IronForge la torradora NetBSD: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Aquest projecte no va començar com una torradora que finalment es va convertir en una.

La idea va sorgir quan va morir el meu equip de cuina (un antic PDA de Windows CE) que s’utilitzava per mostrar les meves receptes de cuina. Primer vaig estar pensant en crear una pantalla de baixa energia basada en tinta electrònica que es fixaria a la nevera amb imants i es quedaria sense bateries durant molt de temps, però després vaig aconseguir un vell sistema envoltant 2.1 a la cuina per escoltar música com bé, així que pensava que potser hauria de ser un ordinador que pogués fer les dues coses i que em vingués a la ment un altre projecte antic:

www.embeddedarm.com/blog/netbsd-toaster-powered-by-the-ts-7200-arm9-sbc/

La torradora NetBSD original. Aquest projecte per si sol és una broma friki per a aquells que no ho saben:

"Des de fa temps es considera que el sistema operatiu NetBSD, semblant a UNIX, és portàtil per a qualsevol tipus de màquina excepte potser la vostra torradora de cuina".

Llavors, anem a crear una torradora que executi NetBSD i:

• La temperatura i el temps de torrat són completament ajustables per l'usuari
• Tot i que no brinda, mostra dades meteorològiques de 2 estacions meteorològiques en un quadre de comandament elegant
• Quan es torra, mostra el temps i la temperatura restants en un gràfic i en dígits
• Quan no es torra, també es pot utilitzar com a despertador i escoltant música, fins i tot reproduint-hi pel·lícules
• Mostra receptes de cuina o es pot utilitzar per navegar regularment

Pas 1: Funcionament de la torradora i selecció del maquinari

Aquí, a diferència del meu anterior tall de cafè, no crec que vaig fer una gran elecció per a torradora, així que faré una breu introducció del funcionament intern de la torradora, escollint els criteris i l’experiència pel meu compte i deixaré que el lector triï la seva pròpia torradora. per aquest hack.

Un dels meus criteris principals cap a la torradora era poder fer 4 llesques de pa simultàniament i ser automàtic, de manera que després d’unes hores d’escorcoll a través de l’Ebay alemany, he decidit al costat de

Torradora Severin AT 2509 (1400W)

www.severin.de/fruehstueck/toaster/automati…

Es tracta d’una marca àmpliament difosa a Alemanya, que costava uns 40-50 EUR al moment d’escriure com a nova.

Funcions clau que anuncia el fabricant:

● Carcassa d'acer inoxidable aïllada tèrmicament

● accessori de torrat de rotllos integrat

● 2 eixos de torrat de ranura llarga per a fins a 4 llesques de pa

● Electrònica de temps de torrat amb sensor de temperatura

● grau de bronzejat ajustable

● Nivell de descongelació amb llum indicadora

● Etapa d’escalfament sense bronzejat addicional amb llum de control

● botó d'alliberament separat amb llum indicadora

● Centrador de la talladora de pa per donar un to uniforme als dos costats del pa

● apagat automàtic quan un disc de pa està encallat

● Safata de molla

● Rebobinatge del cable

Tot i que el fabricant no va afirmar que la temperatura sigui ajustable, presenten 2 punts enganyosos:

● Etapa d’escalfament sense bronzejat addicional amb llum de control

● Electrònica de temps de torrat amb sensor de temperatura

Per citar aquestes afirmacions, vegem com funciona la màquina:

1, en estat normal, el corrent principal de 230 V està completament desconnectat, no s'alimenta cap part de la torradora.

2, quan l'usuari fa baixar la palanca (que també fa baixar els pans), connecta l'element calefactor pels dos costats.

Ara el que van fer aquí és un disseny barat però també intel·ligent. No hi ha cap transformador dins de la torradora, de manera que us podeu preguntar com obté el seu baix voltatge (10V AC ~). Hi ha una bobina separada juntament amb un dels elements calefactors al costat esquerre de la torradora que actua com un transformador reductor que crea 10V CA.

A continuació, utilitza un rectificador de díode únic per crear 10 V CC que alimenta la placa de control principal de la torradora.

3, El que vaig pensar per primera vegada, que es tracta d’un solenoide + transformador junt, va resultar ser un sol solenoide just a sota de la palanca que ara funciona amb el circuit de control i és responsable d’una cosa (mantenir aquesta palanca tirada cap avall).

