DIY洗手液/酒精分配器的PCB設計

眾所周知，COVID-19 疫情席卷全球，改變了我們的生活方式。在這種情況下，酒精和洗手液是重要的液體，但必須正確使用。用受感染的手接觸酒精容器或洗手液可能會將病毒傳播給下一個人。在本文中，我們將構建一個自動洗手液分配器，它使用 IR 傳感器檢測手的存在并啟動泵將液體倒在手上。目的是找到最便宜和最簡單的解決方案并設計電路。因此沒有使用微控制器或 Arduino。引入了兩種設計，您可以自由選擇和構建其中的任何一種。第一種設計使用 SMD 元件，第二種設計更簡單。它在小型單層 PCB 板上使用 DIP 組件。

一、第一個設計：

[A] 電路分析

您可以考慮圖 1 中的示意圖。P1 連接器用于將 6V 至 12V 電源連接到電路。C6 電容器已用于降低可能的電源噪聲。REG-1 是著名的 AMS1117 [1] LDO 穩壓器，可將電壓穩定在 5V。

圖1：自動洗手液分配器示意圖（第一個設計）

D2 指示正確的電源連接，R5 限制 LED 電流。D1 是一個紅外發射二極管，R1 限制 D1 電流，換句話說，它決定了傳感器的靈敏度。U1 是著名的 555 [2] 定時器 IC，已配置為向 D1（發射器）二極管注入 38KHz 脈沖。通過轉動R4電位器，可以調節頻率。C1 和 C2 用于降低噪音。

U2 是一個 TSOP1738 IR 接收器 [3]。根據 TSOP17XX 數據表：“TSOP17XX 系列是用于紅外遙控系統的小型接收器。PIN二極管和前置放大器組裝在引線框架上，環氧樹脂封裝設計為紅外濾光片。解調后的輸出信號可以直接由微處理器解碼。TSOP17..是標準的紅外遙控接收器系列，支持所有主要的傳輸代碼?！?/p>

TSOP1738 引入了低電平有效輸出。這意味著 U2 的輸出引腳在 38KHz 紅外光存在時變為低電平。因此，我使用了一個便宜的 P 溝道 NDS356 MOSFET [4] 來驅動直流電機（液體泵）。D4 是防止電機反向電流的保護二極管，C8 降低電機的感應噪聲。D3 是一個 LED，用于指示液體泵的 IR 接收和激活。C4 和 C5 已用于降低電源噪聲。

[B] PCB 布局

圖 2 顯示了 PCB 布局。很明顯，除了 IR 發射二極管和 TSOP IR 接收器之外的所有組件都是 SMD。

圖 2：自動洗手液分配器的 PCB 布局（第一個設計）

我為 AMS1117-5.0 [5]、LM555 [6]、TSOP1738 [7] 和 NDS536AP [8] 使用了 SamacSys 組件庫（原理圖符號和 PCB 封裝）。SamacSys 庫是免費的，并遵循 IPC 占用空間標準。使用這些庫可顯著減少設計時間并防止設計錯誤。要安裝這些庫，您可以使用 CAD 插件 [9]（圖 3）或從組件搜索引擎下載它們。我使用了 Altium Designer，所以我更喜歡使用 Altium 插件。

圖 3：SamacSys 支持的 CAD 插件和 Altium Designer 插件中使用的組件

圖 4 和圖 5 展示了 PCB 板頂部和底部的 3D 視圖

圖 4：PCB 板的 3D 視圖（頂部）

圖 5：PCB 板的 3D 視圖（底部）

[C] 組裝和測試

零件組裝過程沒有什么特別之處。除 TR 和 RE 傳感器外，所有組件均為 SMD。本來打算快速測試一下電路，所以用了一塊沒有阻焊和絲印的半自制PCB板。使用專業制造的 PCB 板，您的任務會容易得多:-)。圖 6 顯示了原型。

圖 6：半自制 PCB 板上的洗手液分配器原型（第一個設計）

組裝后，嘗試調整 R1 和 R4 以找到最佳擬合和檢測范圍。R1 定義 IR 功率（范圍），R4 定義傳輸頻率。

[D] 物料清單

二、二次設計

[A] 電路分析

圖 7 顯示了該裝置的示意圖。P3 連接器用于將 +5V 電源連接到電路。C4 和 C5 電容器用于降低輸入電源噪聲。IC1是電路的心臟。它是著名的 LM393 比較器 [10]。

圖7：自動洗手液分配器示意圖（第二個設計）

根據 LM393 數據表：“LM393 系列是雙獨立精密電壓比較器，能夠單電源或雙電源運行。這些器件的設計允許在單電源操作下實現共模范圍至地電平。低至 2.0 mV 的輸入失調電壓規格使該器件成為消費、汽車和工業電子產品中許多應用的絕佳選擇?！?/p>

它是一種便宜且方便的IC。一般來說，如果您的應用程序是比較器，我建議您只需使用比較器芯片而不是 OPAMP。我們使用了芯片的第一個比較器，R3 電位器定義了激活閾值。C2 降低了電位器中間引腳上可能出現的噪音。D1 是紅外發射器，D2 是紅外接收器二極管。D2 連接到比較器的負引腳 (-) 以與正引腳 (+) 電壓進行比較。比較器的輸出腳為低電平有效，但最好用R4上拉。

Q1 是著名的 BD140 PNP 晶體管 [11]，用于驅動泵（直流電機）和 D3 LED。D4為反向保護二極管，C3降低泵浦感應噪聲，不影響電路穩定性。最后，P1 用于連接一個藍色 5mm LED 以指示電源連接正確。

[B] PCB 布局

圖 8 顯示了第二種設計的 PCB 布局。它是單層PCB板，所有組件都是DIP。每個人都很容易在家中快速構建這個 DIY。

圖 8：自動洗手液分配器的 PCB 布局（第二個設計）

與第一個設計相同，我為 LM393 [12] 和 BD140 [13] 使用了 SamacSys 組件庫（原理圖符號和 PCB 封裝）。SamacSys 庫是免費的，并且遵循 IPC 占用空間標準。要安裝這些庫，您可以使用 CAD 插件 [9]（圖 9）或從組件搜索引擎下載它們。使用這些庫可顯著減少設計時間并防止設計錯誤。我使用的是 Altium Designer CAD 軟件，所以我更喜歡安裝 Altium 插件。

圖 9：SamacSys 支持的 CAD 插件和 Altium Designer 插件中使用的組件

圖 10 顯示了組裝好的 PCB 板的 3D 視圖。

圖 10：PCB 板的 3D 視圖（頂部）

[C] 組裝和測試

圖 11 顯示了組裝好的 PCB 板。這是我用來快速測試概念的半自制 PCB 板。您可以訂購它進行制造。焊接沒什么特別的。所有組件均為 DIP。相當容易。去做就對了：-）。這種設計比第一種設計更容易，甚至更便宜。所以我就跟著這個，完成了洗手液分配器裝置。

圖 11：半自制 PCB 板上的消毒劑分配器原型（第二個設計）

圖 12 顯示了選定的液體泵。這可能是市場上最便宜的，但是我對它的操作很滿意。

圖 12：用于流動洗手液的選定液體泵

最后，圖 13 顯示了完整的洗手液分配器。您可以選擇任何類似的玻璃或塑料容器，例如塑料咖啡儲存容器。我選擇的是一個玻璃醬容器:-)。我用一根簡單的銅線彎曲并固定軟管。從最低靈敏度水平轉動 R3 電位器，然后稍微增加它以達到您想要的檢測范圍。不要讓它太敏感，因為泵可能會在沒有任何觸發器的情況下自發動作！