JavaStation (آلة صنع قهوة IoT الأوتوماتيكية بالكامل ذاتي التعبئة): 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

كان الهدف من هذا المشروع هو صنع آلة صنع قهوة أوتوماتيكية بالكامل يتم التحكم فيها عن طريق الصوت والتي تعيد ملء نفسها تلقائيًا بالماء وكل ما عليك فعله حقًا هو استبدال العملاء وشرب قهوتك ؛)

الخطوة 1: مقدمة

نظرًا لأن هذا كان ثاني تعديل للقهوة ، فقد تعلمت الكثير في هذه العملية ، لا سيما أنه كلما كانت الآلة الأكثر تعقيدًا التي تقوم بتعديلها ، زادت المشكلات / الأخطاء التي ستواجهها أثناء العملية اليومية. كانت الآلة السابقة مجرد صانع قهوة قديم بسيط بمفتاح واحد مع تعديل ترحيل.

إن Circolo (الإصدار الأوتوماتيكي الكامل) هو أفضل آلة متميزة من Dolce Gusto. اضطررت إلى قضاء ساعات في البحث عن الجهاز المناسب لأن جميع الآلات الأخرى من هذه السلسلة تستخدم الرافعة الميكانيكية العلوية للتبديل بين تدفقات الماء البارد والساخن كما هو موضح في الصورة.

الخطوة 2: اختر الجهاز المناسب

الآلة الأساسية الخاصة بي ليست تلقائية بالكامل فحسب ، ولكنها تتميز بميزات رائعة مثل إيقاف التشغيل تلقائيًا بعد 5 دقائق وتذكر آخر كمية قهوة (مما سيجعل الأمور أسهل كثيرًا في وقت لاحق في التهيئة). العملية الأساسية للآلة:

1 ، زر الطاقة الضغط

2 ، ضغط زر الماء البارد (سيشتت الماء على الفور إلى الكأس)

3 ، زر الماء الساخن مضغوط (سوف يسخن الغلاية ~ 20-60 ثانية ويبدأ في إطلاق الماء الساخن للكوب) سيومض ضوء الطاقة باللون الأحمر خلال فترة الاستعداد ثم يتحول إلى اللون الأخضر بشكل دائم عندما يكون المرجل جاهزًا.

يمتلك هذا الجهاز أيضًا القدرة على اكتشاف الأخطاء التالية:

خزان المياه فارغ

حامل الأكواب ليس في مكانه

في كلتا الحالتين ، سيومض ضوء الطاقة بين الأحمر / الأخضر.

الخطوة 3: تعديلات الأجهزة

في هذه الكتابة ، لن أفصل تفكيك الحالة وإعادة تجميعها نظرًا لوجود مقاطع فيديو عنها على YouTube. يتم إخفاء المعالج الدقيق الرئيسي أسفل اللوحة الأمامية مباشرةً حيث يوجد المفتاحان. توجد الغلاية في الجانب الأيمن من العلبة منفصلة عن أي شيء آخر ، والمضخة ولوحة إمداد الطاقة في الجانب الأيسر.

آلة القهوة هي بيئة شديدة التحمل للإلكترونيات ، ولا يوجد أي جانب مناسب تمامًا لدمج الدائرة بها. الحق في المرجل به مساحة أكبر ولكنك ستتعامل مع الحرارة ، من الواضح أن الدائرة لا يمكن أن تلمس لوحة الغلاية أو أن تكون بالقرب منها. لقد اخترت جانب مصدر الطاقة / المضخة ولكن هنا يتعين عليك التعامل مع الرنين الثقيل الناتج عن تشغيل المضخة الغشائية التي يمكن أن تدمر دائرة التحكم / تجعل الأسلاك تنزلق من موصلاتها بمرور الوقت.

لا تحتوي لوحة إمداد الطاقة على أي شيء مفيد ولكن يمكن استخدامها للتخلص من ثابت + 5 فولت (إبهام إضافي واحد لهذا الجهاز) والذي يمكن توصيله مباشرة بدبوس VIN الخاص بـ Arduino الذي يتجاوز منظم الجهد الموجود على اللوحة.

