JavaStation (Krijues kafeje IoT plotësisht automatik i vetë-rimbushjes): 9 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:24

Qëllimi i këtij projekti ishte krijimi i një kafeje plotësisht automatike të kontrolluar nga zëri, e cila rimbushet automatikisht me ujë dhe gjithçka që ju duhet të bëni është të zëvendësoni klientët dhe të pini kafen tuaj;)

Hapi 1: Hyrje

Meqenëse ky ishte modifikimi im i dytë i kafesë, kam mësuar shumë në proces, veçanërisht se sa më komplekse të modifikoni makinën, aq më shumë probleme/defekte do të hasni gjatë funksionimit të përditshëm. Makina e mëparshme ishte vetëm një krijues i thjeshtë i vjetër i kafesë me një ndërprerës me një modal stafetë.

Circolo (versioni i plotë automatik) është maja e makinës premium të linjës të Dolce Gusto. Më duhej të kaloja orë të tëra për të kërkuar makinën e duhur sepse të gjitha makinat e tjera nga kjo seri duke përdorur levën mekanike të lartë për të kaluar midis rrjedhave të ujit të ftohtë dhe të nxehtë siç tregohet në figurë.

Hapi 2: Zgjidhni makinën e duhur

Makina ime bazë nuk është vetëm plotësisht automatike, por ka karakteristika të jashtëzakonshme si fikja automatike pas 5 minutash dhe kujtimi në sasinë e fundit të kafesë (gjë që do t'i bëjë gjërat shumë më të lehta më vonë në modifikim). Funksionimi bazë i makinës:

1, Shtypur butonin e energjisë

2, Shtypet butoni i ujit të ftohtë (menjëherë do të shpërndajë ujin në filxhan)

3, Butoni i ujit të nxehtë shtyhet (do të ngrohë bojlerin ~ 20-60 sek dhe fillon të lëshojë ujë të nxehtë në filxhan) Drita e energjisë do të pulsojë e kuqe gjatë periudhës së gatishmërisë dhe pastaj do të kthehet e gjelbër përgjithmonë kur kaldaja është gati.

Kjo makinë gjithashtu ka aftësinë për të zbuluar gabimet e mëposhtme:

Rezervuari i ujit është bosh

Mbajtësi i kupës nuk është në vend

Në të dy rastet drita e energjisë do të ndizet midis të kuqes/jeshiles.

Hapi 3: Ndryshimet e harduerit

Në këtë shkrim nuk do të detajoj çmontimin dhe montimin e rastit sepse ka video në lidhje me të në YouTube. Mikroprocesori kryesor fshihet nën panelin e kokës ku janë 2 çelsat. Kaldaja është në anën e djathtë të kutisë të ndarë nga gjithçka tjetër, paneli i pompës dhe furnizimit me energji elektrike është në anën e majtë.

Makina e kafesë është një mjedis i rëndë për pajisjet elektronike, asnjëra nga palët nuk është krejtësisht e përshtatshme për të integruar një qark. E drejta në kazan ka më shumë hapësirë, por ju do të merreni me nxehtësinë, padyshim që qarku nuk mund të prekë pllakën e bojlerit ose as të jetë pranë tij. Unë kam zgjedhur anën e furnizimit me energji / pompë, por këtu ju duhet të merreni me rezonancë të rëndë që vjen nga funksionimi i pompës së membranës e cila mund të prishë qarkun e kontrollit / të bëjë që telat të rrëshqasin nga lidhësit e tyre me kalimin e kohës.

Paneli i furnizimit me energji elektrike nuk përmban asgjë të dobishme, por mund të përdoret për të nxjerrë një stacion +5V (një gisht tjetër për këtë makinë) e cila mund të lidhet drejtpërdrejt me kunjin VIN të Arduino duke anashkaluar rregullatorin e tensionit në bord.