Tan bon punt aquest solenoide allibera el pa, s’ha acabat, la torradora bàsicament talla la seva pròpia electricitat i finalitza el procés de torrat.

Per tant, podríeu preguntar-vos amb raó quins són aquests botons de luxe i afirmacions del full de dades que poden descongelar, preescalfar, escalfar i qualsevol cosa … Jo diria que és un màrqueting BS pur. Podrien posar-hi un ajustador de temps i un botó senzill perquè al final del dia aquest circuit no és més que un temporitzador. Com que aquest circuit s’alimenta de la mateixa font d’energia que l’element de calefacció i no pot controlar l’únic que importa en aquesta màquina (l’escalfador), per tant, ni tan sols em vaig molestar a modificar aquest circuit, sinó que el vaig tirar allà on pertanyia. la paperera.

Ara que el circuit de control de nivell militar està fora del camí, prenem el CONTROL COMPLET sobre la torradora.

Pas 2: llista de maquinari

Això no torna a ser bom complet, no inclou tots els conceptes bàsics, com ara cables i cargols:

• 1x torradora AT 2509 (1400W) o qualsevol altra torradora que trieu
• 1 Arduino Pro Micro
• 1x pantalla LCD resistiva de 5 polzades amb pantalla tàctil HDMI per a Raspberry Pi XPT2046 BE
• 1x Raspberry PI 2 o Raspberry PI 3
• 1x SanDisk 16GB 32GB 64GB Ultra Micro SD SDHC Card 80MB / s Adaptador UHS-I Class10 w (per al PI)
• 2x relé de commutació de canya SIP-1A05
• 1 x mòdul MAX6675 de 1 unitat + sensor de temperatura de termoparell tipus K per Arduino (es recomana comprar recanvis)
• 1 sortida de sortida 24V-380V 25A SSR-25 DA Controlador de temperatura PID de relé d'estat sòlid
• 1 x Mini convertidor de corrent continu DC-CC Alimentació del mòdul de baixada per a l'aeromodelisme (compreu-ne més per substituir-los).
• 2x Mòdul de codificador rotatiu Tauler de desenvolupament de sensor de maó per a Arduino (commutador rotatiu + central, es recomana comprar-ne més per substituir-los)
• 2x Anell LED WS2812B 5050 RGB LED RGB de 24 bits
• 1x 1mm làmina acrílica transparent de Perspex A5 Plàstic tall plexiglàs 148x210mm Lot
• 1x12V 2A adaptador de CC (1A també hauria de ser suficient per a la pantalla Pi + Screen + Ardu, però és més segur que en cas que connecteu dispositius addicionals mitjançant USB esgotaran el corrent addicional)
• 1x PCS HC-SR501 IR Piroelèctric IR infraroig PIR sensor de moviment mòdul de detecció
• 2x Cable de pont de 5 pins femella a femella de 20cm per a Arduino (per als rotatius, val la pena comprar-ne més)
• 2x Pom de volum d'aliatge d'alumini de 38x22 mm per a eix potenciòmetre de 6 mm de plata
• 1 relé de 230V
• Grup de connectors de capçalera trencables de 2,54 mm + femella d'una sola fila per a les connexions
• Opcional per a la modificació Xbee: 1X10P 10pin 2mm femella única fila recte capçal tira tira XBee endoll
• Opcional per a Xbee mod: 1 Xbee
• Opcional per a la modificació Xbee: 1x cable de pont de 4 pins femella a femella de 20 cm per a Arduino (entre Xbee Raspi)

Per a la font d’alimentació heu d’utilitzar un 12V en lloc de 5V perquè el solenoide no s’aguantarà en aquest nivell de baixa tensió; no oblideu afegir un díode flyback al solenoide.

Si decidiu utilitzar altres components, per exemple: un mòdul diferent per reduir la tensió des de 12V-> 5V, haureu de redissenyar la placa, es va fer per a aquest convertidor de dòlar quadrat petit específic.

