Rozpoznávání mincí na Arduino: optika a napájení

Optické rozpoznávání mincí na Arduino s vlastní deskou a optimalizací napájení

Zařízení určuje nominální hodnotu mincí podle času průletu optickou bariérou. Infračervená LED a fototransistor zachytí pokles napětí při přerušení paprsku. Pro 1 rubl je signál minimální kvůli malému průměru, pro 5 rublů maximální. Systém zachytí křivku závislosti napětí na čase a porovná ji s referenčními šablonami uloženými v EEPROM Arduino. Počítání probíhá podle nominálů s výstupem součtu na displej.

Schémata nabíjení a ochrany Li-ion

Nabíjení akumulátoru 18650 je postavené na TP4056 pro stabilizaci proudu až 1 A a dosažení 4,2 V. Ochrana je realizována DW01A: monitoruje hluboké vybití pod 2,4 V, přenabíjení nad 4,3 V, zkrat. FS8205A – dvojitý MOSFET odpojí obvod na ochranný signál, odblokování vyžaduje připojení nabíječky. Indikace: červená LED během nabíjení, zelená po dokončení.

Stabilizace napájení a kompromis autonomie

Step-up DC-DC na MC34063 převádí 3–4,2 V z akumulátoru na 5 V pro Arduino Nano a displej. Ranní prototyp se vypínal při 3,9 V, nové schéma zajišťuje provoz až do 3 V. Spotřeba však vzrostla:

• Aktivní režim: 124 mA
• Spánek: 4 mA (0,07 mA Arduino + 3,93 mA DC-DC)

Akumulátor 2000–3000 mAh vydrží 20 dní. Optimalizace vyžaduje MT3608 s nízkým vlastním odběrem. Alternativa: Arduino přímo z akumulátoru s BOD na 2,7 V, DC-DC přes tranzistor – autonomie až rok.

Potlačení rušení z impulsního zdroje

MC34063 generuje rušení způsobující falešné spouštění. Navěšená montáž: 470 µF elektrolyt problém řeší. Na PCB bylo potřeba komplexní řešení:

• LC filtr s mezovou frekvencí 2,3 kHz.
• Oddělení DC-DC od analogové části a MCU.
• Samostatné zemnění: analogové a napájecí.

Výsledek: pulzace z 111 mV na 13 mV, attenuace 18,6 dB (8,5násobek napětí).

Vývoj a výroba PCB

Schémata navržena v Altium Designer. PCB vyrobena fotorezistovou metodou ručně. Páječská maska nanesena UV expozicí pro ochranu drátek a estetiku. Komponenty – akumulátor, IR senzor, tlačítko, displej – na PLS konektorech pro kompaktnost a výměnu bez připájení.

Skříň a mechanika

3D model v SolidWorks, tisk z ABS. Fixace: šrouby M3 s vtavnými matkami pro displej a bateriový prostor; klipy pro PCB. Přepážka izoluje elektroniku od mincí. Zadní víko na vodících lištách pro přístup k obsahu. Nabíjení a LED na hraně.

Co je důležité

• Optické rozlišení podle průměru: křivka průletu se porovnává s referencemi.
• Ochrana Li-ion: TP4056 + DW01A + FS8205A s úplným blokováním při poruchách.
• Spotřeba DC-DC dominuje ve spánku (97 %), vyžaduje přepracování schématu.
• Potlačení rušení: LC filtr + topologie + oddělené GND snižuje šum 8,5násobně.
• Modularita: PLS konektory usnadňují sestavu a opravy.

Závěry z vývoje

Projekt se vyvinul od navěšené montáže k PCB a 3D skříni. Klíčová lekce: energetická bilance se navrhuje na začátku. Optimalizace BOD a podmíněné spouštění DC-DC radikálně prodlužuje životnost baterie. Stabilita se dosahuje topologií a filtry, bez nich falešné detekce nevyhnutelné.

— Editorial Team