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【Open KitchBot-1】7688 Duo轉接板設計方法

作者:Sam Yang

KitchBot 1

KitchBot是由Sam及Casear兩位喜愛美食的軟硬體工程師所開發的Easy Sous-vide真空低溫烹調機,可針對不同料理需求及食譜自動下載合適的加熱曲線圖,隨時監測及控制電鍋與燉鍋的烹調溫度與時間。

在2015的12月,聯發科正式發表了smart 7688 Wi-Fi模組,在我的評估下,這個模組確實是更有機會實現KitchBot的硬體部份,而KitchBot也要開始走向開源計畫,所以開始著手設計要用在KitchBot上的轉接板,這一篇就來談談這個轉接板的設計過程吧。

首先,這是KitchBot的github

在設定這個專案時,我一直在思考,我要將7688與控制電路、供電電路做在一起,還是分開二塊板子,為下一個開發板預留開發空間呢?目前決定先以彈性較大,但板子較大的方案。

好的,我們先來看看,要設計出KitchBot需要那些硬體週邊吧!

元件介紹

1. LinkIt Smart 7688 Duo

這個系統的主角,負責溫度控制與連線。

LinkIt Smart 7688 Duo

LinkIt Smart 7688 Duo

2. 繼電器

KitchBot主要功能就是控制電鍋的功率,所以要能控制電鍋的電源,但7688是3.3V的低壓,要如何完成這功能呢,就是靠繼電器來完成。

繼電器

繼電器(Source:iCShop)

3. 溫度感測器DS18B20

溫度感測器有許多的選擇,例如熱電耦、PT100、熱敏電阻、AD590、LM35等等,最後使用DS18B20的原因是這個元件在不校正的情況下,可以有±0.5度的準確度,可以減少在校正上的困難,但因為這個元件需要放入水裡,並且有一定的高溫(60~100度),因為無毒與防水防熱是非常重要的。

溫度感測器DS18B20(Source:iCShop)

4. OLED顯示器

七段顯示器不酷,一般的LCM被玩爛了,所以選擇用OLED來實作。

OLED顯示器(Source:iCShop)

5. 旋轉開關

是的,這也是愛現才選用3D印表機上常用的旋轉關開

旋轉開關(Source:iCShop)

6. 電源模組MLK-PM01

這不是必備,可以使用USB供電就好,但我希望整體性不要再接東接西,所以需要這個東西。

電源模組

電路設計

1. 電源電路與交流輸出控制電路

電路控制原理圖

首先,先說說這個電路的設計原理吧,P1是交流電的輸入,P3是交流電的輸出,交流電輸入以後會經由F1保險絲流向整個電路系統,M1會將交流電轉換為5V的直流電,LED1為電源正常的指示燈,最後5V電源會提供到P2,也就是連接到主控板的接頭。

再來,P2的第二腳會接受來自7688的訊號,並電U1A TTL IC做為緩衝器,再推動繼電器,LED2提供低電指示,D1是為了逆電流保護而設計。

最下面是Triac的驅動電路,U1B同樣是緩衝器,必免來自7688的驅動電流不足,U2是做為電壓隔離的光耦合器,可以有效的保謢低壓部份不會被交流電回灌而燒毀,最後Q1是Triac,工業電子常用的半導體交流開關。

繼電器和Triac在電路中是並聯的,也就是說二者都可以開關交流的電路,但是繼電器有機械壽命,Triac又會發燙,所以這個設計是未來要用在長時間導通時使用繼電器,短時間而頻繁的切換時,改用Triac,讓二者互補。

2. 7688主板與溫度感測器及使用者介面

主板的部份,主要連接了三個元件,和一個端口,P1是要接到電源板的端口,用來取得直流5V與驅動RELAY和Triac,U1是DS18B20,R1是它的提升電阻,這是依照元件的資料手冊設計的,P2是要連接OLED的端口,0.96吋的OLED採用I2C的通訊方法,所以這一定要接到DUO支援I2C的接腳,而SW1便是主要的輸入介面旋轉開關,為了簡化推廣時程式碼的簡易度,所以還加入了一些電阻電容和U2來做為防按鍵彈跳的設計。

7688主板和溫度感測器串接原理圖

以上只是一個很初步的設計,後面還有許多要修改的呢。

電路焊接

首先,我用雕刻機,製作了這一個空板。

再來,將高度較低的元件焊上:

來看看完成照:

因為交流迴路會流過相當高的電流,所以將電路的銅鉑在焊上一層錫,提升電流的導通能力。

註:7688 duo的因為材料未齊全,成品圖待補。

以上是到電路焊接的開源第一步分享文,下一篇將介紹7688 Duo開發環境與電路測試。(本文同時刊載於專欄作者KitchBot部落格文章連結

Sam Yang

Sam Yang

Sam Yang是一個愛搞電路,愛寫程式的科技宅,為了愛吃又不會煮,居然使用 Rephone(Linkit One)打造了 Kitchbot 作品,獲得 2016 Mobile Heros 競賽亞軍。目前正著手開發KitchBot的開源專案,從中學習物聯網智慧廚具的設計經驗。

此外,Sam更擔任台灣國際技能競賽電子項目 - 金牌指導老師,也是全國技能競賽電子類裁判,曾獲得國內外多項硬體設計比賽獎項,目前在台灣科大攻讀博士。

專長領域涵蓋PCB設計、嵌入式系統、生醫電子、感測器與微算機程式設計。
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