多种传感器的洗手液分配器设备设计方案

特征

• 高稳定性，对环境光不敏感
• 激光切割丙烯酸（有机玻璃）外壳
• 高性价比
• 洗手液/酒精的流量控制能力（效率）
• 通孔元件（易于焊接）
• 单层PCB板（易于制造）
• 便宜的ATTiny13微控制器
• 低待机电流消耗

众所周知，COVID-19疫情席卷全球，改变了我们的生活方式。在这种情况下，酒精和洗手液至关重要，价格昂贵，并且在某些地方很难找到液体，因此必须正确，有效地使用它们。在第二种洗手液分配器设备中，我已经解决了先前的设计问题，并介绍了一种对环境光和酒精/洗手液的流量控制能力不敏感的设备。因此，在每个请求上将只倒出足够量的液体。该设计使用便宜的ATTiny13微控制器。

[A]电路分析

图1显示了该设备的示意图。可以通过多种传感器和设计方法来完成该任务，但是，我的重点是设计一种高效，廉价且简单的电路。

图1：自动洗手液分配器的示意图

P2是2针XH公头。它用于连接5mm的蓝色LED，该LED应该安装在外壳和洗手液/酒精容器上。R5限制了LED的电流。

U1是TSOP1738 [1]或HS0038 IR接收器模块。它是一个完整的单元，用于检测和解码IR信号。图2显示了该组件的框图。

图2：TSOP1738（HS0038）红外接收器模块的框图

该模块可在电源轨接受5V电压，消耗约5mA电流。组件的低电流消耗使我们能够使用简单的RC滤波器（C1和R3）来消除可能由电源噪声引起的不稳定性（错误的IR信号检测）。

上述RC滤波器的截止频率既可以模拟（例如LTSpice），也可以在实践中进行检查。为了在实践中测试滤波器的性能，我使用了Siglent SDS1104X-E示波器和Siglent SDG1025波形发生器。必须使用USB电缆连接这两个设备。图3显示了滤波器行为的波特图。计算结果证实，实际上滤波器的截止频率约为112Hz。有关更多详细信息，请观看视频。

图3：通过波特图和SDS1104X-E示波器实际测试RC滤波器的性能

R4是上拉电阻，C2降低U1输出噪声。D1是一个5mm的红外发射二极管，R1限制了二极管的电流。R1值可以在150R至220R的范围内。较低的电阻意味着较高的检测范围，反之亦然。我为R1使用了180R电阻。Q1是用于开关D1 IR二极管的2N7000 [2] N沟道MOSFET。R2限制栅极电流。

IC1是ATTiny13 [3]微控制器。它是一种众所周知的廉价微控制器，可以为该应用提供足够的外围设备。PORTB.4为红外发射器二极管产生一个方波脉冲，而PORTB.3则检测到低电平激活信号。PORTB.1用于将激活信号发送到泵。该单个脉冲的占空比定义了酒精或洗手液的流量。

Q2是用于开关泵的BD139 [4] NPN晶体管。D3消除了反向电感器电流（泵的直流电动机），C5降低了泵的噪声。D2指示泵激活。R7限制了LED的电流。

C3，C4和C6用于降低电源噪声。

[B] PCB布局

图4显示了自动洗手液分配器的PCB布局。它是单层PCB板，所有组件封装均为通孔。

图4：自动洗手液分配器设备的PCB布局

我将SamacSys组件库用于Q1 [5]，Q2 [6]和IC1 [7]。SamacSys库始终可以帮助我避免不必要的错误，并绕开了从头开始设计组件库的耗时过程。有两个安装和使用库的选项。首先，从componentsearchengine.com下载并安装它们，其次，使用提供的CAD插件直接安装它们[8]。SamacSys已为几乎所有电子设计CAD软件提供了插件。就我而言，我使用了Altium Designer插件（图5）。

图5：SamacSys Altium Designer插件中的选定组件

图6显示了洗手液分配器板的第一个工作原型的图片。您在PCB板上看到切口了吗？有必要防止U1模块接收到任何不必要的IR信号。这个间隙被一块外壳填满了。

图6：洗手液分配器的第一个工作原型板

[C]单片机的源代码

该代码已用C编写。您“可能”需要修改的代码的重要部分是Timer-0溢出中断例程。

中断[TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr（void）

{

如果（PINB.3 == 0 &&已激活== 0）

已激活= 1;

如果（已激活== 1）

计数器++;

开关（计数器）

{

案例15：

PORTB.1 = 1;

休息;

情况23：

PORTB.1 = 0;

休息;

案例372：

计数器= 0;

已激活= 0;

休息;

}

}

“情况15”定义了预激活延迟。用户需要短暂的延迟才能将手固定在传感器和喷嘴下方。“情况23”定义了泵的激活时间，“情况372”定义了下一次可能的激活之前的延迟。该延迟为用户提供了足够的时间来收集所有的洗手液/酒精滴剂。此外，它还可以防止滥用该设备并防止儿童或某些人浪费昂贵的液体。

必须在没有时钟分频的9.6MHz内部时钟源上设置保险丝位。

[D]激光切割Corel抽拉式外壳设计

图7显示了Corel Draw中设计的机壳。您只需要将“ sanitizer.cdr”文件发送到激光切割车间/公司，并订购2mm亚光黑色有机玻璃（丙烯酸）的激光切割即可。薄胶合板也可以。

图7：Corel Draw中的洗手液分配器外壳设计

图8显示了完整的自动洗手液分配器单元。您可以将机箱安装在所需的容器上。我用了一个玻璃容器。

图8：带有玻璃容器的自动洗手液分配器

[E]物料清单

 

编辑：hfy