[Arduino][Zero]用来泡奶粉的数字杯托

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进行 Arduino 开发,除了标准、统一、开放的硬件平台,更让人兴奋的,还是可以面向对象地进行编程(Object Oriented Programming)。就应用层面的编程来说,与汇编算是完全决裂,之于对C,也是整个编程思想的提升。终于可以是用更加“高级”的语言,编写更加符合应用逻辑的代码了。

这里就是最近利用一点业余时间,和@圣源电子 一起实现的,基于Arduino的数字茶盘——CupPlate_Zero。因为是个初号机,所以带个Zero。开发环境,就是在《[Arduino] 使用 Arduino Eclipse 插件进行OOP编程及类库开发》一文中提到的基于 Eclipse 的 Arduino 开发环境,编写类库,并实现功能。

这个制作,献给好友 @米粒儿的饭@饭的米粒儿,以及在2012年2月14日出生的小晴天。

创意来源于如何对奶瓶内的奶水进行测温。记得看过类似《超级奶爸》之类的片子,给小Baby喂奶粉的话,由于无法预知刚刚冲泡好的奶粉是否温度合适,而婴儿的哭闹加上大人(们)的手忙脚乱,可能会造成烫伤,而太凉肯定也不好,尤其在冬天。理想的温度,似乎应该是人体的体温就好。标准的测试方法,似乎是把奶粉滴到手背上来判断温度。

测温的功能好实现的话,接下来就是如何冷却的问题。着急地话,如果放到冰箱里或是凉水里,由于表面降温太快,可能会凉掉,而且会导致冷奶热的情况。放在冰箱里的话,甚至还可能直接忘记奶瓶这回事,因为看不到。于是,最好的方法,应该依然还是风冷。降温不会那么剧烈,就实现角度来说,也比较容易,而且奶瓶一样可以放在原本放它的位置。

技术宅处理这类问题的思路,可能就是这么诡异吧……
CupPlate_Zero

制作部分,比较简单,硬件清单如下:

  • Arduino UNO
  • 放得下杯子的洞洞板 * 1,建议是玻纤的, 相对比较抗热变形
  • 5k热电偶*1,测温,我用了2个,因为还在测试这玩意儿
  • RGB LED * 4,1个LED能显示三种状态,不挺好么。放4个的话,四面八方都看得到
  • 5.1k电阻*1,和热电偶串联,构成分压电路
  • 5V/250mA散热风扇,我也用了2个
  • 8550三极管 * 1,用于驱动风扇
  • 1k电阻 * 1,三极管基极限流
  • 热塑管,套在热电偶表面,与杯底绝缘
  • 排针、排座、杜邦线若干,导线
  • 8.8.8.8.数码管的DIY Arduino Shield,详见《[Arduino|Zero]让Arduino亮起来,作个调试助手吧~

程序部分,也比较简单,完全面向对象的话,主程序部分就非常清晰明了。

/*
 * Arduino Cup Plate
 * a Cup Plate based on Arduino, with thermal sensor, led notification, and temperature display
 * Author: Weihong Guan
 * http://aguegu.net
 * Sharing licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License
 * Update On: Feb 19, 2011
 * Version: 0.1
 */

#include "CupPlate.h"
#include "ColorLed.h"
#include "ThermoCouple.h"
#include "DigitalTubeDisplay.h"
#include "DigitalFan.h"

ColorLed led = ColorLed(A4, A3, A2);
DigitalTubeDisplay dtd(9, 10, 11, 8, 0, 2, 6, 4, 3, 1, 7, 5);

ThermoCouple tc0(A0); // Only A0 is used in fan & led control
ThermoCouple tc1(A1);

DigitalFan fan(A5);

byte c = 0;

void setup()
{
	fan.turnOff();
}

void loop()
{
	int v0 = tc0.getCelsius();
	int v1 = tc1.getCelsius();

	if (v0 > 50)
	{
		led.turnOn(0x01);
		fan.turnOn();

		c = 0;
	}
	else
	{
		if (c > 0x20)  // Delay for Thermal Balance
		{
			fan.turnOff();
			if (v0 < 30)
				led.turnOn(0x03);
			else
				led.turnOn(0x02);
		}
		else
			c++;
	}
	uint16_t v = v0 * 100 + v1;
	dtd.printUIntInDec(v, 0x20);
}

在提供类库下载的链接之前,这些代码是不太可能编译通过的。但是有兴趣的朋友应该能很清晰得看到内部的逻辑。操作风扇,其实只是一个开关的操作,引脚设高电平或是低电平,即便是这样已经非常浅显的操作,都“抽象”为对象,从而是代码拥有更强的“自解释性”,那么,还需要注释么?

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主要的功能,就是热电偶测温,但温度过高时,Led显示红色,风扇开启;温度适合应用时,Led显示绿色,风扇关闭;温度过低是,LED显示绿色,风扇保持关闭。程序以及视频中,将温度界限控制在50度和30度,是经验值。毕竟在导热过程中,温度的损失还是比较厉害,热电偶既没有和被测对象(水)直接接触,同时基本还都是暴露在空气中,所以显示温度距离还是偏差比较大。而在不同的应用中,可以更具实测温度,灵活进行调整。
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热电偶部分,5K热电偶和5.1k电阻,构成测温回路以后,通过Arduino的AnalogRead获取热电偶两端的电压,进而查表获得温度,相关的类库,会在未来文章中进一步介绍和分享。
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关于DIY Arduino 的 Shield,如果有把握用面包板搭接电路,而且也想动手玩玩电烙铁,找点玩电子的感觉的话,不妨自己尝试用洞洞板做一个实验电路。因为基本是单面布线,而且线条比较粗犷,排针可能没法实现一个理想的顺序。这时,可以活用杜邦线和多联(2/3/4/5 Pin)杜邦头,在杜邦线内部实现布线调整,实现更符合逻辑的插线顺序。同时尽量根据将杜邦线的颜色与其逻辑意义构成联系,比方说,在CupPlate_Zero上,LED的RGB三端,就是对应 红、绿、蓝 三条线,白色对应VCC,黑色对应GND。
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视频演示当然少不了咯:

P.S. 视频中有一处口误,2个风扇实际为并联,而非串联。

最近相对忙一些,Arduino 的开发,不再以项目为单位,而可以细分为以类库为单位,所以长文就会少,而短文章就变多吧。保持更新,才有生命力~

特别感谢:@圣源电子@上上来迟

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