JavaStation (автоматты түрде толтырылатын IoT кофеқайнатқышы): 9 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Бұл жобаның мақсаты-автоматты түрде өздігінен сумен толтырылатын, автоматты түрде дауыспен басқарылатын кофеқайнатқыш жасау болды, ал сізге демеушілерді ауыстырып, кофеңізді ішу жеткілікті;)

1 -қадам: Кіріспе

Бұл менің екінші кофе режимі болғандықтан, мен бұл процесте көп нәрсені білдім, әсіресе, егер сіз күрделі машинаны өзгертсеңіз, күнделікті жұмыс кезінде кездесетін проблемалар/қателер. Алдыңғы машина - бұл реле режимі бар қарапайым 1 ауыспалы кофеқайнатқыш.

Circolo (толық автоматты нұсқа) - Dolce Gusto премиум машинасының жоғарғы жағы. Маған сәйкес машинаны іздеуге бірнеше сағат жұмсауға тура келді, себебі бұл сериядағы барлық басқа машиналар жоғарғы механикалық тұтқаны пайдаланып, суретте көрсетілгендей суық және ыстық су ағындарын ауыстырады.

2 -қадам: Дұрыс машинаны таңдаңыз

Менің негізгі машинам толық автоматты емес, бірақ оның 5 минуттан кейін автоматты түрде өшуі және кофенің соңғы мөлшерін есте сақтау сияқты керемет ерекшеліктері бар (бұл кейіннен модернизацияда біршама жеңілдетеді). Машинаның негізгі жұмысы:

1, Қуат түймесі басылды

2, Суық су түймесі басылды (ол суды кесеге бірден таратады)

3, Ыстық су түймесі басылды (ол қазанды ~ 20-60 секунд қыздырады және шыныаяққа ыстық су жібере бастайды) Күту кезеңінде қуат шамы қызыл болып жыпылықтайды, содан кейін қазандық дайын болған кезде үнемі жасыл болып жанады.

Бұл құрылғы сонымен қатар келесі қателерді анықтай алады:

Су ыдысы бос

Кубок ұстаушы орнында жоқ

Екі жағдайда да қуат шамы қызыл/жасыл арасында жыпылықтайды.

3 -қадам: аппараттық құралдарды өзгерту

Бұл жазбада мен корпусты бөлшектеу мен қайта жинау туралы егжей -тегжейлі айтпаймын, себебі бұл туралы YouTube -те видеолар бар. Негізгі микропроцессор 2 коммутатор орналасқан бас панельдің астында жасырылған. Қазандық корпустың оң жағында, басқасынан бөлек, сорғы мен қоректендіру тақтасы сол жақта.

Кофеқайнатқыш - бұл электроника үшін ауыр жұмыс ортасы, оның бірде -бір бөлігі тізбекті біріктіруге мүлдем жарамайды. Қазандықтың оң жағында көбірек орын бар, бірақ сіз жылумен айналысасыз, бұл тізбек қазандық тақтасына тиіп кетпеуі немесе оның жанында болмауы мүмкін. Мен қуат көзінің / сорғының жағын таңдадым, бірақ мұнда сіз мембраналық сорғының жұмысынан болатын үлкен резонанспен күресуіңіз керек, ол басқару тізбегін бұзуы мүмкін / уақыт өте келе сымдар қосқыштарынан шығып кетуі мүмкін.

Қуат көзінің панелінде пайдалы ештеңе жоқ, бірақ оны борттық кернеу реттегішін айналып өтіп, Arduino VIN түйреуішіне тікелей қосуға болатын тұрақты +5В (бұл машинаның тағы бір бас бармағын) сөндіру үшін қолдануға болады.