Pas 3: Modificar la caixa: la part posterior és la part davantera

Després d’eliminar el circuit de control principal, encara hi havia un gran forat lleig que mirava cap al lloc dels interruptors, així que he decidit que només faré servir aquest costat com a part posterior i arreglaré la caixa de connexions que allotja l’SSR (relé d’estat sòlid -> per control de calefacció) + relé de 230 V CA (per a la detecció de potència) + l'adaptador de 12 V que alimenta tot el circuit.

Aquest model de torradora era difícil de desmuntar i tornar a muntar. No he trobat cap altra manera d’extreure la caixa, sinó tallar-la amb un dremmel just a sota de la palanca principal per poder aixecar la carcassa després de descargolar-la i treure les palanques (afortunadament, ja que hi ha un recobriment exterior de plàstic al seu lloc això serà inapreciable).

He inserit l'extrem del detector del termopar MAX6675 a la part inferior de la torradora a la vora oposada de la palanca principal (on estaria en conflicte amb el mecanisme de la palanca).

La caixa interior és d’alumini fi, ni tan sols cal foradar-lo, es pot eixamplar fàcilment un petit forat amb un tornavís i introduir-hi el sensor; He de trobar una solució intel·ligent per fer-ho, que es mostra a les imatges.

Desmuntar la carcassa de la torradora principal principal amb l'element calefactor només és per a persones amb nervis forts i altament poc recomanable. De totes maneres, no cal fer res més.

Els cables del MAX6675 eren prou llargs per alimentar-se fàcilment per la part inferior de la màquina fins al forat on sortien els cables.

Portar tots els cables necessaris d’un a l’altre era una de les tasques de modificació més difícils. No vaig haver de practicar un altre forat al costat (ara posterior) perquè els cables només podien utilitzar el forat dels interruptors. Després, els cables havien de fixar-se fins a la paret de la caixa, baixant-los fins a la part inferior a través d’un espai molt estret on s’uneixen amb un parell de cables addicionals de la placa de control d’alta tensió, a saber:

• 1 cable de l'element calefactor -> Va a SSR
• 1 cable del 230V (preferiblement punt marró calent) -> Va a SSR
• 2 cables de 230V amb interruptor tancat -> Va a iniciar el relé
• 2 cables de la xarxa principal de 230V -> Va a l'adaptador de 12V a la part posterior
• Cables blindats del termosensor

I això és tot el que necessiteu per controlar la torradora.

A causa de la soldadura industrial, he decidit simplement tallar el cable entre l'element calefactor i un dels extrems de la xarxa principal (després del commutador) i amb tires de borns el vaig connectar a la SSR.

Es necessitarà un relé que funcioni a partir de 230V (tensió de xarxa). Aquest és el relé d’inici que farà saber a l’Arduino que l’usuari ha tirat cap avall la palanca o també ha iniciat el procés de torrat. No oblideu que el circuit de control ja no està al seu lloc, el solenoide no obté energia, cosa que mantindria la palanca baixada i l’escalfador també es desconnectarà (controlat a través de l’SSR). Tot això serà la tasca d’Arduino a partir d’aquest moment.

L'adaptador de 12 V CC es connecta directament a la xarxa principal (he afegit un interruptor ON / OFF addicional a la part posterior). Això proporcionarà una potència constant al circuit. La torradora en mode d’espera només consumeix: 5,5 W amb la pantalla activada i 5,4 W amb la funció apagada.

Pas 4: Tauler arcíclic frontal

No sóc un expert en treballar aquest material, he rebut l’assessorament de tallar-hi els forats amb dremmel d’alta velocitat sota l’aigua corrent, però no volia perfeccionar-lo excessivament, de manera que el que vaig fer va ser simplement perforar el material normal forats, renuncieu completament amb el traçat de la part entre el Raspi i la pantalla, en lloc d’això, he forat només els separadors de la pantalla i el connector del Raspi i després he presentat la substància restant a un quadrat perquè el connector s’adapti. a través.

Podeu veure que el tauler de plexi té petites esquerdes al voltant d’unes perforacions, de manera que sabeu què heu d’evitar si voleu un disseny perfecte.

No obstant això, a causa de la calor, no hi ha manera de posar res dins de la caixa de la torradora, tot l'electrònic s'ha de muntar a una distància segura de l'escalfador.

