Proiectul constă într-un dozator de apă inteligent, care detectează volumul curent de apă pe baza unui senzor de greutate și care umple recipientul, cu ajutorul unei pompe și a unui releu. Pentru afișaj, am folosit un ecran LCD și o bară de 10 led-uri pentru progres. LCD-ul va avea mai multe moduri, printre care: progres, timp rămas și statistici (câtă apă am băut în ziua respectivă spre exemplu). Pentru a schimba modurile de afișaj voi folosi niște butoane, iar pentru a măsura timpul precis un RTC.

Scopul proiectului și utilitatea o reprezintă, tocmai, automatizarea procesului, marea majoritate a dozatoarelor fiind manuale, deci incoveniente.

Ideea de la care am pornit a fost creearea unui aparat util, nu foarte scump, de care toată lumea are nevoie.

1. Microcontroler-ul ATmega328P-XMINI - „creierul”, prelucrează datele primite de la senzor, acționează pompa, realizează statisticile și trimite semnal la LED-uri și LCD pentru afișaj

2. Senzor Greutate 1kg (analogic) - pentru detectarea volumului de apă curent

3. Modul Citire Greutate HX711 - funcționează ca un amplificator și convertește semnalul analogic primit de la senzor într-unul digital pe care îl poate procesa microcontrolerul

4. Sursa 12V - pentru alimentarea pompei

5. Convertor Step-Down 5V - pentru a modifica tensiunea de la 12V la 5V, alimentând microcontrolerul

6. Releu - întrerupător (pornește sau oprește pompa)

7. Pompa - pentru a extrage apa din rezervor

8. RTC - folosit pentru a colecta date pentru statistici. Un avantaj al utilizării unui RTC este acuratețea acestuia, precum și funcționarea independentă de sursa principală de curent datorită bateriei proprii (comunică pe baza protocolului I2C)

9. LCD - folosit pentru afișaj (funcționează pe baza protocolului I2C)

10. Butoane - folosite pentru a porni dozatorul sau a schimba modul de afișaj

11. Bara 10 LED-uri - folosită pentru a afișa progresul. Funcționează folosind PWM pentru a varia intensitatea, în timp ce numărul de LED-uri aprinse se modifică în funcție de progres

Laboratoare folosite:

- Întreruperi (butoanele care: pornesc aparatul, schimbă modul de afișaj etc.)

- PWM (intensitatea LED-urilor de progres crește treptat)

- I2C (Afișajul LCD și modulul RTC)

- UART (Pentru calibrarea senzorului de greutate)

Module externe:

- Timere (RTC)

- ADC (modulul HX711, care transformă semnalul analogic primit de la senzor într-unul digital)

Am terminat partea de software design, integrând toate funcționalitățile menționate mai sus.

Am folosit bibliotecile:

- HX711 pentru a putea conecta senzorul de greutate la breadboard, cât și pentru a putea interpreta datele primite

- LiquidCrystal_I2C pentru a afișa diferite mesaje pe ecranul LCD

- RTClib pentru a putea realiza statisticile menționate, spre exemplu câtă apă am băut în ziua respectivă

- SoftPWM pentru a varia intensitatea ledurilor

- EEPROM pentru a putea salva statisticile chiar și dacă dozatorul nu mai este alimentat

- Wire pentru comunicarea I2C

Elementele de noutate ale proiectului sunt reprezentate de funcționalitățile diverse:

- utilizatorul poate seta la început volumul sticlei folosite (de la 50 ml la 1000 ml, increment de 50 ml)

- după ce se așază sticla cu apa inițială, senzorul detectează exact masa, luând în calcul masa sticlei goale

- la pornirea dozatorului, progresul este afișat atât pe baza LED-urilor (acestea se aprind alternativ, variind intensitatea pe baza volumului rămas), cât și prin intermediul ecranului LCD (afișează volumul rămas)

- există mai multe moduri de afișaj (volumul rămas sau cantitatea de apă consumată în ziua respectivă, acest lucru fiind foarte important în nutriție)

- dozatorul se poate pune pe pauză în orice moment, respectiv se poate relua activitatea rămasă

- după ce sticla se umple, se poate pune o nouă sticlă, fără a fi necesară repornirea aparatului

Codul propriu-zis se bazează pe un automat de stări circular, astfel:

- starea 0 (selecția) - se citește starea butoanelor. În această etapă, butoanele sunt utilizate pentru selectarea volumului sticlei

- starea 1 (așteptare) - se așteaptă punerea sticlei pe cântar și calcularea masei

- starea 2 (umplere) - microcontrolerul acționează releul, pornind pompa

- starea 3 (pauză) - pompa este oprită, iar totul (LCD, releul etc.) este pus pe pauză, în standby

- starea 4 (finalizarea) - pompa s-a oprit, se salvează statisticile în EEPROM și se așteaptă ca sticla să fie ridicată. După ce se ridică sticla, se pornește din nou din starea 0

Senzorul de greutate a fost calibrat pe baza unui cod software. Acesta poate fi vizualizat pe git. Am pus pe cântar o sticlă cu masă cunoscută (250 ml), iar apoi am reglat, prin UART, factorul de calibrare din software.

Optimizări:

- întreruperi externe (ca să nu facem polling) - proiectul este destul de complex. Fără întreruperi nu puteam detecta simultan și masa sticlei, și starea butonului etc.

- debouncing (software) - pentru a se înregistra o singură apăsare

- variabile volatile - pentru a nu fi optimizat accesul de către compilator

- timere în loc de delay - pentru a nu bloca execuția inutil

- accesul EEPROM - modificăm cantitatea de apă băută numai după ce sticla s-a umplut complet, pentru a proteja memoria sensibilă EEPROM

Ca mediu de dezvoltare am folosit VS Code cu extensia PlatformIO, framework Arduino.

Demonstrație Video Prima Versiune

Demonstrație Video A Doua Versiune

Link github

Am terminat proiectul

Resurse Hardware (datasheets)

ATmega328P

ATmega328P Xplained Mini

Modul Cântar Electronic 1kg YZC-133

Modul Citire Greutate HX711

Display LCD 2×16 I2C 1602

Pompă peristaltică mini 12VDC Kamoer CKP-DC-S08

Modul Releu 1 canal 5V SRD-05VDC-SL-C

Sursă alimentare 12V 2A

Modul RTC DS3231

Modul DC-DC Step Down LM2596

Resurse Software

PlatformIO Documentație

HX711

LiquidCrystal_I2C

RTClib

SoftPWM

EEPROM

Wire

Export to PDF