Lista e shpejtë e pajisjeve (jo BOM e plotë, nuk përfshin bazat):

1. Versioni i plotë automatik i Dolce Gusto Circulo
2. Moduli i stafetës 5V me 4 kanale me optocoupler Për PIC AVR DSP (sugjeroj të përdorni stafetën 4x SIP-1A05 Reed Switch)
3. Arduino Micro (Unë sugjeroj të përdorni SparkFun Pro Micro ose më të ri në të ardhmen)
4. 2PCS 4n35 FSC Optocouplers Phototransistor
5. 1/2 "Valvola solenoide elektrike për ajrin e ujit N/C Normalisht të mbyllur DC 12V
6. Moduli tejzanor HC-SR04 Sensori i Transmetuesit të Matjes së Distancës (blini disa shtesa, do të shihni më vonë pse)
7. 2pcs Moduli i sensorit të zbulimit të lagështisë së zbulimit të lagështisë së shiut për Arduino
8. 1 Xbee
9. Pajisjet e tubave për blloqet e ujit (mund të ndryshojnë në varësi të shtëpisë së tyre, më së miri për ta blerë atë në një dyqan pajisjesh dhe për t'i vendosur të gjitha së bashku atje para se të blini)

Hapi 4: Lidhjet kryesore dhe Bordi i Kontrolluesit

Pikat e mëposhtme të qarkut duhet të lidhen:

1, Butoni i nxehtë

2, Butoni i Ftohtë

3, e kuqe e udhëhequr

4, E gjelbër e udhëhequr

5, butoni kryesor i ndezjes

6, GND të përbashkët

Fatkeqësisht, unë kam humbur shënimet/fotografitë e mia se ku t'i bashkoj këto në tabelë, por të gjitha mund të gjurmohen lehtësisht me një multimetër (thjesht përdorni modalitetin e testimit të diodës për të gjurmuar telat mbrapa). Lidhja nuk ishte shumë e vështirë, zgjidhni pikat me këmbët SMD dhe lidhni telat atje.

LED -të e kuqe/jeshile janë të vendosura pranë njëri -tjetrit në çelësin e energjisë. Ato janë të nevojshme për të përcaktuar gjendjet e makinerisë (të ndezura, të gatshme për të bërë kafe (kaldaja e nxehtë), gabim). Unë i kam hequr ato direkt nga bordi kryesor, sepse është e vështirë të ngatërrohesh me qarkun e vogël rreth ndërprerësit të energjisë.

Unë isha duke përdorur optocouplers 4N35 për të lidhur në mënyrë të sigurt me Arduino dhe për të lexuar gjendjet e LED. Ideja origjinale ishte përdorimi i 5 prej tyre dhe kryerja e leximeve dhe ndërrimit të kontrolleve gjithashtu (bëni një qark plotësisht të heshtur). Fatkeqësisht ky çip nuk mund të krijojë rezistencë të ulët aq sa për të imituar një shtypje butoni kështu që unë u detyrova të përdor stafetë. Kam përdorur modulin e përgjithshëm të stafetës me 4 kanale atë që kisha në dorë, por nëse do të më duhej ta ribëj këtë projekt, do të përdorja vetëm stafetë të vegjël Reed (SIP-1A05 Reed Switch Relay me diodat e brendshme të kthimit) të cilat mund të lidhen drejtpërdrejt me daljen e Arduino kunjat (ngarkesë m 7mA) kështu që gjithçka mund të vendoset në një strukturë të bordit me 2 nivele.

5 kabllot e vegjël mund të bien lehtë pranë kabllove të energjisë nën tabelën e furnizimit.

Për të përdorur hapësirën në mënyrë më efikase në makinë, vendosa të ndaj elektronikën në 2 panele kryesore:

E majta është bordi kryesor i kontrollit, e djathta (ajo që unë e quaj bordi i komunikimit) mban Xbee dhe megjithëse nuk është treguar në foto, 2 sensorët e ujit (për zbulimin e tejmbushjes) të shtrydhur pas tij. Në krye ora në kohë reale (opsionale për kohën e duhur:)) dhe bordi i stafetës me 4 kanale që zë vend pranë pompës në pjesën e poshtme të mbështjellë me sfungjer, gjithashtu ngjitet pak për të mbrojtur nga rezonimi.