قائمة الأجهزة السريعة (ليست كاملة BOM ، لا تتضمن الأساسيات):

1. Dolce Gusto Circulo النسخة الأوتوماتيكية الكاملة
2. وحدة ترحيل 5V 4 قنوات مع optocoupler لـ PIC AVR DSP (أقترح استخدام 4x SIP-1A05 Reed Switch Relay)
3. Arduino Micro (أقترح استخدام SparkFun Pro Micro أو أحدث في المستقبل)
4. 2 قطعة 4n35 FSC Optocouplers Phototransistor
5. 1/2 "صمام الملف اللولبي الكهربائي للمياه الهواء N / C مغلق عادة 12V DC
6. وحدة الموجات فوق الصوتية HC-SR04 مستشعر محول قياس المسافة (اشتر بعض الإضافات ، سترى السبب لاحقًا)
7. قطعتان من مستشعر قطرة المطر للكشف عن الرطوبة وحدة كشف المطر لاردوينو
8. 1 Xbee
9. تجهيزات الأنابيب للكتل المائية (يمكن أن تختلف اعتمادًا على منزل واحد ، من الأفضل شرائها من متجر لاجهزة الكمبيوتر ووضعها معًا قبل الشراء)

الخطوة 4: التوصيلات الرئيسية ولوحة التحكم

يجب توصيل نقاط الدائرة التالية:

1 ، زر ساخن

2 ، زر بارد

3 ، الصمام الأحمر

4 ، ليد أخضر

5 ، السلطة الرئيسية على الزر

6 ، GND المشتركة

لسوء الحظ ، لقد فقدت ملاحظاتي / صوري حول مكان لحام هذه الأشياء على السبورة ، ولكن يمكن تتبعها جميعًا بسهولة باستخدام مقياس متعدد (فقط استخدم وضع اختبار الصمام الثنائي لتتبع الأسلاك مرة أخرى). لم يكن اللحام صعبًا للغاية ، اختر النقاط بأرجل SMD ولحام الأسلاك هناك.

يوجد كل من المصابيح الحمراء / الخضراء بجوار بعضها البعض عند مفتاح الطاقة. هناك حاجة لتحديد حالة الماكينة (تعمل بالطاقة ، جاهزة لصنع القهوة (تسخين الغلاية) ، خطأ). لقد خلعتهم مباشرة من اللوحة الرئيسية ، لأنه من الصعب العبث بالدائرة الصغيرة حول مفتاح الطاقة.

كنت أستخدم optocouplers 4N35 للتفاعل بأمان مع Arduino وقراءة حالات LED. كانت الفكرة الأصلية هي استخدام 5 منهم وإجراء القراءات والتحكم في التبديل أيضًا (إنشاء دائرة صامتة تمامًا). لسوء الحظ ، لم تتمكن هذه الشريحة من توليد مقاومة منخفضة بدرجة كافية لمحاكاة ضغط الزر ، لذلك اضطررت إلى استخدام المرحلات. لقد استخدمت وحدة الترحيل العامة المكونة من 4 قنوات ، ولكن إذا كان علي إعادة هذا المشروع ، فسأستخدم مرحلات Reed الصغيرة (SIP-1A05 Reed Switch Relay مع ثنائيات flyback الداخلية) والتي يمكن توصيلها مباشرة بمخرج Arduino دبابيس (حمولة 7 مللي أمبير تقريبًا) لذلك يمكن وضع كل شيء على هيكل لوحة من مستويين.

يمكن إسقاط الكابلات الخمسة الصغيرة بسهولة بجوار أسلاك الطاقة الموجودة أسفل لوحة الإمداد.

لاستخدام المساحة بشكل أكثر كفاءة في الجهاز ، قررت تقسيم الإلكترونيات إلى لوحتين رئيسيتين:

اليسار هو لوحة التحكم الرئيسية ، بينما يمسك اليمين (ما أسميه بلوحة الاتصالات) Xbee وعلى الرغم من عدم ظهوره في الصورة ، فإن مستشعري المياه (للكشف عن الفائض) مضغوطين خلفه. في الجزء العلوي ، ساعة الوقت الحقيقي (اختيارية لوقت التشغيل:)) ولوحة الترحيل المكونة من 4 قنوات يتم وضعها بجوار المضخة في الجزء السفلي ملفوفة بالإسفنج ، كما تم غلقها قليلاً للحماية من الصدى.