No vaig fer cap dibuix de disseny adequat per al full de plexiglàs de 148x210mm, només vaig intentar ajustar-ho tot perquè fos simètric i en línia, de manera que demano disculpes que no puc proporcionar cap esquema per a aquesta part. Ho heu de fer tot sol. Tanmateix, tinc 1 consell:

Abans d’enganxar els anells LED, enceneu-los amb un Arduino i enceneu-los i marqueu amb un llapis el LED PRIMER i ÚLTIM a la part posterior perquè no s’acabi muntant lleugerament com ho vaig fer jo (però això es pot corregir des del programari)

Hi ha 6 separadors dissenyats per mantenir tot el panell frontal al seu lloc, però al final perquè la curta longitud dels rotatius, els dos inferiors, no s’alimenten a través del panell.

He utilitzat espaiadors normals de placa base de PC entre els rotatius i el panell de plexi, també he afegit 2-2 més darrere del rotatiu per donar una estabilitat addicional quan s’insereixen els botons.

Pas 5: Circuit de control de torradores

Aquest va ser un d'aquests projectes que realment van maximitzar TOTS els pins d'Arduino:) el RX i el TX es van reservar per a futures extensions de mòduls de comunicació.

La placa de circuit principal proporciona energia per a tot mitjançant un convertidor de dades (Arduino, Raspi, Screen, SSR, relés). Aquí observaria que aquest regulador de tensió no és exactament de la tècnica, ja que no pot superar massa la tensió d’entrada de 12V CC. Si decidiu utilitzar exactament el mateix tipus, assegureu-vos que l’adaptador proporcioni un voltatge estable de 12V en circuit obert (no com un adaptador WRT54G, amb la qual cosa veureu com s’escapa el fum màgic en qüestió de segons).

Vaig fer que la placa fos modular el més possible, fent servir endolls on pogués. Més enllà dels 2 relés de canya, tota la resta es pot substituir fàcilment.

Aquests excel·lents relés de canya vénen amb díodes flyback incorporats i no consumeixen més de 7 mA, de manera que es poden connectar directament a qualsevol pin Arduino (seguiré recomanant-ho també en els meus futurs projectes). La funció dels relés:

Una és encendre el solenoide al començament del procés de torrat (per mantenir aquesta palanca tirada cap avall).

Una és activar i apagar la pantalla automàticament en cas que es detecti moviment.

Vaig pensar que executar aquesta pantalla HDMI les 24 hores del dia, els 7 dies de la setmana no proporcionaria una llarga vida útil (sobretot el que estic fent servir és només una falsificació barata, no l’ WaveShare original:

I el vostre PC també pot encendre la pantalla quan entreu a l'habitació? No ho crec, la torradora BSD pot!

La pantalla es basa bàsicament en un temporitzador de retenció de 10 minuts que es produeix automàticament cada vegada que es torna a moure. Suposem, doncs, que s’ha activat i que es torna a moure 9 minuts després, cosa que significa que es mantindrà encès durant 10 minuts més. L’activació i desactivació no és correcte per a cap circuit excepte el SSR.

El que ens porta al tercer i últim element de control per controlar l’escalfador. Aquests petits dispositius es van fabricar específicament per encendre i apagar molt per mantenir la temperatura sota control. El que escolliré funcionarà bé directament des d'un pin de sortida Arduino.

Al disseny original hi hauria hagut un altre relé a la placa per activar un conjunt d’altaveus 2.1 abans que el Raspberry pi reproduís el to d’alarma al matí (també és molt fàcil afegir una cançó quan s’acaba de torrar), però com que per això és IoT molestar? Simplement demana a un altre raspi de la meva xarxa que ho faci amb un RCSwitch estàndard de 433 MHz.

Com sol haver-hi alguns errors més petits amb la versió 0.4 del tauler, el que es pot veure a les imatges. És a dir, es van deixar de banda 2 connectors de 5V més i un connector per al relé d’entrada al pin 10 d’Arduino.

Els he corregit a la versió 0.5 i també he fet una versió que no és de Xbee.

Com que es tracta d’un tauler de 2 capes només descarregant aquests dissenys i el bricolatge seria difícil, haureu d’imprimir les dues cares amb precisió, gravar el tauler i trobar la manera de connectar els laterals, de manera que enllaçaré més endavant amb el projecte compartit Easyeda. Es recomana demanar-lo directament a ells.