Për tabelën e komunikimit, nuk u mërzita duke bërë PCB vetëm të përdorja një pjatë të zakonshme sepse nuk ka shumë gjëra që po ndodhin atje. Ka 6 lidhje me bordin kryesor:

Vcc (5V), GND, Xbee (TX), Xbee (RX), sensor uji 1 (të dhëna), sensor uji 2 (të dhëna)

Hapi 5: Kontrolli i rrjedhës së ujit dhe mekanizmi i rimbushjes

Unë e kam projektuar këtë makinë me sigurinë në mendje, duke e bërë të pamundur që sulmuesit/keqfunksionimet të shkaktojnë dëme serioze të ujit në shtëpi pasi makina do të lidhet si me rubinetin ashtu edhe me Internetin 24/7. Kjo është ajo që bën qarku i mëposhtëm i mbrojtjes 555 në krye të solenoidit.

Gjithashtu vini re se solenoidi funksionon nga një furnizim me energji 12V atë që unë ende arrita ta shtrydh në pjesën e poshtme të aparatit të kafesë pranë pompës dhe bordit të stafetës. Për të mos humbur energji, bordi i stafetës 4kanalëson kalon rrjetin 230V direkt në përshtatës i cili më pas do të ndizet solenoidi. Sigurisht që ka disa mikrosekonda vonesa të fikjes të asaj që duhet të llogaritni për shembjen e fushës magnetike si në solenoid + në përshtatës në tërheqjen e prizës.

Unë jam duke përdorur një prizë standarde 3.5 mm për të lidhur bllokun e jashtëm të ujit me një tel të gjatë 3 m dhe një tub PVC me diametër të vogël që del nga blloku duke shkuar në kafe.

Pjesa e sipërme e rezervuarit të ujit shpohet për të akomoduar këtë tub i cili më pas zbret në fund të rezervuarit. Do të theksoja se është shumë e rëndësishme të ushqeni tubin deri në fund në anën pa kaluar në mes dhe të ndërhyni me sensorët tejzanor.

Pasi solenoidi i ndezur në qark do të fiket automatikisht pas seconds 4 sekondash (që duhet të jetë më shumë se kohë e mjaftueshme për të mbushur rezervuarin deri në të plotë) dhe mbetet në këtë gjendje deri në ciklin tjetër të ndezjes së energjisë. Ky qark është vija e fundit e mbrojtjes kundër mosfunksionimit dhe funksionon plotësisht e pavarur nga prodhuesi i kafesë. Nëse stafeta në makinë do të dështonte dhe do të qëndronte e mbyllur, uji mund të përmbytte shtëpinë, me këtë mbrojtje nuk mund të ndodhë kurrë.

Nëse kjo ende nuk është mjaft e mirë për ju ose është e pamundur të mbyllni ujin ose nuk doni të ngatërroheni me blloqe uji shikoni projektin tim WasserStation i cili është ndërtuar pikërisht për këtë për të zgjatur rezervuarin e vogël të ujit të makinës së kafesë.

Hapi 6: Zbulimi i përmbytjeve

Ekzistojnë 2 sensorë shtesë të ujit për mbrojtje:

• Sensori 1: në pjesën e pasme të rezervuarit për zbulimin e daljes nga rezervuari
• Sensori2: në pjesën e poshtme të aparatit të kafesë për zbulimin e tejmbushjes së filxhanit

Të dy këta sensorë do të shkaktojnë një ndërprerje e cila mbyll ujin menjëherë, ndez dritën e gabimit dhe do të ndërpresë ekzekutimin e programit për të parandaluar një sulm si të pish një milion kafe dhe të përmbytësh shtëpinë në atë mënyrë. Pasi programi të pushojë, makina nuk do t'i përgjigjet më asgjëje dhe duhet të jetë me energji elektrike e manualizuar.

Në rast se pyesni veten se çfarë do të ndodhte nëse sensori tejzanor do të përmbytet (kjo ndodhi një herë:))

Po kthente nivelin e ujit si ky për disa ditë, por edhe pasi ishte tharë nuk ishte më kurrë i saktë dhe më duhej ta zëvendësoja. Makina është projektuar për të dalë nga uji i ftohtë i rubinetit, kështu që avulli nga i nxehti nuk do të dëmtojë sensorin. Ky sensor është i saktë vetëm derisa niveli i ujit të jetë 2-3 cm larg tij.