Аппараттық құралдардың жылдам тізімі (толық БМ емес, негіздерді қамтымайды):

1. Dolce Gusto Circulo толық автоматты нұсқасы
2. PIC AVR DSP үшін оптикалық қосқышы бар 5В 4 арналы реле модулі (4x SIP-1A05 қамысты қосқыш релесін пайдалануды ұсынамын)
3. Arduino Micro (мен болашақта SparkFun Pro Micro немесе жаңасын қолдануды ұсынамын)
4. 2PCS 4n35 FSC Optocouplers фототранзисторы
5. 1/2 дюймдік электр клапаны, ауа ауасы қалыпты емес жабық DC 12В
6. Ультрадыбыстық модуль HC-SR04 қашықтықты өлшеу датчигі
7. 2 дана жаңбыр тамшысының ылғалдылығын анықтау сенсорының модулі Arduino үшін жаңбырды анықтау
8. 1 Xbee
9. Су блоктарына арналған құбыр арматурасы (үйге байланысты әр түрлі болуы мүмкін, оны құрылыс дүкенінен сатып алған жөн және сатып алудан бұрын бәрін сол жерге қойған дұрыс)

4 -қадам: Негізгі қосылымдар мен контроллер тақтасы

Келесі тізбек нүктелерін қосу қажет:

1, ыстық түйме

2, Суық түймесі

3, Қызыл жетекші

4, Грин басқарды

5, негізгі қуат түймесі

6, ортақ GND

Өкінішке орай, мен оларды тақтаға қалай дәнекерлеуге болатыны туралы жазбаларымды/суреттерімді жоғалтып алдым, бірақ олардың барлығын мультиметрмен оңай табуға болады (сымдардың артқы жағын тексеру үшін диодты тексеру режимін қолданыңыз). Дәнекерлеу өте қиын болған жоқ, SMD аяқтары бар нүктелерді таңдап, сымдарды сол жерге дәнекерлеңіз.

Қызыл/жасыл жарық диодтары қосқышта бір -біріне жақын орналасқан. Олар машинаның күйін анықтау үшін қажет (қосылған, кофе дайындауға дайын (қазандық қызады), қате). Мен оларды тікелей негізгі тақтадан алып тастадым, себебі қуат қосқышының айналасындағы шағын тізбекті айналдыру қиын.

Мен 4N35 оптикалық қосқыштарын Arduino -мен қауіпсіз байланыста болу үшін және жарықдиодты күйлерді оқу үшін қолдандым. Бастапқы идея - олардың 5 -ін қолдану және оқуды да, қосқышты басқару элементтерін де жасау (мүлдем үнсіз схеманы жасау). Өкінішке орай, бұл чип батырманы басу үшін жеткілікті төмен қарсылық тудыра алмады, сондықтан мен реле қолдануға мәжбүр болдым. Мен қолымда бар жалпы 4 арналы реле модулін қолдандым, бірақ егер мен бұл жобаны қайта жасағым келсе, мен Arduino шығысына тікелей қосылатын шағын қамыс релелерін (SIP-1A05 қамысты қосқыш релесі) қолданар едім. түйреуіштер (~ 7мА жүктеме), осылайша бәрін 2 деңгейлі тақтаның құрылымына қоюға болады.

5 шағын кабельді қоректендіру тақтасының астындағы қуат сымдарының жанына оңай түсіруге болады.

Машинада кеңістікті тиімді пайдалану үшін мен электрониканы екі негізгі панельге бөлуді шештім:

Сол жақта - негізгі басқару тақтасы, оң жақта (мен байланыс тақтасы деп атаймын) Xbee -ді ұстайды, бірақ ол суретте көрсетілмегенімен, оның артында 2 су датчигі (толып кетуді анықтау үшін) қысылған. Жоғарғы жағында нақты уақыт сағаты (жұмыс уақыты үшін міндетті емес:)) және 4 каналды реле тақтасы сорғыштың жанындағы орынды алады, ол губкамен оралған, сонымен қатар резонанстан қорғау үшін желімделген.

