JavaStation (قهوه ساز IoT کاملاً خودکار پر می شود): 9 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

هدف این پروژه ایجاد یک قهوه ساز تمام اتوماتیک با قابلیت کنترل صدا بود که به طور خودکار با آب پر می شود و تنها کاری که باید انجام دهید این است که مشتریان را جایگزین کرده و قهوه خود را بنوشید.)

مرحله 1: مقدمه

از آنجا که این دومین قهوه ساز من بود ، من در این فرآیند چیزهای زیادی آموختم ، به ویژه اینکه هرچه دستگاه پیچیده تری را اصلاح کنید ، مشکلات و اشکالات بیشتری در طول کار روزانه با آن روبرو خواهید شد. دستگاه قبلی فقط یک قهوه ساز ساده 1 سوئیچ قدیمی با حالت رله بود.

Circolo (نسخه کامل اتوماتیک) برترین دستگاه برتر Dolce Gusto است. من مجبور بودم ساعت ها برای جستجوی دستگاه مناسب وقت بگذارم زیرا سایر ماشین های این سری از اهرم مکانیکی بالا برای جابجایی بین جریان آب سرد و گرم مطابق تصویر استفاده می کنند.

مرحله 2: ماشین مناسب را انتخاب کنید

دستگاه اصلی من نه تنها کاملاً اتوماتیک است ، بلکه دارای ویژگیهای قابل توجهی است مانند خاموش شدن خودکار پس از 5 دقیقه و به خاطر سپردن آخرین قهوه (که بعداً در مدینگ کارها را بسیار ساده تر می کند). عملکرد اصلی دستگاه:

1 ، دکمه روشن / خاموش فشار داده شده است

2 ، دکمه آب سرد فشار داده می شود (بلافاصله آب را به فنجان پخش می کند)

3 ، دکمه آب گرم فشار داده می شود (20 تا 60 ثانیه دیگ را گرم می کند و آب داغ را به فنجان آزاد می کند) چراغ برق در دوره آماده به کار قرمز چشمک می زند و هنگامی که دیگ بخار آماده است به طور دائم سبز می شود.

این دستگاه همچنین می تواند خطاهای زیر را تشخیص دهد:

مخزن آب خالی است

دارنده جام در جای خود نیست

در هر دو حالت چراغ قدرت بین قرمز/سبز چشمک می زند.

مرحله 3: تغییرات سخت افزاری

در این نوشتار من جزئیات جداسازی و جمع آوری مجدد قاب را توضیح نخواهم داد زیرا فیلم هایی در مورد آن در YouTube وجود دارد. ریزپردازنده اصلی درست در زیر صفحه اصلی که 2 سوئیچ در آن قرار دارند پنهان شده است. دیگ بخار در سمت راست محفظه از همه چیز جدا شده است ، پمپ و منبع تغذیه در سمت چپ قرار دارند.

دستگاه قهوه یک محیط سنگین برای وسایل الکترونیکی است ، هیچ یک از طرفین کاملاً برای یکپارچه سازی مدار مناسب نیستند. سمت راست در دیگ دارای فضای بیشتری است اما شما با گرما برخورد خواهید کرد ، بدیهی است که مدار نمی تواند صفحه دیگ بخار را لمس کند یا حتی نزدیک آن باشد. من منبع تغذیه / پمپ را انتخاب کرده ام ، اما در اینجا شما باید با رزونانس شدید ناشی از عملکرد پمپ ممبران مقابله کنید که می تواند مدار کنترل را خراب کند / سیم ها را به مرور زمان از اتصالات خود خارج کند.

پانل منبع تغذیه حاوی هیچ چیز مفیدی نیست اما می توان از آن برای زالو کردن +5V پایدار (یک شست دیگر برای این دستگاه) استفاده کرد که می تواند مستقیماً به پین VIN آردوینو وصل شود و از تنظیم کننده ولتاژ روی برد جلوگیری کند.