بالنسبة للوحة الاتصالات ، لم أزعج نفسي بصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور فقط استخدم لوح توصيل عادي لأنه لا يوجد الكثير مما يحدث هناك. لديها 6 وصلات باللوحة الرئيسية:

Vcc (5 فولت) ، GND ، Xbee (TX) ، Xbee (RX) ، مستشعر المياه 1 (البيانات) ، مستشعر المياه 2 (البيانات)

الخطوة الخامسة: التحكم في تدفق المياه وآلية إعادة التعبئة

لقد صممت هذا الجهاز مع وضع الأمان في الاعتبار ، مما يجعل من المستحيل على المهاجمين / الأعطال التسبب في أضرار جسيمة بالمياه للمنزل حيث سيتم توصيل الجهاز بكل من الصنبور والإنترنت على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. هذا ما تفعله دائرة الحماية 555 التالية أعلى الملف اللولبي.

لاحظ أيضًا أن الملف اللولبي يعمل من مصدر طاقة بجهد 12 فولت ما زلت أتمكن من الضغط عليه في الجزء السفلي من آلة القهوة بجوار المضخة ولوحة الترحيل. حتى لا تهدر الطاقة ، تقوم لوحة الترحيل ذات 4 قنوات بتبديل التيار الكهربائي 230 فولت مباشرة إلى المحول الذي سيقوم بعد ذلك بتشغيل الملف اللولبي. هناك بالطبع بضعة ميكروثانية تأخير إيقاف ما يجب عليك حسابه لانهيار المجال المغناطيسي على كل من الملف اللولبي + على المحول عند سحب القابس.

أنا أستخدم مقبسًا قياسيًا مقاس 3.5 مم لتوصيل كتلة المياه الخارجية بسلك طويل بطول 3 أمتار وأنبوب PVC صغير القطر يخرج من الكتلة ويذهب إلى ماكينة صنع القهوة.

يتم حفر الجزء العلوي من خزان المياه لاستيعاب هذا الأنبوب الذي ينزل بعد ذلك إلى أسفل الخزان. أود أن أشير إلى أنه من المهم جدًا تغذية الأنبوب إلى أسفل على الجانب دون المرور عبر الوسط والتداخل مع أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية.

بعد تشغيل الملف اللولبي على الدائرة ، سيتم إيقاف تشغيله تلقائيًا بعد حوالي 4 ثوانٍ (والذي يجب أن يكون أكثر من وقت كافٍ لملء الخزان بالكامل) ويظل في هذه الحالة حتى دورة التشغيل التالية. هذه الدائرة هي خط الدفاع الأخير ضد الأعطال وتعمل بشكل مستقل تمامًا عن آلة صنع القهوة. إذا فشل التتابع في الجهاز وظل مغلقًا ، فقد تغمر المياه المنزل ، مع هذه الحماية لا يمكن أن يحدث ذلك أبدًا.

إذا كان هذا لا يزال غير كافٍ بالنسبة لك أو كان من المستحيل إغلاق المياه أو كنت لا ترغب في العبث بكتل المياه ، تحقق من مشروع WasserStation الخاص بي الذي تم تصميمه خصيصًا لهذا الغرض لتمديد خزان المياه الصغير لآلة القهوة.

الخطوة السادسة: كشف الفيضانات

يوجد مستشعران إضافيان للماء للحماية:

• المستشعر 1: في الجزء الخلفي من الخزان لاكتشاف الفائض من الخزان
• Sensor2: في الجزء السفلي من آلة القهوة للكشف عن فائض الكوب

سيؤدي هذان المستشعران إلى انقطاع المياه على الفور ، وتشغيل ضوء الخطأ وإيقاف تنفيذ البرنامج لمنع هجوم مثل صنع مليون قهوة وإغراق المنزل بهذه الطريقة. بعد إنهاء البرنامج ، لن يستجيب الجهاز لأي شيء ويجب إعادة تدويره يدويًا.

في حال كنت تتساءل ماذا سيحدث إذا غمر المستشعر بالموجات فوق الصوتية (حدث مرة واحدة:))

لقد كان يعيد مستوى الماء مثل هذا لبضعة أيام ، ولكن حتى بعد أن يجف ، لم يعد دقيقًا مرة أخرى وكان علي استبداله. تم تصميم الماكينة لتعمل من ماء الصنبور البارد ، لذا لن يؤدي تبخير الماء الساخن إلى إتلاف المستشعر. يكون هذا المستشعر دقيقًا فقط حتى يكون مستوى الماء منه 2-3 سم.

جعل الشكل الإهليلجي للخزان حسابات منسوب المياه صعبة ، لذا تم قياسها وتشفيرها في البرنامج لتتوافق مع النسب المئوية.

الخطوة 7: الاختبار والتجميع النهائي

الجهاز في حالته النهائية ، يخفي بشكل كامل تقريبًا آثار أي قرصنة ، وإذا لم تكن مؤشرات LED الثلاثة ومنفذ تصحيح أخطاء USB موجودة ، فلن تتمكن من معرفة أن أي شيء آخر يحدث بالداخل بينما يمكن أن يضم أيضًا شبكة Wifi متصلة خادم الزلزال:)

عندما أقوم بتعديل الأجهزة ، فإنني دائمًا ما أبقي الاستخدام اليدوي أولوية قصوى. بعد الاختراق ، يمكن لأي شخص استخدام الجهاز تمامًا كما كان ، باستثناء أنه لا يمكن إزالة خزان المياه بسهولة. ما لم يتم الانتهاء من جزء أتمتة المياه الكامل من التصميم ، فلا يمكن ملء الماكينة إلا في هذه المرحلة باستخدام مجموعة أنابيب صغيرة + قمع.

الخطوة 8: كود التحكم في القهوة

ابحث عن كود مصدر Arduino الكامل المرفق أدناه.

شرح موجز للكود:

تستدعي الحلقة الرئيسية وظيفة xcomm () ، المسؤولة عن معالجة الأوامر ، وصنع القهوة ، وتشغيل / إيقاف تشغيل الجهاز.

لا يتم الوصول إلى الكود الموجود بالأسفل إلا في حالة التحكم اليدوي. فهو يزيد من عداد الإحصائيات لتتبع عدد أنواع القهوة التي تم صنعها ويملأ خزان المياه تلقائيًا.

يمكن إرسال الأوامر من خلال Xbee أو عبر منفذ USB (يجب تمكين التصحيح في البداية). عندما يأتي الاتصال من أي من المصابيح البرتقالية يومض لمدة ثانية لإظهار نشاط الشبكة. يتم تنفيذ الأوامر التالية:

1 ، CMSTAT - إحصائيات الاستعلام من الجهاز

تقوم الماكينة بتخزين إحصائيات حول عدد أنواع القهوة الساخنة / الباردة / اليدوية التي تم صنعها وأيضًا الحصول على وقت التشغيل من RTC الذي لا يفيض بعد 3 أيام ، لذا يمكن أن يصل إلى سنوات: P

2 ، CMWSTART - يبدأ في صنع القهوة والمشروبات الساخنة بالماء الساخن

3 ، CMCSTART - يبدأ في صنع الشاي المثلج والمشروبات الباردة بالماء البارد

تبدأ العمليات الساخنة والباردة باستدعاء وظيفة الاستعداد () التي تقوم بإجراء المزيد من الفحوصات ثم تقوم بتشغيل ضغط زر الطاقة. بعد ذلك ، ينتظر البرنامج الضوء الأخضر (عند تسخين الغلاية) ثم يحاكي ضغط الزر الساخن / البارد. بعد ذلك تنتظر 50 ثانية (وهي أكثر من كافية حتى لأكبر فنجان قهوة) ثم تطفئ الطاقة. لن يكون هذا ضروريًا لأن هذه الآلة الممتازة ستتوقف تلقائيًا بعد 5 دقائق من صنع القهوة ولكن لماذا تهدر الطاقة؟ بالمناسبة ، استهلاك الطاقة الاحتياطية للجهاز حتى بعد التعديل أقل من 2 وات.

إعادة تعبئة المياه والأمن

تم تصميم هذه الآلة مع مراعاة الأمان ، لذلك سيكون من المستحيل على المهاجم الذي يسيطر على المنزل أن يغمر المنزل بأكمله بالمياه. لن يؤدي فشل الأجهزة إلى حدوث أضرار جسيمة أيضًا. بجانب مستشعرات الأجهزة ، توجد وسائل حماية مضمنة في الكود الخاص بإعادة التعبئة. عداد يقوم بتشغيل روتين ISR إذا لم يتم إعادة تعبئة الجهاز في x ثانية (يمكن أن يحدث هذا على سبيل المثال إذا تعطل جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ويعطي 20٪ بعد x ثانية بمجرد بدء إعادة الملء).

