Жизнь и страдания мыльного дозатора Elari (режиссерская версия)

Давным-давно мне в голову засела мысль об автоматизации домашней утвари. Не было навыков, не было видения, но были 800 рублей на покупку двух автоматических дозаторов мыла. С чего-то надо начинать! Тогда я даже представить не мог, какие удивительные метаморфозы и преступления против природы ожидают нас в будущем. Достаточно сказать, что в обоих дозаторах не осталось узлов, куда не пролезла прогрессивная инженерная мысль. А кроме того, разберемся с принципами работы диафрагменного насоса и его нечаянной доработкой. Для этого прошу под кат.

Задача двух дозаторов

Итак, около двух лет назад я купил два дозатора. Зачем? У дозаторов есть довольно значительные плюсы — экономия жидкого мыла за счет вспенивания, бОльшая гигиеничность (нет физического контакта с корпусом) и удобство использования. Из минусов я тогда отметил стоимость, вопросы с надежностью (их мы разберем подробно) и вопросы к расходникам. Но цена в 400 рублей в целом устроила мою внутреннюю жабу, мыльный раствор легко наводить самостоятельно, а остальное уже довольно просто наколхозить (так я думал). Так что это было относительно взвешенное решение, предполагающее последующую доработку.

Прежде чем начать повествование рассмотрим устройства поподробнее, разберем и изучим все детали и конструктивные особенности.


Итак, данные дозаторы состоят из бачка для раствора и собственно подающей головки. В комплекте идут 4 батарейки AA. Сверху у дозатора расположена сенсорная кнопка с двумя светодиодами. Она моргает белом при включении, оранжевым при выключении. Также белый свет горит во время выдачи мыла, а оранжевый мигает, если сенсор чем-то непрерывно закрыт длительное время («неполадка сенсора», если смотреть инструкцию). Дозатор выдает мыло 4 секунды или пока не уберешь руку.


В дозаторах от Xiaomi бачки требуют доработки для возможности залить свой мыльный раствор (предполагается полная замена бачка, смешно). В моих крышечка откручивается вполне легко. Головка дозатора стандартная, выглядит как у многих клонов Xiaomi.


Внутри находятся батарейный отсек, главная плату, плата сенсора на шлейфе и насос на щеточном двигателе. С ними ознакомимся позднее.

Для справки: дозатор использует инфракрасный сенсор, состоящий из ИК-диода и ИК-датчика для детектирования предмета у носика. Затем он включает мотор и диафрагменный насос подает раствор из бачка. Очень просто, кажется ломаться нечему. Ощущение обманчиво, так как по многочисленным отзывом гниют они крайне резво. Я сразу обработал все платы силиконом, а носик залил термоклеем (спойлер: не помогло) и на всякий случай затянул мыльную трубку стяжкой (бессмысленно, не нужно).

Спасти рядовой дозатор

Один из дозаторов я предполагал поставить на кухню для посуды, а второй уже для мытья рук. Тот, что для рук предполагался с внешней системой питания (которая была не готова, зато были 8 запасных батареек), а на кухне нужен был автономный. Так что я решил сразу доработать аккумуляторное питание на кухонном. Дело в том, что купленные дозаторы работают от 4-х (!) пальчиковых батареек. Не то чтобы мне жалко природу, но это как-то слишком. Да и менять 8 батареек раз в полгода не сильно хотелось.

Переделка нехитрая — на замену батареек встает литиевый аккумулятор с платой заряда. Но с данным дозатором все посложнее, так как он питается более чем от 6 вольт. Путем проверки было выявлено, что плата включается при минимум 5.5 вольтах, а значит, нужен повышающий преобразователь. А еще при старте помпы на плате заряды срабатывала защита, потому подключил напрямую. Вышло как-то так.


Да, она потребляет в простое и высаживает аккумулятор, но мне было лень заморачиваться, а перезаряжать я решил во время заправки мыла. Кстати, аккумулятор находится под платой заряда, которую я вынес за пределы корпуса 3д печатью. В процессе экспериментов я случайно подал на схему больше 6 вольт с преобразователя и на ней погорело что-то вроде драйвера мотора (дозатор при этом начал пенную вечеринку). Пришлось спешно прекратить мучения пациента и отправить его на операционный стол.