Forma eliptike e rezervuarit i bëri të vështira llogaritjet e nivelit të ujit, kështu që ato u matën dhe u koduan në program për t'iu përgjigjur përqindjeve.

Hapi 7: Testimi dhe Asambleja Finale

Makina në gjendjen e saj përfundimtare, duke fshehur pothuajse plotësisht gjurmët e çdo hakimi dhe nëse LED -të e treguesit të statusit 3 dhe porta e korrigjimit USB nuk do të ishin atje, nuk mund të thoni që asgjë tjetër po ndodh brenda, madje mund të strehojë një Wi -Fi të lidhur Serveri i tërmetit:)

Kur modifikoj pajisjet, e mbaj gjithmonë përdorimin manual si një përparësi kryesore. Pas hakimit makina është plotësisht e përdorshme nga kushdo ashtu siç ishte, përveçse rezervuari i ujit nuk mund të hiqet lehtë. Nëse nuk përfundoni pjesën e plotë të automatizimit të ujit të projektimit, makina mund të mbushet vetëm në këtë pikë me një kombinim të vogël tubi + gyp.

Hapi 8: Kodi i Kontrollit të Kafesë

Gjeni kodin e plotë burimor Arduino të bashkangjitur më poshtë.

Shpjegim i shkurtër i kodit:

Laku kryesor thërret funksionin xcomm (), përgjegjës për përpunimin e komandës, bërjen e kafesë, ndezjen/fikjen e makinës.

Kodi poshtë arrihet vetëm në rast të kontrollit manual. Ajo rrit një numërues stat për të mbajtur shënim sa kafe janë bërë dhe mbush rezervuarin e ujit automatikisht.

Komandat mund të dërgohen përmes Xbee ose përmes portës USB (Debug duhet të aktivizohet në fillim). Kur komunikimi vjen ose nga portokalli, drita e dritës pulson për një sekondë për të treguar aktivitetin e rrjetit. Komandat e mëposhtme zbatohen:

1, CMSTAT - statistikat e pyetjes nga makina

Makina ruan statistikat se sa kafe të nxehta/të ftohta/manuale janë bërë dhe gjithashtu merr kohën e funksionimit nga RTC i cili nuk mbushet pas 3x ditësh kështu që mund të shkojë deri në vite: P

2, CMWSTART - fillon të bëjë kafe dhe pije të nxehta me ujë të nxehtë

3, CMCSTART - fillon të bëjë çaj akulli dhe pije të ftohta me ujë të ftohtë

Proceset e nxehta dhe të ftohta fillojnë me thirrjen e funksionit të gatishmërisë () i cili bën kontrolle të mëtejshme, pastaj shkakton një shtypje të butonit të energjisë. Pas kësaj programi pret dritën jeshile (kur bojleri nxehet) pastaj imiton shtypjen e butonit të nxehtë/të ftohtë. Pas kësaj ai pret 50 sekonda (që është më se e mjaftueshme edhe për filxhanin më të madh të kafesë) pastaj fik energjinë. Kjo nuk do të ishte as e nevojshme pasi kjo makinë e shkëlqyeshme do të fiket automatikisht 5 minuta pas bërjes së kafesë, por pse të humbni energji? Nga rruga, konsumi i energjisë në gatishmëri i makinës edhe pas modifikimit është më pak se 2 Watts.

Mbushja e ujit dhe siguria

Kjo makinë është krijuar me sigurinë në mendje, kështu që do të ishte e pamundur që një sulmues që fiton kontroll të përmbytë të gjithë shtëpinë me ujë. Një dështim i harduerit nuk do të rezultojë në dëme serioze. Pranë sensorëve të harduerit ka mbrojtje të integruara në kodin për rimbushjen. Një numërues i cili shkakton rutinën ISR nëse makina nuk rimbushet në x sekonda (kjo për shembull mund të ndodhë nëse sensori tejzanor do të mosfunksiononte dhe do të jepte 20% pas x sekondash pasi të fillojë rimbushja).

Nuk ka vërtetim, çdokush mund ta përdorë makinën brenda rrezes së radios që i njeh komandat kështu që unë kam ndryshuar ID -në e parazgjedhur të piconet Xbee në diçka tjetër, gjithashtu ERR_INVALIDCMD mund të komentohet dhe makina do të injorojë çdo komandë të panjohur.

Mete

Gabim i dyfishtë i kafesë: gjëja më e bezdisshme në lidhje me këtë defekt është se ajo filloi të ndodhte disa muaj pas përdorimit të makinës me të njëjtin kod. Pasi u lëshua komanda e kafesë, ajo bëri kafenë, fiket dhe ndizet përsëri dhe vazhdon të bëjë 1 kafe më shumë me të njëjtin mbrojtës.

Më duhej të filloja të korrigjoja dyfishimin e komandës nga niveli Android sepse kam zbatuar ri-dërgimin në kod në rast të humbjes së paketës. Doli se as androidi, as softueri i kontrollit C, as kerneli Linux në raspi2 nuk ishin përgjegjës për këtë, në vend të Xbee.

Pas lëshimit të jehonës "CMCSTART">/dev/ttyACM0 në nyjen e kontrollit del dy herë në skajin tjetër. Unë arrita në përfundimin se spektri im 2.4Ghz në shtëpinë time filloi të ngopet nga shumë pajisje radio në këtë gamë, gjë që bëri që një Xbee të thërriste një lloj ri -dërgimi në shtresën e radios dhe të dhënat u dërguan dy herë (jo gjithmonë). Sapo komanda e parë të vinte në makineri funksioni xcomm () filloi ta përpunonte atë, megjithatë një i dytë hyri menjëherë pas së cilës po priste në tamponin Xbees dhe kur laku përfundoi filloi të përpunonte komandën e dytë. Për të kapërcyer këtë problem unë kam futur 3 pragje në kod për ta bërë të pamundur bërjen e më shumë se 1 kafe në 2 minuta. Gjithashtu ekziston një kufi në CMSTAT, por për të mos ndërhyrë në kodin e kontrollit C/Android, ai thjesht do të shuajë përgjigjet për 2 sekonda.

Pragu i fundit u vendos për sportelin e kafesë manuale, sepse sapo makina të ketë arritur gjendjen e gatshme (kaldaja është ndezur, drita jeshile) ajo ka regjistruar ngjarjen e gjelbër qindra herë duke rritur numrin e kafesë.

Hapi 9: Konsideratat e Dizajnit dhe Mendimet Finale

Pas shumë telasheve nga komunikimi Xbee nuk do ta rekomandoja Xbee për këtë projekt. Ose përdorni radio standarde të lirë 433Mhz me VirtualWire dhe ulur Bps për stabilitet ose vendosni një Raspberry PI Zero me lidhje Wifi direkt në aparatin e kafesë.

Siç tregon data është një projekt i vjetër, kështu që kërkoj falje për detaje të vogla që mungojnë, si lidhja nga qarku i kontrollit me këmbët e sakta të kunjave në motherboard. Ky projekt kërkon një nivel të caktuar njohurish teknike për ta bërë atë vetë. Nëse gjeni ndonjë defekt/çështje ose dëshironi të kontribuoni në këtë tutorial, ju lutem më tregoni.

Softueri i kontrollit, metodat për kontrollin e zërit është për një pjesë tjetër e cila do të bëjë të mundur që të keni gati kafenë tuaj vetëm me një komandë zanore para se të dilni nga shtrati.

Tani kam përfunduar dokumentacionin e sistemit tim të ruajtjes së ujit (WasserStation) dhe kam përditësuar CoffeeControlCode në versionin e fundit, i cili gjithashtu përfshin rimbushjen automatike. Nëse përdorni të njëjtën makinë për ndërtimin, rimbushja do të funksionojë në mënyrë të përsosur (pa ndonjë modifikim në kod) pasi nivelet e ujit janë kalibruar në rezervuarin e ujit të Circolo.