لیست سخت افزار سریع (BOM کامل نیست ، اصول اولیه را شامل نمی شود):

1. نسخه کامل اتوماتیک Dolce Gusto Circulo
2. ماژول رله 5V 4 کانال با optocoupler برای PIC AVR DSP (پیشنهاد می کنم از رله سوئیچ نی 4x SIP-1A05 4x استفاده کنید)
3. Arduino Micro (پیشنهاد می کنم در آینده از SparkFun Pro Micro یا جدیدتر استفاده کنید)
4. فوتوترانزیستور 2PCS 4n35 FSC Optocouplers
5. 1/2 "سوپاپ برقی برقی برای هوا N/C معمولاً بسته DC 12V
6. ماژول اولتراسونیک HC-SR04 سنسور مبدل اندازه گیری فاصله (برخی از موارد اضافی را خریداری کنید ، بعداً دلیل آن را خواهید دید)
7. 2 قطعه ماژول سنسور تشخیص رطوبت رطوبت باران تشخیص باران برای آردوینو
8. 1 Xbee
9. اتصالات لوله بلوک های آب (بسته به نوع خانه می تواند متفاوت باشد ، بهتر است آن را در فروشگاه سخت افزار خریداری کرده و قبل از خرید همه را در آنجا قرار دهید)

مرحله 4: اتصالات اصلی و برد کنترل کننده

نقاط مدار زیر باید متصل شوند:

1 ، دکمه داغ

2 ، دکمه سرد

3 ، قرمز منجر شد

4 ، سبز منجر شد

5 ، دکمه اصلی روشن

6 ، GND مشترک

متأسفانه من یادداشت ها/تصاویر خود را در مورد محل لحیم کاری این صفحات بر روی صفحه گم کرده ام ، اما همه آنها را می توان به راحتی با مولتی متر دنبال کرد (فقط از حالت آزمایش دیود برای ردیابی سیم ها استفاده کنید). لحیم کاری خیلی سخت نبود ، نقاطی را با پایه SMD انتخاب کنید و سیم ها را در آنجا لحیم کنید.

LED های قرمز/سبز هر دو در کنار یکدیگر در کلید تغذیه قرار دارند. آنها برای تعیین حالت دستگاه (روشن ، آماده برای تهیه قهوه (گرمایش دیگ بخار) ، خطا) مورد نیاز است. من آنها را مستقیماً از روی صفحه اصلی برداشته ام ، زیرا پیچ خوردن با مدار کوچک در اطراف کلید قدرت دشوار است.

من برای اتصال ایمن با آردوینو و خواندن حالت های LED از قطعات نوری 4N35 استفاده می کردم. ایده اولیه این بود که از 5 مورد استفاده کنید و هم خواندن و هم کنترل های سوئیچ را انجام دهید (یک مدار کاملا بی صدا ایجاد کنید). متأسفانه این تراشه نمی تواند مقاومت کافی را برای شبیه سازی فشار یک دکمه ایجاد کند ، بنابراین مجبور شدم از رله استفاده کنم. من از ماژول رله 4 کاناله عمومی که در دست داشتم استفاده کردم ، اما اگر مجبور بودم این پروژه را دوباره انجام دهم ، فقط از رله های کوچک نی (SIP-1A05 Reed Switch Relay با دیودهای داخلی بازگردان) استفاده می کنم که می توانند مستقیماً به خروجی آردوینو متصل شوند. پین (بار 7 میلی آمپر پوند) بنابراین همه چیز را می توان در یک ساختار تخته 2 سطح قرار داد.

5 کابل کوچک را می توان به راحتی در کنار سیم های برق در زیر برد تغذیه پایین آورد.

برای استفاده م theثرتر از فضا در دستگاه ، تصمیم گرفتم قطعات الکترونیکی را به 2 صفحه اصلی تقسیم کنم:

در سمت چپ صفحه اصلی کنترل است ، در سمت راست (چیزی که من آن را صفحه ارتباط می نامم) Xbee را نگه می دارد و اگرچه در تصویر نشان داده نشده است ، 2 سنسور آب (برای تشخیص سرریز) در پشت آن فشرده شده است. در بالا ساعت واقعی (اختیاری برای زمان فعال شدن:)) و برد رله 4 کانالی که در کنار پمپ قرار گرفته است و در قسمت پایین با اسفنج پیچیده شده است ، همچنین برای محافظت در برابر طنین کمی چسب زده است.

برای برد ارتباطی ، من زحمتی نکشیدم که PCB را فقط از یک نان برد معمولی استفاده کنم ، زیرا کارهای زیادی در آنجا انجام نمی شود. دارای 6 اتصال به برد اصلی:

Vcc (5V) ، GND ، Xbee (TX) ، Xbee (RX) ، سنسور آب 1 (داده) ، سنسور آب 2 (داده)

مرحله 5: کنترل جریان آب و مکانیسم پر کردن مجدد

من این دستگاه را با در نظر گرفتن امنیت طراحی کرده ام و باعث نمی شود که مهاجمان/نقص ها باعث آسیب جدی آب در خانه شوند زیرا دستگاه به صورت 24 ساعته و 7 روز به شیر وصل می شود. این همان کاری است که مدار حفاظتی 555 زیر بر روی شیر برقی انجام می دهد.

همچنین توجه داشته باشید که شیر برقی از منبع تغذیه 12 ولت کار می کند که من هنوز توانستم آن را در قسمت پایین دستگاه قهوه کنار پمپ و برد رله فشار دهم. برای هدر نرفتن ، برد رله 4 کانال اصلی 230V را مستقیماً به آداپتور وصل می کند و سپس شیر برقی را روشن می کند. البته چند ریز ثانیه خاموشی وجود دارد که شما باید برای فروپاشی میدان مغناطیسی هر دو در شیر برقی + روی آداپتور هنگام کشیدن دوشاخه محاسبه کنید.

من از یک جک استاندارد 3.5 میلی متری برای اتصال بلوک آب خارجی با سیم بلند 3 متری و لوله PVC با قطر کوچک که از بلوک به سمت قهوه ساز خارج می شود استفاده می کنم.

قسمت بالای مخزن آب حفر می شود تا این لوله را در خود جای دهد و سپس به پایین مخزن پایین بیاید. لازم به ذکر است که تغذیه لوله از پایین به طرف و بدون عبور از وسط و تداخل با سنسورهای اولتراسونیک بسیار مهم است.

بعد از اینکه شیر برقی روی مدار قرار گرفت ، بعد از 4 ثانیه به طور خودکار آن را خاموش می کند (که برای پر شدن کامل مخزن باید بیش از زمان کافی باشد) و تا چرخه روشن شدن بعدی در این حالت باقی می ماند. این مدار آخرین خط دفاعی در برابر خرابی است و از قهوه ساز کاملاً مستقل عمل می کند. اگر رله در دستگاه خراب شود و بسته بماند ، آب می تواند خانه را سیل کند ، با این محافظت هرگز اتفاق نمی افتد.

اگر این هنوز برای شما خوب نیست یا بستن آب غیرممکن است یا نمی خواهید با بلوک های آب درگیر شوید ، پروژه WasserStation من را بخوانید که دقیقاً برای این کار ساخته شده است تا مخزن کوچک آب قهوه ساز را گسترش دهد.

مرحله 6: تشخیص سیل

2 سنسور آب اضافی برای محافظت وجود دارد:

• سنسور 1: در پشت مخزن برای تشخیص سرریز از مخزن
• سنسور 2: در پایین دستگاه قهوه برای تشخیص سرریز فنجان

هر دوی این سنسورها وقفه ای ایجاد می کنند که بلافاصله آب را خاموش می کند ، چراغ خطا را روشن می کند و اجرای برنامه را متوقف می کند تا از حمله ای مانند تهیه یک میلیون قهوه و جاری شدن سیل در خانه به این ترتیب جلوگیری کند. پس از خروج برنامه ، دستگاه دیگر به هیچ چیز پاسخ نمی دهد و باید به صورت دستی روشن شود.

اگر فکر می کنید اگر سنسور اولتراسونیک غرق شود چه اتفاقی می افتد (این یک بار اتفاق افتاد:))

سطح آب را چند روز پس می داد ، اما حتی بعد از خشک شدن ، دیگر هرگز دقیق نبود و مجبور شدم آن را تعویض کنم. این دستگاه طوری طراحی شده است که از آب سرد لوله کشی کند ، بنابراین بخار گرم نمی تواند به سنسور آسیب برساند. این سنسور فقط تا زمانی که سطح آب 2-3 سانتی متر از آن فاصله داشته باشد دقیق است.

