5 limita el corrent del LED. D1 és un díode transmissor IR i R1 limita el corrent D1, és a dir, determina la sensibilitat del sensor. U1 és el famós CI de temporitzador 555 [2] que s'ha configurat per injectar un impuls de 38 KHz al díode D1 (transmissor). En girar el potenciòmetre R4, podeu ajustar la freqüència. C1 i C2 s’utilitzen per reduir el soroll. U2 és un receptor IR TSOP1738 [3]. Segons el full de dades TSOP17XX: “Les sèries TSOP17XX són receptors miniaturitzats per a sistemes de control remot d'infrarojos. El díode PIN i el preamplificador es munten al marc principal, el paquet epoxi està dissenyat com a filtre IR. El senyal de sortida demodulat es pot descodificar directament mitjançant un microprocessador. TSOP17.. és la sèrie de receptors de comandaments a distància IR estàndard, que admet tots els codis de transmissió principals. " El TSOP1738 introdueix una sortida activa-baixa. Significa que el pin de sortida de l’U2 baixa en presència de la llum IR de 38 KHz. Per tant, he utilitzat un MOSFET NDS356 de canal P barat [4] per conduir el motor de corrent continu (bomba de líquid). D4 és un díode protector contra corrents inverses del motor i C8 redueix els sorolls inductius del motor. D3 és un LED que indica la recepció IR i l’activació de la bomba de líquid. S’han utilitzat C4 i C5 per reduir els sorolls de subministrament.

[B] Disseny de PCB

La figura 2 mostra el disseny del PCB. Com és clar, tots els components, excepte el díode transmissor IR i el receptor IR TSOP, són SMD.

Pas 2: Figura 2: Disseny de PCB del dispensador automàtic de desinfectant de mans (primer disseny)

He utilitzat les biblioteques de components SamacSys (Schematic Symbols and PCB Footprints) per a l'AMS1117-5.0 [5], LM555 [6], TSOP1738 [7] i NDS536AP [8]. Les biblioteques SamacSys són gratuïtes i segueixen els estàndards d’empremta IPC. L’ús d’aquestes biblioteques redueix significativament el temps de disseny i evita errors de disseny. Per instal·lar les biblioteques podeu utilitzar un connector CAD [9] (figura 3) o descarregar-les des del motor de cerca de components. He utilitzat Altium Designer, de manera que he preferit utilitzar el connector Altium.

Pas 3: Figura 3: Connectors CAD compatibles amb SamacSys i els components usats del connector Altium Designer

La figura 4 i la figura 5 mostren vistes 3D de la part superior i inferior de la placa PCB

Pas 4: Figura 4: una vista 3D des de la placa PCB (part superior)

Pas 5: Figura 5: una vista 3D des de la placa PCB (part inferior)

[C] Assemblea i TestNothing és especial en el procés de muntatge de peces. Tots els components, excepte els sensors TR i RE, són SMD. Vaig tenir la intenció de provar ràpidament el circuit, de manera que vaig utilitzar una placa PCB semi-casolana sense màscares de soldadura ni serigrafia. La vostra tasca és molt més fàcil amb una placa de PCB fabricada professional:-). La figura 6 mostra el prototip.

Pas 6: Figura 6: un prototip del dispensador de desinfectant de mans (primer disseny) en una placa semi-casolana de PCB

Després del muntatge, intenteu ajustar el R1 i el R4 per trobar el millor ajust i rang de detecció. R1 defineix la potència IR (rang) i R4 defineix la freqüència de transmissió.

Pas 7: [D] llista de materials

II. Segon disseny

[A] Anàlisi de circuits

La figura 7 mostra l’esquema esquemàtic del dispositiu. El connector P3 s’utilitza per connectar l’alimentació de + 5V al circuit. Els condensadors C4 i C5 s’utilitzen per reduir els sorolls d’alimentació d’entrada. IC1 és el cor del circuit. És el famós comparador LM393 [10].

Pas 8: Figura 7: Esquema del dispensador automàtic de desinfectant de mans (segon disseny)

Segons el full de dades LM393: “Les sèries LM393 són comparadors de tensió de precisió independents dobles capaços de funcionar amb subministrament simple o dividit. Aquests dispositius estan dissenyats per permetre un rang de mode comú entre el nivell del terra i l'operació de subministrament únic. Especificacions de tensió de desplaçament d’entrada de fins a 2,0 mV fan d’aquest dispositiu una excel·lent selecció per a moltes aplicacions en electrònica de consum, automoció i industrial”.