Pas 6: Xbee Mod

El Xbee només és aquí per controlar la cafetera directament a través d’ella perquè està relativament a prop d’ella a distància i no hi ha obstacles entre els dos.

No té absolutament res a veure amb la torradora ni amb el codi de la torradora.

Quant al mod Xbee: això és completament opcional, per això incloc els esquemes d'aquest tauler amb i sense el Xbee. El Xbee es solda directament al port UART del maquinari RX / TX de Raspberry PI (ttyAMA0), que encara que es treu als connectors de la pantalla, la pantalla no l’utilitza (utilitza la interfície SPI per comunicar les coordenades tàctils entre el PI i ell mateix).

Vaig dedicar un port sèrie separat al PI per a la comunicació Xbee en lloc de passar els missatges pel gerd -> Arduino -> convertidor 5v3v -> Xbee -> altres dispositius. D'aquesta manera, tampoc no és un problema que el procés de torrat estigui bloquejant tota la MCU.

Pas 7: Codi de control de torradores

El codi és bastant senzill, cosa que es deu al fet que bàsicament hi ha una comunicació unidireccional entre l'Arduio -> Raspberry PI.

Aquest dispositiu, a diferència de la cafetera, no es pot controlar des d’un telèfon o un ordinador només manualment amb alguns controls elegants.

L'única funció del PI aquí és el registre de dades i mostrar gràfics agradables. No és un vial per al funcionament de la torradora, es pot apagar completament o fins i tot eliminar-lo d’aquest projecte, l’Arduino fa tota la feina.

Al principi, el codi restableix els anells del led, inicia els diversos temporitzadors de retenció i, a cada bucle, mira des de l'entrada dels 2 commutadors rotatius. Aquesta entrada pot significar una rotació en sentit horari o antihorari o empènyer qualsevol dels 2 commutadors (que en mode d'inactivitat només envia una ordre bàsica IRONFORGE_OFF_ALARM a l'ordinador i després torna a l'estat IRONFORGE_OFF normal).

Dins de rotary_read_temp () i rotary_read_time () es canviaran les variables global_temp i global_time. Aquest és l'únic lloc del codi on es poden canviar aquests valors i emmagatzemaran els seus valors entre els esdeveniments de torrat.

Dins d’aquestes dues funcions, la rotary_memory () anomenada un cop detectat el canvi de posició. Això és amb el propòsit de tornar a carregar els estats dels leds als anells perquè després del procés de torrat es tornaran a posar en negre, per no perdre energia i allargar la seva vida útil.

Els llums LED també s’apaguen periòdicament cada 10 minuts per si no hi ha hagut cap esdeveniment rotatiu recent.

La conjunció d’aquestes 2 funcions resultarà de la següent manera:

1, Suposant un estat d'inactivitat

2, Qualsevol dels rotatius moguts (si s’han ajustat abans, aquests valors es restauraran de la memòria i es mostraran als leds)

3, Si el procés de torrat no s'inicia i no hi ha més esdeveniments d'ajust, els llums es tornaran a apagar

També els he mogut en un temporitzador de retenció separat de la pantalla perquè s’utilitzarà molt l’ordinador per mostrar dades meteorològiques, però no vull que es restitueixin els LED rotatius tot el temps perquè no vull fer un milió de torrades a dia.

El principal procés de torrat (Arduino Side):

Això s'iniciarà quan el sistema s'activi des del relé d'inici d'entrada (230V) (i el temps i la temperatura són diferents de zero). El flux del programa és el següent al costat d'Arduino:

1, activeu el solenoide per mantenir premuda la palanca

2, activeu SSR per escalfar

3, depenent del temps, comenceu un bucle de torrat que farà el compte enrere. En cada bucle, envieu les dades següents a l'ordinador:

-TEMPERATURA (inicialment valor de coma flotant però s’envia com a 2 cadenes CSV)

-Està el TEMPS (en segons, es convertirà de nou al format mm: ss a l'altre extrem)

4, en cada bucle, segons la temperatura establerta, activeu o desactiveu l'SSR per controlar el procés de torrat

5, Al final del bucle de torrat, l'ordre IRONFORGE_OFF s'enviarà a l'ordinador

6, apagueu SSR i deixeu anar el solenoide

7, Juga al joc LED per mostrar-te (aquí també pots afegir reprodueix música o qualsevol altra acció que vulguis)

8, leds apagats

Com he dit anteriorment, el bucle de torrat principal bloqueja completament la MCU, no es poden fer altres tasques durant aquest temps. També ignorarà les entrades rotatives en aquest període de temps.