شکل بیضوی مخزن محاسبات سطح آب را دشوار می کند ، بنابراین آنها اندازه گیری و کدگذاری می شوند تا درصدها مطابقت داشته باشند.

مرحله 7: آزمایش و مونتاژ نهایی

دستگاه در حالت نهایی خود است ، تقریباً به طور کامل ردپای هرگونه هک شدن را پنهان می کند و اگر LED های نشانگر وضعیت 3 و پورت اشکال زدایی USB در آنجا نباشند ، نمی توانید بگویید که هیچ چیز دیگری در داخل آن در حال انجام است در حالی که حتی می تواند یک Wifi متصل را در خود جای دهد. سرور لرزه:)

وقتی دستگاه ها را تغییر می دهم ، همیشه استفاده دستی را در اولویت اصلی خود قرار می دهم. پس از هک ، دستگاه به طور کامل برای همه قابل استفاده است ، به جز این که مخزن آب را نمی توان به راحتی جدا کرد. مگر اینکه قسمت کامل اتوماسیون آب را در طراحی به پایان برسانید ، دستگاه را در این مرحله فقط می توان با یک لوله کوچک + قیف پر کرد.

مرحله 8: کد کنترل قهوه

کد منبع کامل آردوینو را که در زیر ضمیمه شده است بیابید.

توضیح مختصر کد:

حلقه اصلی عملکرد xcomm () را فرا می خواند ، مسئول پردازش فرمان ، تهیه قهوه ، روشن/خاموش کردن دستگاه.

کد زیر فقط در صورت کنترل دستی قابل دسترسی است. برای پیگیری تعداد قهوه های تولید شده ، شمارنده آمار را افزایش می دهد و مخزن آب را به طور خودکار پر می کند.

دستورات را می توان از طریق Xbee یا از طریق پورت USB ارسال کرد (اشکال زدایی باید در ابتدا فعال باشد). وقتی ارتباط از طریق هر دو صورت می گیرد ، رنگ قرمز نارنجی برای یک ثانیه چشمک می زند تا فعالیت شبکه را نشان دهد. دستورات زیر اجرا می شود:

1 ، CMSTAT - آمار پرس و جو از دستگاه

دستگاه آمار مربوط به تعداد قهوه های گرم/سرد/دستی را ذخیره می کند و همچنین زمان فعال شدن را از RTC دریافت می کند که پس از 3 روز پر نمی شود و می تواند تا سالها ادامه یابد: P

2 ، CMWSTART - شروع به تهیه قهوه و نوشیدنی های گرم با آب گرم می کند

3 ، CMCSTART - شروع به تهیه چای یخی و نوشیدنی های سرد با آب سرد می کند

فرآیندهای گرم و سرد با فراخوانی تابع standby () شروع می شود که بررسی های بیشتری را انجام می دهد و سپس یک دکمه پاور را فشار می دهد. پس از این برنامه منتظر چراغ سبز (هنگامی که دیگ بخار گرم می شود) می شود و سپس فشار دکمه گرم/سرد را شبیه سازی می کند. پس از این 50 ثانیه منتظر می ماند (که حتی برای بزرگترین فنجان قهوه نیز کافی است) و سپس برق را خاموش می کند. این حتی لازم نیست زیرا این دستگاه عالی 5 دقیقه پس از تهیه قهوه به طور خودکار خاموش می شود ، اما چرا باید برق را هدر داد؟ به هر حال مصرف برق در حالت آماده به کار دستگاه حتی پس از اصلاح کمتر از 2 وات است.

پر کردن آب و امنیت

این دستگاه با در نظر داشتن امنیت طراحی شده است ، بنابراین غیرممکن است که مهاجمی که کنترل خود را به دست می آورد تمام خانه را با آب غرق کند. خرابی سخت افزار نیز خسارت جدی به همراه نخواهد داشت. در کنار سنسورهای سخت افزاری ، محافظ هایی در کد برای پر کردن تعبیه شده است. اگر دستگاه در عرض seconds ثانیه مجدداً پر نشود ، شمارنده ای شروع به کار می کند (برای مثال اگر سنسور اولتراسونیک خراب شود و بعد از شروع مجدد 20 after پس از شروع مجدد ، 20 out خارج شود) این امر ممکن است رخ دهد.

هیچ احراز هویتی وجود ندارد ، هرکسی می تواند از دستگاه در محدوده رادیویی که دستورات را می داند استفاده کند بنابراین من شناسه پیش فرض Xbee piconet را به چیز دیگری تغییر داده ام ، همچنین ERR_INVALIDCMD می تواند نظر داده شود و دستگاه از هرگونه دستور ناشناخته چشم پوشی می کند.

اشکالات

اشکال دوگانه قهوه: آزاردهنده ترین نکته در مورد این اشکال این است که چند ماه پس از استفاده از دستگاه با کد مشابه شروع به بروز کرد. پس از صدور فرمان قهوه ، قهوه را درست کرد ، خاموش شد و دوباره روشن شد و با 1 نفر دیگر ، 1 قهوه دیگر ادامه دهید.

من مجبور شدم اشکال زدایی تکرار فرمان را از سطح Android شروع کنم زیرا در صورت از دست دادن بسته ، ارسال مجدد به کد را اجرا کرده ام. معلوم شد که نه اندروید ، نه نرم افزار کنترل C و نه هسته لینوکس در raspi2 مسئول این Xbee نیستند.

پس از صدور اکو "CMCSTART">/dev/ttyACM0 در گره کنترل ، دو بار به انتهای دیگر می آید. من به این نتیجه رسیدم که طیف 2.4 گیگاهرتز من در خانه من از بسیاری از دستگاههای رادیویی در این محدوده اشباع شده است که باعث شد Xbee به نوعی از ارسال مجدد در لایه رادیو متوسل شود و داده ها دو بار (نه همیشه) ارسال شود. هنگامی که اولین فرمان وارد ماشین شد ، عملکرد xcomm () شروع به پردازش آن کرد ، اما دستور دوم بلافاصله بعد از آن در بافر Xbees منتظر ماند و وقتی حلقه به پایان رسید پردازش فرمان دوم را آغاز کرد. برای غلبه بر این مشکل ، من 3 آستانه در کد ارائه کرده ام که امکان ندارد بیش از 1 قهوه را در 2 دقیقه تهیه کنید. همچنین محدودیتی در CMSTAT وجود دارد اما برای عدم تداخل با کد کنترل C/Android ، به سادگی پاسخ ها را به مدت 2 ثانیه خفه می کند.

آخرین آستانه برای پیشخوان قهوه دستی قرار داده شد ، زیرا هنگامی که دستگاه به حالت آماده باش رسید (دیگ بخار گرم می شود ، چراغ سبز) صدها بار رویداد سبز را ثبت کرده و تعداد قهوه را بالا می برد.

مرحله 9: ملاحظات طراحی و اندیشه های نهایی

پس از مشکلات زیاد در ارتباط Xbee ، من Xbee را برای این پروژه توصیه نمی کنم. یا از رادیوی استاندارد ارزان 433 مگاهرتز با VirtualWire و Bps پایین برای ثبات استفاده کنید یا یک Raspberry PI Zero با اتصال Wifi را مستقیماً در دستگاه قهوه جاسازی کنید.

همانطور که تاریخ نشان می دهد این یک پروژه قدیمی است ، بنابراین از جزئیات کوچک مانند اتصال از مدار کنترل به پایه های دقیق پین در مادربرد عذرخواهی می کنم. این پروژه نیاز به سطح خاصی از دانش فنی دارد تا بتوانید آن را به تنهایی انجام دهید. اگر اشکال/مشکلی پیدا کردید یا مایل بودید در این آموزش مشارکت کنید ، لطفاً به من اطلاع دهید.

نرم افزار کنترل ، روش های کنترل صدا برای قسمت دیگری است که به شما امکان می دهد قهوه خود را فقط با فرمان صوتی قبل از بلند شدن از تخت آماده کنید.

من در حال حاضر مستندات سیستم ذخیره آب خود (WasserStation) را تکمیل کرده و CoffeeControlCode را به آخرین نسخه که شامل پر شدن خودکار نیز می شود ، به روز کرده ام. اگر از همان دستگاه برای ساخت استفاده می کنید ، از آنجا که سطح آب به مخزن آب Circolo کالیبره شده است ، دوباره پر می شود بی عیب و نقص (بدون هیچ گونه تغییر در کد) کار می کند.