És un CI barat i pràctic. En general, us suggereixo que si la vostra aplicació és un comparador, simplement utilitzeu xips de comparació en lloc d’OPAMP. Hem utilitzat el primer comparador del xip i el potenciòmetre R3 defineix el llindar d'activació. C2 redueix els possibles sorolls al pin central del potenciòmetre. D1 és un transmissor IR i D2 és un díode receptor IR. D2 està connectat al pin negatiu (-) del comparador per comparar-lo amb el voltatge positiu del pin (+). El pin de sortida del comparador és actiu-baix, tot i que és millor tirar-lo amb R4.

Q1 és el famós transistor PNP BD140 [11] que acciona la bomba (motor de corrent continu) i el LED D3. D4 és un díode de protecció inversa i C3 redueix els sorolls inductius de la bomba per no afectar l'estabilitat del circuit. Finalment, P1 s’utilitza per connectar un LED blau de 5 mm per indicar una connexió d’alimentació adequada.

[B] Disseny de PCB

La figura 8 mostra el disseny del PCB del segon disseny. És una placa PCB de capa única i tots els components són DIP. Bastant fàcil per a tothom construir aquest bricolatge a casa ràpidament.

Pas 9: Figura 8: Disseny de PCB del dispensador automàtic de desinfectant de mans (segon disseny)

Igual que el primer disseny, vaig utilitzar les biblioteques de components SamacSys (símbols esquemàtics i petjades de PCB) per al LM393 [12] i el BD140 [13]. Les biblioteques SamacSys són gratuïtes i segueixen els estàndards d’empremta IPC. Per instal·lar les biblioteques podeu utilitzar un connector CAD [9] (figura 9) o descarregar-les des del motor de cerca de components. L’ús d’aquestes biblioteques redueix significativament el temps de disseny i evita errors de disseny. He utilitzat el programari CAD Altium Designer, de manera que he preferit instal·lar el connector Altium.

Pas 10: Figura 9: Connectors CAD compatibles amb SamacSys i els components usats del connector Altium Designer

La Figura 10 mostra una vista 3D des de la placa PCB muntada.

Pas 11: Figura 10: una vista 3D des de la placa PCB (part superior)

[C] Muntatge i prova

La figura 11 mostra la placa PCB muntada. És una placa semi-casolana de PCB que vaig utilitzar per provar ràpidament el concepte. Podeu demanar-lo per fabricar-lo. Res no és especial en soldar. Tots els components són DIP. Bastant fàcil. Només fes-ho:-). Aquest disseny és més fàcil i fins i tot més barat que el primer disseny. Així que vaig seguir aquest i vaig completar el dispositiu dispensador de desinfectant de mans.

Pas 12: Figura 11: un prototip del dispensador de desinfectant (segon disseny) en una placa semi-casolana de PCB

La figura 12 mostra la bomba de líquid seleccionada. Aquest és probablement el més barat del mercat, però estic satisfet amb el seu funcionament.

Pas 13: Figura 12: Bomba de líquid seleccionada per fer fluir el líquid desinfectant de mans

Finalment, la figura 13 mostra el dispensador complet de desinfectant de mans. Podeu seleccionar qualsevol envàs de vidre o plàstic similar, com ara un contenidor de plàstic per emmagatzemar cafè. El que he seleccionat és un recipient amb salsa de vidre:-). Vaig utilitzar un simple fil de coure per doblar i subjectar la mànega. Gireu el potenciòmetre R3 des del nivell de sensibilitat més baix i augmenteu-lo lleugerament per aconseguir el rang de detecció desitjat. NO la feu massa sensible, ja que la bomba pot actuar espontàniament sense activar cap disparador.

Pas 14: Figura 13: un bricolatge complet del dispensador de desinfectant de mans

La figura 14 mostra el dispensador a les fosques. La llum del LED blau (P1) ofereix una visió atractiva que s’hauria de muntar a la tapa del contenidor.

Pas 15: Figura 14: Vista del dispensador de desinfectant de mans a la foscor

Pas 16: [D] llista de materials

Pas 17: referències

Article principal:

[1]: AMS1117-5.0 Full de dades:

[2]: Full de dades LM555:

[3]: TSOP1738 Full de dades:

[4]: Full de dades NDS356:

[5]: Símbol esquemàtic AMS1117-5.0 i petjada del PCB:

[6]: Símbol esquemàtic LM555 i petjada del PCB:

[7]: Símbol esquemàtic TSOP1738 i petjada del PCB:

[8]: Símbol esquemàtic NDS356 i petjada del PCB:

[9]: Connectors CAD:

[10]: Full de dades LM393:

[11]: Full de dades BD140:

[12]: LM393 Símbol esquemàtic i petjada del PCB:

[13]: Símbol esquemàtic BD140 i petjada del PCB: