Witam
Chciałbym zaprezentować swoją pracę, która powstała do konkursu "młody innowator".
Na wstępie chciałbym powiedzieć że jest to tylko prototyp i posiada on jeszcze wiele niedoskonałości
Głównymi założeniami projektu było zbudowanie czajnika wyświetlającego temperaturę wody z możliwością ustalenia jej na żądaną wartość oraz włączenia urządzenia przez telefon komórkowy.
Czas, w jakim zaprojektowano i wykonano układy, to okres trzech miesięcy w wolnym czasie po zajęciach szkolnych. Cała praca została zrobiona samodzielnie w warunkach domowych przy pomocy podstawowego sprzętu elektronicznego, takiego jak stacja lutownicza, miernik uniwersalny, przybory montażowe.
Przy budowie zastosowano jak najprostsze rozwiązania. Jednym z takich rozwiązań jest załączanie czajnika wykorzystujące zapalenie podświetlenia telefonu, który znajduje się w module GSM.
Pierwszym problemem, jaki pojawił się, była mała odporność mikrokontrolera na wyższe temperatury. W celu rozwiązania problemu płytka z elektroniką umieszczona w czajniku została zalana klejem silikonowym od spodu co spowodowało wolniejsze absorbowanie ciepła, zaś obudowa czajnika została odizolowana matą termiczną, taką jak stosuje się przy oklejaniu ścian w okolicach kaloryferów mieszkaniowych i przemysłowych. Po wykonaniu tych czynności temperatura płytki z elektroniką nie wzrasta powyżej 38°C.
Kolejny problem dotyczył modułu GSM i spowodowany był przychodzeniem smsów promocyjnych z sieci komórkowej. Powodowało to niepożądane włączanie się czajnika. Rozwiązanie okazało się bardzo proste i polegało na zadzwonieniu do operatora komórkowego, i zastrzeżeniu przychodzenia reklam oraz jakichkolwiek informacji o promocjach.
Schemat układu w czajniku wygląda tak:
Opis układu:
Głównym elementem układu jest mikrokontroler AT89C2051, który został zaprogramowany w języku BASCOM. Taktowany jest rezonatorem kwarcowym o częstotliwości 12MHz oraz dodatkowymi dwoma kondensatorami C4=C5=33pF, które umożliwiają pracę wbudowanemu w 89C2051 generatorowi, który „napędza” cały mikroprocesor. Oczywiście od częstotliwości rezonatora ściśle zależy szybkość działania mikrokontrolera. Poprzez kondensator elektrolityczny C3 (1µF) następuje resetowanie procesora po włączeniu napięcia zasilającego odfiltrowanego przez kondensator C1 (220µF). Czynność ta powoduje podanie logicznej 1 na wyprowadzenie R, a więc natychmiastowe przerwanie wykonywanych czynności i rozpoczęcie cyklu działania procesora od samego początku. Czas trwania dodatniego impulsu kasującego zależy od częstotliwości 12MHz i kondensatora C1.
Do złącza zasilania podłączone jest napięcie zasilające o wartości 5V. Rezystory R9 - R16 (330Ω) ograniczają prąd wyświetlaczy. Tranzystory T1 - T3 (BC557B) wraz z rezystorami R1 - R6 (3,3kΩ) sterują anodami wyświetlaczy. Od strony ścieżek układu został wlutowany rezystor 4,7kΩ podciągający magistralę 1-Wire (nóżka 9 układu U2) do plusa zasilania. Do prawidłowego i dokładnego pomiaru temperatury wody został użyty czujnik DS18B20, a załączanie grzałki czajnika jest realizowane za pomocą przekaźnika na 16A z cewką na 5V. W celu uzyskania potrzebnego napięcia stałego 5V został użyty transformator 230V/7V.
Drugim układem jaki został zbudowany był moduł GSM. Układ ten załącza czajnik na podstawie zapalenia się diody na klawiaturze telefonu. Zadanie to realizuje tranzystor NMOS. Po podaniu napięcia z diody podświetlającej klawiaturę telefonu 2,85V na źródło (masa) i na bramkę (plus diody). Tranzystor będzie pracował w dwóch stanach, czyli jako switch, włączając czajnik poprzez zwieracie sygnał do masy. Schemat poniżej:
Oczywiście i w tej części pracy nie zabrakło problemów. Jednym z nich było długo palące się podświetlenie klawiatury (ok. 15 sekund), a co z tym się wiąże, długi czas zwierania switcha od włączenia czajnika. Rozwiązaniem okazało się zastosowanie układu monostabilnego UCY74121, który generował impuls o zadanej szerokości. Impuls wyzwalający dodatni z diody przyłączamy do nóżki piątej, a nóżkę trzecią i czwartą zwarto do masy. W ten sposób układ wygeneruje na wyjściu (szósta nóżka) impuls o czasie T=0,69RC. Rezystor występujący we wzorze ma wartość R=47kΩ i jest włączony między zasilanie +5V a nóżkę jedenastą, natomiast kondensator C ma wartości 47µF i znajduję się między nóżką jedenastą a dziesiątą. W ten oto sposób można otrzymać skrócenie czasu trwania impulsu z piętnastu sekund do jednej sekundy.
Drugim problemem jaki zaistniał było pojawienie się tzw. „wiszącej jedynki” na wejściu B przy uruchamianiu układu UCY74121. Jest to normalne w układach TTL lecz, że na wejściu jest dioda, która poniżej napięcia progowego nie przewodzi prądu, to nie chciał pojawić się stan niski (<0,8V). Problem ten został zlikwidowany po wstawieniu między wejście B, a masę trzech szeregowo połączonych rezystorów (ograniczone zaplecze elementów), które łącznie uzyskały wartość 525Ω.
Kolejnym problemem, który został napotkany przy budowie tego układu było powolne wygaszanie diod LED w telefonie. Impuls sekundowy powstający przy włączeniu podświetlenia i przy jego wygaszaniu, powodował włączenie i po chwili wyłączenie czajnika. Jest to spowodowane wysyłaniem przez procesor telefonu wiele tysięcy przełączeń przy zmniejszającym się współczynniku wypełnienia (modulacja PWM), aż do zgaśnięcia diody. Te impulsy zostały wytłumione układem całkującym o stałej czasowej τ=RC, gdzie R=200Ω i C=4,7µF. Po dokonaniu tej korekty układ zaczął działać poprawnie.
Moduł GSM jest ładowany prądem stałym ze zwykłej ładowarki od telefonu komórkowego, która jest dołączona w zestawie. Czas działania modułu przy pełnym naładowaniu baterii wynosi około pięciu dni.
Większość elementów została zakupiona w sklepach internetowych w celu zminimalizowania kosztów i braku co niektórych części w pobliskim sklepie elektronicznym. Przybliżony koszt wykonania czajnika z modułem GSM wynosi ok. 50zł (nie licząc czajnika)
Pomysł na płytkę zaczerpnąłem ze strony mirleya
Poniżej przedstawię kilka zdjęć procesu budowy czajnika jak i krótki filmik przedstawiający jego działanie.
Na filmie jest drobna literówka w opisie ale myślę że to w niczym nie przeszkadza:) Co do dokładności podgrzewania wody to udało mi się w przedziale 70-99°C usyskać odchyłkę ok 0,5-1°C.
Gdzałka odłącza się 6 stopni przed ustaloną temperaturą, na filmie nie było to jeszcze udoskonalone:)
Wsad hex jakby ktoś chciał mogę udostępnić
Jak wiadomo, każdy prototyp posiada jeszcze swoje wady. Jedną z nich jest brak zabezpieczenia na uruchomienie czajnika bez nalanej wody. Jeśli wcześniej nabyty czajnik do tego projektu byłby sprawny, w grzałce znajdowałby się zabezpieczający ją bimetaliczny wyłącznik. Teoretycznie włączona grzałka bez wody powinna dosyć szybko nagrzać powietrze obok czujnika temperatury nawet do 95°C. Praktycznie takie doświadczenie nie było robione ze względu na ryzyko spalenia grzałki. Problem niepożądanego włączenia czajnika bez wody można rozwiązać stosując np. czujnik cieczy, pływakowy czujnik poziomu cieczy lub zastosowanie np. tensometrycznego czujnika nacisku na podkładce do czajnika, który przy odpowiednim ciężarze pozwalał na włączenie procesu grzania wody.
Pozdrawiam
Cool? Ranking DIY