Байланыс тақтасы үшін мен ПХД -ді қарапайым нан тақтасын қолданумен айналысқан жоқпын, өйткені онда көп нәрсе жоқ. Оның негізгі тақтаға 6 қосылымы бар:

Vcc (5V), GND, Xbee (TX), Xbee (RX), Су сенсоры1 (Деректер), Су сенсоры2 (Деректер)

5 -қадам: Су ағынын бақылау және қайта толтыру механизмі

Мен бұл машинаны қауіпсіздікті ескере отырып жасадым, бұл шабуылдаушылардың/ақаулардың үйге судың елеулі зақым келтіруіне жол бермейді, себебі машина тәулік бойы кранға да, Интернетке де қосылады. Бұл соленоидтың үстіндегі келесі 555 қорғау тізбегі.

Сондай -ақ, соленоид 12 В қуат көзінен жұмыс істейтінін ескеріңіз, мен оны сорғы мен реле тақтасының жанындағы кофеқайнатқыштың түбіне сығып алдым. Қуатты ысырап етпеу үшін 4 каналды реле тақтасы 230В желісін адаптерге тікелей қосады, содан кейін соленоид қосылады. Әрине, магнит өрісінің құлауы үшін адаптердегі адаптерде де, магнит өрісінің құлауы үшін де есептелетін бірнеше микросекундтық сөндіру бар.

Мен сыртқы су блогын ұзындығы 3 м сыммен және кофеқайнатқышқа шығатын блоктан шығатын шағын диаметрлі ПВХ құбырымен қосу үшін стандартты 3,5 мм ұяшықты қолданамын.

Су ыдысының жоғарғы жағы осы құбырды орналастыру үшін бұрғыланады, содан кейін ол резервуардың түбіне түседі. Мен құбырды ортасынан өтпей төменгі жағына қарай беру және ультрадыбыстық датчиктерге кедергі жасау өте маңызды екенін атап өткім келеді.

Соленоид қосылғаннан кейін тізбек оны ~ 4 секундтан кейін автоматты түрде өшіреді (бұл резервуарды толтыру үшін жеткілікті уақыттан артық болуы керек) және ол келесі қосылу циклына дейін осы күйде қалады. Бұл схема ақаулықтан соңғы қорғаныс желісі болып табылады және ол кофеқайнатқыштан толығымен дербес жұмыс істейді. Егер машинадағы реле істен шығып, жабық күйде қалса, су үйді басып кетуі мүмкін, мұндай қорғаныспен ол ешқашан болмайды.

Егер бұл сізге әлі де жеткіліксіз болса немесе суды жабу мүмкін болмаса немесе сіз су блоктарымен айналысуды қаламасаңыз, кофеқайнатқыштың шағын су ыдысын кеңейту үшін дәл осы үшін салынған WasserStation жобамды қараңыз.

6 -қадам: су тасқынын анықтау

Қорғау үшін қосымша 2 су датчигі бар:

• Сенсор1: резервуардың артында резервуардан асып кетуді анықтау
• Сенсор2: кофеқайнатқыштың төменгі жағында шыныаяқтың толып кетуін анықтауға арналған

Бұл сенсорлардың екеуі де миллиондаған кофе жасап, үйді су басу сияқты шабуылдың алдын алу үшін суды бірден сөндіретін, қате жарығын қосатын және бағдарламаның орындалуын тоқтататын үзілісті тудырады. Бағдарлама аяқталғаннан кейін машина енді ештеңеге жауап бермейді және оны қолмен айналдыру керек.

Егер сіз ультрадыбыстық сенсор су астында қалса не болады деп ойлайсыз (бұл бір рет болды:))

Бұл су деңгейін бірнеше күн бойы қайтарып берді, бірақ ол кептірілгеннен кейін де ол дәл болмайды, мен оны ауыстыруға тура келді. Құрылғы суық ағынды судан жұмыс істеуге арналған, сондықтан ыстықтан бумен пісіру сенсорға зақым келтірмейді. Бұл сенсор су деңгейі 2-3 см қашықтықта болғанға дейін дәл болады.