لا توجد مصادقة ، يمكن لأي شخص استخدام الجهاز داخل نطاق الراديو الذي يعرف الأوامر ، لذلك قمت بتغيير معرف Xbee piconet الافتراضي إلى شيء آخر ، كما يمكن التعليق على ERR_INVALIDCMD وسيتجاهل الجهاز أي أوامر غير معروفة.

البق

حشرة القهوة المزدوجة: الشيء الأكثر إزعاجًا في هذا الخطأ هو أنه بدأ يحدث بعد شهرين من استخدام الجهاز بنفس الرمز. بعد إصدار أمر القهوة ، قام بتحضير القهوة ، ثم أوقف تشغيله ثم أعد تشغيله مرة أخرى واستمر في صنع فنجان آخر من القهوة بنفس المنتج.

اضطررت إلى البدء في تصحيح أخطاء تكرار الأمر من مستوى Android لأنني قمت بتنفيذ إعادة الإرسال إلى الكود في حالة فقد الحزمة. اتضح أنه لم يكن أي من android أو برنامج التحكم C أو Linux kernel على raspi2 مسؤولاً عن هذا بدلاً من Xbee.

بعد إصدار echo “CMCSTART”> / dev / ttyACM0 على عقدة التحكم ، يخرج مرتين إلى الطرف الآخر. استنتجت أن طيفي 2.4 جيجا هرتز في منزلي بدأ في التشبع من العديد من أجهزة الراديو في هذا النطاق مما تسبب في قيام Xbee باستدعاء نوع من إعادة الإرسال في طبقة الراديو وتم إرسال البيانات مرتين (ليس دائمًا). بمجرد أن يأتي الأمر الأول في الآلة xcomm () بدأت في معالجته ، ولكن يأتي الأمر الثاني مباشرة بعد ذلك كان ينتظر في المخزن المؤقت Xbees وعندما تنتهي الحلقة ، بدأت في معالجة الأمر الثاني. للتغلب على هذه المشكلة ، أدخلت 3 عتبات في الكود لتجعل من المستحيل صنع أكثر من فنجان واحد في دقيقتين. يوجد أيضًا حد على CMSTAT ولكن لعدم التدخل في رمز التحكم C / Android ، فإنه سيؤدي ببساطة إلى إسكات الردود لمدة ثانيتين.

تم وضع العتبة الأخيرة لعداد القهوة اليدوي ، لأنه بمجرد وصول الماكينة إلى حالة الاستعداد (تسخين الغلاية ، والضوء الأخضر) سجلت الحدث الأخضر مئات المرات مما أدى إلى زيادة عدد القهوة.

الخطوة 9: اعتبارات التصميم والأفكار النهائية

بعد الكثير من المتاعب من اتصال Xbee ، لا أوصي بـ Xbee لهذا المشروع. إما أن تستخدم الراديو القياسي الرخيص 433 ميجا هرتز مع VirtualWire وخفض Bps لتحقيق الاستقرار أو تضمين Raspberry PI Zero مع اتصال Wifi مباشرة في ماكينة القهوة.

كما يوضح التاريخ أنه مشروع قديم ، لذا أعتذر عن التفاصيل الصغيرة المفقودة مثل الاتصال من دائرة التحكم إلى أرجل الدبوس الدقيقة على اللوحة الأم. يتطلب هذا المشروع مستوى معينًا من المعرفة التقنية للقيام بذلك بنفسك. إذا وجدت أي أخطاء / مشكلات أو كنت ترغب في المساهمة في هذا البرنامج التعليمي ، فيرجى إخبارنا بذلك.

برنامج التحكم ، طرق التحكم الصوتي هي جزء آخر مما يجعل من الممكن تحضير قهوتك بمجرد أمر صوتي قبل الخروج من السرير.

لقد أكملت الآن توثيق نظام تخزين المياه الخاص بي (WasserStation) وقمت بتحديث CoffeeControlCode إلى أحدث إصدار ، والذي يتضمن أيضًا إعادة التعبئة التلقائية. إذا كنت تستخدم نفس الجهاز للبناء ، فستعمل إعادة الملء بلا عيب (بدون أي تعديل على الكود) حيث تمت معايرة مستويات المياه لخزان المياه في Circolo.