Rozpoznawanie monet optyczne na Arduino z płytką niestandardową i optymalizacją zasilania
Urządzenie określa nominał monet na podstawie czasu przelotu przez barierę optyczną. Podczerwona dioda LED i fototranzystor rejestrują spadek napięcia przy przerwaniu wiązki. Dla 1 rubla sygnał jest minimalny ze względu na małą średnicę, dla 5 rubli — maksymalny. System rejestruje krzywą zależności napięcia od czasu i porównuje ją z wzorcowymi szablonami zapisanymi w EEPROM Arduino. Liczenie odbywa się według nominałów z wyświetlaniem podsumowania na ekranie.
Schematyka ładowania i ochrony Li-ion
Ładowanie akumulatora 18650 oparto na TP4056, który stabilizuje prąd do 1 A i osiąga 4,2 V. Ochrona realizowana jest przez DW01A: monitoruje głębokie rozładowanie poniżej 2,4 V, przeładowanie powyżej 4,3 V oraz zwarcia. FS8205A to podwójny MOSFET, który odcina obwód na sygnał ochronny, a odblokowanie wymaga podłączenia ładowarki. Wskazanie: czerwona dioda LED podczas ładowania, zielona po zakończeniu.
Stabilizacja zasilania i kompromis autonomii
Podwyższający DC-DC na MC34063 przekształca 3–4,2 V z akumulatora na 5 V dla Arduino Nano i wyświetlacza. Wczesny prototyp wyłączał się przy 3,9 V, nowy schemat działa do 3 V. Jednak zużycie wzrosło:
- Tryb aktywny: 124 mA
- Tryb uśpienia: 4 mA (0,07 mA Arduino + 3,93 mA DC-DC)
Akumulator 2000–3000 mAh wystarcza na 20 dni. Optymalizacja wymaga MT3608 o niskim poborze własnym. Alternatywa: Arduino bezpośrednio z akumulatora z BOD na 2,7 V, DC-DC przez tranzystor — autonomia do roku.
Tłumienie zakłóceń od impulsowca
MC34063 generuje zakłócenia powodujące fałszywe wyzwolenia. Montaż prototypowy: elektrolit 470 µF rozwiązuje problem. Na PCB potrzebne kompleksowe rozwiązanie:
- Filtr LC z częstotliwością odcięcia 2,3 kHz.
- Oddzielenie DC-DC od części analogowej i MCU.
- Osobne masy: analogowa i mocy.
Efekt: tętnienia z 111 mV do 13 mV, tłumienie 18,6 dB (8,5 raza po napięciu).
Projektowanie i wykonanie PCB
Schemat rozprowadzony w Altium Designer. PCB wykonana metodą fotooporową ręcznie. Maska lutownicza nałożona ekspozycją UV dla ochrony ścieżek i estetyki. Komponenty — akumulator, sensor IR, przycisk, wyświetlacz — na złączach PLS dla kompaktowości i wymiany bez przepisywania.
Obudowa i mechanika
Model 3D w SolidWorks, druk z ABS. Mocowanie: śruby M3 z wtopionymi nakrętkami dla wyświetlacza i komory baterii; klipsy dla PCB. Przegroda izoluje elektronikę od monet. Tylna pokrywa na prowadnicach dla dostępu do wnętrza. Ładowanie i LED na krawędzi.
Co najważniejsze
- Optyczne różnicowanie po średnicy: krzywa przelotu porównywana z wzorcami.
- Ochrona Li-ion: TP4056 + DW01A + FS8205A z pełnym blokowaniem awarii.
- Zużycie DC-DC dominuje w uśpieniu (97%), wymaga przeprojektowania.
- Tłumienie zakłóceń: filtr LC + topologia + rozdzielone GND redukuje szum 8,5 raza.
- Modularność: złącza PLS ułatwiają montaż i naprawę.
Wnioski z projektu
Projekt ewoluował od montażu prototypowego do PCB i obudowy 3D. Kluczowa lekcja: bilans energetyczny projektuje się od początku. Optymalizacja BOD i warunkowe włączanie DC-DC radykalnie przedłuża życie baterii. Stabilność osiąga się topologią i filtrami, bez nich fałszywe detekcje nieuniknione.
— Editorial Team
Brak komentarzy.