Резервуардың эллиптикалық пішіні су деңгейінің есептеулерін қиындатты, сондықтан олар пайызға сәйкес бағдарламаға қате кодталды.

7 -қадам: Тестілеу және қорытынды жинақ

Машина түпкілікті күйінде, кез келген бұзушылықтың іздерін толығымен жасырады, егер 3 күй көрсеткішінің светодиодтары мен USB күйін келтіру порты болмайтын болса, сізде ештеңе жоқ екенін айта алмайсыз, ол Wi -Fi қосылған болса да. Quake сервері:)

Құрылғыларды өзгерткенде, мен әрқашан қолмен қолдануды бірінші орынға қоямын. Сынғаннан кейін машинаны кез келген адам қолдана алады, тек су ыдысын оңай алып тастауға болмайды. Егер сіз суды автоматтандырудың толық бөлігін аяқтамасаңыз, онда машинаны тек кішкене құбыр + шұңқыр комбинациясы арқылы толтыруға болады.

8 -қадам: Кофені бақылау коды

Төменде берілген толық Arduino бастапқы кодын табыңыз.

Кодтың қысқаша түсіндірмесі:

Негізгі цикл xcomm () функциясын шақырады, ол команданы өңдеуге, кофе дайындауға, машинаны қосуға/өшіруге жауап береді.

Төмендегі код қолмен басқарылған жағдайда ғана қол жеткізіледі. Ол қанша кофе дайындалғанын бақылау үшін статистикалық есептегішті көбейтеді және су ыдысын автоматты түрде толтырады.

Пәрмендерді Xbee арқылы немесе USB порты арқылы жіберуге болады (жөндеуді басында қосу керек). Байланыс екеуінен де түскен кезде желі белсенділігін көрсету үшін қызғылт сары шам бір секундқа жыпылықтайды. Келесі командалар орындалады:

1, CMSTAT - машинадан алынған статистикалық мәліметтер

Құрылғы қанша ыстық/суық/қолмен жасалған кофе туралы статистиканы сақтайды, сонымен қатар РТЖ жұмыс уақытын алады, ол 3 күннен кейін толмайды, сондықтан жылдарға созылуы мүмкін: P

2, CMWSTART - ыстық сумен кофе мен ыстық сусындар дайындай бастайды

3, CMCSTART - суық сумен мұзды шай мен салқын сусындар жасауды бастайды

Ыстық және суық процестер күту () функциясын шақырудан басталады, ол әрі қарай тексереді, содан кейін қуат түймесін басады. Осыдан кейін бағдарлама жасыл шамды күтеді (қазандық қызған кезде), содан кейін ыстық/суық батырмасын басады. Осыдан кейін ол 50 секунд күтеді (бұл тіпті ең үлкен кофе үшін де жеткілікті), содан кейін қуатты өшіреді. Бұл тіпті қажет емес еді, өйткені бұл тамаша машина кофені дайындағаннан кейін 5 минуттан кейін автоматты түрде өшеді, бірақ неге қуатты ысырап ету керек? Айтпақшы, машинаның күту режиміндегі қуаты, модификациядан кейін де 2 Ватт -тан аз.

Суды толтыру және қауіпсіздік

Бұл машина қауіпсіздікті ескере отырып жасалған, сондықтан бақылауға алған шабуылдаушының бүкіл үйді сумен толтыруы мүмкін емес еді. Аппараттық құралдың істен шығуы да елеулі зақымға әкелмейді. Аппараттық сенсорлардың жанында толтыруға арналған код орнатылған қорғаныс бар. Егер машина секунд ішінде толтырылмаса, ISR режимін іске қосатын есептегіш (мысалы, ультрадыбыстық сенсор жұмыс істемей қалуы мүмкін және қайта толтыру басталғаннан кейін x секундтан кейін 20% -ды береді).

Аутентификация жоқ, команданы білетін радио диапазонында кез келген адам машинаны қолдана алады, сондықтан мен Xbee piconet әдепкі идентификаторын басқа нәрсеге өзгерттім, сонымен қатар ERR_INVALIDCMD -ге түсініктеме беруге болады және машина кез келген белгісіз пәрмендерді елемейді.

Қателер

Қос кофе қатесі: бұл қатенің ең тітіркендіретіні - бұл машинаны сол кодпен қолданғаннан кейін бірнеше айдан кейін пайда болуы. Кофе командасы берілгеннен кейін ол кофені қайнатты, сөндірді және қайтадан қосады және сол патронмен тағы 1 кофе дайындауды жалғастырады.

Мен Android деңгейінен пәрменді қайталауды жөндеуді бастауым керек болды, себебі мен пакет жоғалған жағдайда кодқа қайта жіберуді енгіздім. Android, C басқару бағдарламалық жасақтамасы да, raspi2 -дегі Linux ядросы да Xbee -ге жауапты емес екені белгілі болды.

«CMCSTART»>/dev/ttyACM0 жаңғырығын басқару түйініне шығарғаннан кейін ол екінші шетіне екі рет шығады. Мен үйдегі 2.4 ГГц спектрі осы диапазондағы көптеген радио құрылғыларынан қанықтай бастады деп қорытындыладым, бұл Xbee -ді радио қабатына қайта жіберуге шақырды және деректер екі рет жіберілді (әрқашан емес). Бірінші пәрмен машиналарда пайда болғаннан кейін xcomm () функциясы оны өңдей бастады, бірақ екіншісі бірден келеді, содан кейін Xbees буферінде күтіп тұрды және цикл аяқталғаннан кейін ол екінші пәрменді өңдей бастады. Бұл мәселені шешу үшін мен кодқа 3 минутты енгіздім, ол 2 минут ішінде 1 -ден көп кофе дайындауға мүмкіндік бермейді. Сондай -ақ, CMSTAT -тың шегі бар, бірақ C/Android басқару кодына кедергі келтірмеу үшін ол 2 секунд ішінде жауаптарды жояды.

Қолмен кофе есептегішке соңғы шекті мән қойылды, себебі машина дайын күйге жеткенде (қазандық қызады, жасыл жарық), ол жасыл оқиғаны жүздеген рет кофе санына дейін көтереді.

9 -қадам: Дизайн туралы ойлар мен қорытынды ойлар

Xbee қарым -қатынасында көптеген қиындықтардан кейін мен Xbee -ге бұл жобаны ұсынбаймын. Тұрақтылық үшін VirtualWire стандартты арзан 433 МГц радиосын қолданыңыз немесе Wi -Fi қосылған Raspberry PI Zero -ны кофеқайнатқышқа тікелей енгізіңіз.

Күн көрсеткендей, бұл ескі жоба, сондықтан мен басқару схемасынан аналық тақтаның дәл түйреуіштеріне қосылу сияқты ұсақ бөлшектер үшін кешірім сұраймын. Бұл жобаны орындау үшін белгілі бір техникалық білім қажет. Егер сіз қандай да бір қате/мәселе тапсаңыз немесе осы оқулыққа үлес қосқыңыз келсе, маған хабарлаңыз.

Басқару бағдарламалық құралы, дауысты басқару әдістері басқа бөлікке арналған, ол тіпті сіздің төсегіңізден шықпас бұрын кофені дауыстық команда арқылы дайындауға мүмкіндік береді.

Мен қазір су жинау жүйесінің құжаттамасын (WasserStation) аяқтадым және CoffeeControlCode кодын автоматты түрде толтыруды қосатын соңғы нұсқаға дейін жаңарттым. Егер сіз құрылғыны құрастыру үшін сол машинаны қолдансаңыз, онда толтыру мінсіз жұмыс істейді (кодты өзгертусіз), өйткені су деңгейі Circolo су ыдысына калибрленген.