El principal procés de torrat (Raspberry PI Side):

El raspberry pi executa el programa de control head C amb un usuari sense privilegis que és responsable de totes les interaccions a l’escriptori.

Vaig decidir utilitzar Conky per a totes les visualitzacions de gràfics, ja que l'utilitzo des de fa una dècada i em va semblar el més fàcil d'utilitzar per a la feina, però té algunes captures:

-La granularitat del gràfic no es pot canviar, el gràfic és de gra massa fi, fins i tot després del temps màxim de torrat (5 minuts) només arriba a la meitat de la barra

-Conky li agrada estavellar-se, sobretot quan el seguiu matant i recarregant

Per la segona raó, vaig decidir generar tots els conkies mitjançant processos de supervisord independents per protegir-lo.

El lua bàsic inactiu utilitza 2 conkies separats (un per a les dades meteorològiques i un altre per al rellotge).

Un cop comenci el torrat:

1, Arduino senyalitza el programa raspberry pi C mitjançant sèrie amb IRONFORGE_ON

2, el programa de control C atura els 2 fils i càrregues conky al tercer lua conky per al torrat

3, el programa de control C escriu tant els valors de temperatura com de temps en fitxers de text separats ubicats al disc ram (per no fer operacions RW innecessàries a la targeta SD), el que estan llegint i es mostren automàticament els consols. El programa també s’encarrega de crear el temps restant al format MM: SS.

4, Al final del torrat, el programa C atura el fil de torrat actual i reinicia els 2 conkies tornant a la visualització del temps i del temps

5, per a la detecció d'alarma, el programa C pot aturar directament el procés de reproducció de música des de cron quan es troba en estat d'inactivitat.

Pas 8: tots els vostres brindis pertanyen a nosaltres: NetBSD Vs Raspbian

Tot i que la torradora es va fer principalment per executar NetBSD i la pantalla, el so, Arduino treballa amb ell, no hi ha suport de pantalla tàctil. Agrairia l’ajuda de tothom que estigui interessat a escriure un controlador per a això.

El xip tàctil de la pantalla LCD és XPT2046. La pantalla utilitza SPI per enviar les coordenades d’entrada del cursor de nou al gerd.

www.raspberrypi.org/documentation/hardware…

• 19 Entrada de dades TP_SI SPI del panell tàctil
• 21 Sortida de dades TP_SO SPI del panell tàctil
• 22 TP_IRQ Interrupció del panell tàctil, nivell baix mentre el TouchPanel detecta que es toca
• 23 Rellotge TP_SCK SPI del panell tàctil
• 26 TP_CS Selecció de xips de panell tàctil, poc actiu

En aquest moment no conec cap pantalla tàctil compatible amb Raspberry PI (blindatge) que tingui un controlador NetBSD que funcioni per al touch pad.

Pas 9: tancament i llista de tasques

Com sempre, qualsevol ajuda, contribució, correcció del codi és benvinguda.

Es tracta d’un hack acabat recentment, de manera que actualitzaré el projecte amb les peces de codi que falten més endavant (codi de control Raspberry pi C, Conky luas, etc.). També penso crear imatges de targeta SD de 8 GB / 16 GB redimensionables automàticament que ho continguin tot. A causa del fet que el Raspberry PI és maquinari estàndard, qualsevol persona que decideixi construir el projecte només pot descarregar les imatges, escriure-les en una targeta sd i la torradora funcionaria després de l’arrencada com la meva. Configurar la xarxa només és necessari per a l’hora correcta (NTP) i la visualització de la temperatura.

Un pas restant serà mesurar les temperatures a l’interior amb un FLIR i afegir els ajustos a la lectura del sensor tèrmic MAX perquè crec que s’escalfa massa lentament durant el petit període de torrat màxim de 5 minuts.

També planeja afegir una escala automàtica del període de temps en funció de la temperatura establerta per poder ampliar aquesta finestra de temps màxima de 5 minuts si es baixa la temperatura.