«Что-то вроде драйвера мотора» в реальности оказалось микросхемой без маркировки с 5 выводами. На плате вообще ни на одной микросхеме не было маркировки, но даже так особого труда раскидать обязанности между ними не составило. Например, многоножка очевидно является мозгом. Именно она интерпретирует сигналы ИК-сенсора, емкостной кнопки, посылает сигнал драйверу и мигает светодиодами. А драйвер легко опознается по обвязке силовой цепи мотора.

И собственно, сабж.


Как же заменить «то, не знаю что»? Пошерстив схему, я попытался нащупать назначения пинов и своеобразным реверс-инженерингом найти похожую микросхему. Тщетно.

Но сдаваться я не стал, а начал размышлять логически. Что делает драйвер мотора? Получает сигнал и включает мотор. На что это похоже? На обычный мосфет! Проблема оставалась, однако, в том, что драйвер управлял плюсом питания, а мосфет обычно управляет минусом. Но это показалось мне какой-то мелочью на фоне столь гениальной мысли. Я выкинул из цепи двигателя все, кроме диода, а на место погорельца установил какой-то smd мосфет. И оно правда заработало! Выглядело это непотребство примерно так.


Великий и ужасный колхоз! Но работает же?.. Работало недолго. Через пару месяцев мелкий мосфет сгорел, не вытерпев напора мыла своего протеже. Я плюнул и заменил огромным IRF740. На старое место он, конечно, не влез, повиснув на паутине проводов. Так и висит там и по сей день (поверьте на слово).

Примерно в это же время брата-близнеца спасенного дозатора постигла страшная участь — его сильно залило водой сверху, и мыло он выдавать перестал. Включаться — включался, но ИК-диод не мигал (лайфхак: проверять можно, наводя камеру смартфона на сенсор).


Пришлось и его отправлять в реанимацию. Здесь ситуация обстояла довольно обыденная — от воды протухли дорожки на плате сенсора, так что дозатор ослеп на свой единственный глаз. Ждать замены с АлиЭкспресс мне было лень, я купил за три рубля трехмиллиметровый диод и впаял его с обильным количеством олова на место смд. Также спилил немного, чтобы не торчал. После некоторой возни с резиновой насадкой на сенсор дозатор ожил. К сожалению, фотографии этого действа тоже нет, но я думаю, уровень колхоза вы представили.

Думаете, на этом все кончилось? Как бы не так! Мы подходим к самому вкусному. В один прекрасный момент (еще через пару месяцев) дозатор из ванной снова перестал выдавать пену. Точнее работал через раз, то выдавал, то нет. Я уж думал что сгорел новый мосфет, но после замеров мультиметром я с удивлением констатировал смерть двигателя. Такого я точно не ожидал, тем более что насос расположен под ним, и никаких следов коррозии снаружи не было. Однако отковыряв крышку я нашел виновников — сгоревшие щетки.


К счастью, у меня валялся один двигатель схожего формфактора от сломанного видеомагнитофона, так что я легко все заменил, покрутив 5 винтов. Мы еще вернемся к устройству насоса позднее с подробностями ближе к концу, а пока следует перейти к финальному акту истории.

Философские проблемы. Дозатор Тесея

Итак, дозаторы успешно работали дальше, никого из них не постигало сильное залитие, мыло исправно выдавалось и все были счастливы. Но около месяца назад дозатор в ванной опять перестал работать. Я себя уже считал экспертом по части дозаторов, так что недолго думая, решил, что опять сгнил сенсор. Я снова пропаял дорожки, включил дозатор и… Ничего. Пропаял еще пару раз. Опять нет толку. Вытащил сенсор из другого дозатора — вроде как-то оно работало, но добиться реакции на руку у меня не получилось. Все указывало на проблему в управляющей плате. Осмотрев внимательно, я обнаружил окисленные дорожки, которые сразу пропаял. Результатов это не дало, а что-то пробовать починить без даташита на микросхему — занятие неблагодарное. Так что поигравшись и окончательно ее добив, я решил поступить кардинальным образом.

Сколько нужно заменить деталей из корабля, чтобы это продолжало оставаться тем же кораблем?.. В закромах у меня лежали сенсорные кнопки TTP223 по 6 рублей. Это законченные настраиваемые устройства, которые могут управлять электронной нагрузкой через мосфет. Одну кнопку я оставил в режиме выключателя с фиксацией, а вторую перемычкой настроил в режиме кнопки — догадайтесь зачем. Правильно! Это позволяет заменить и «мозги» устройства и его сенсор.

Кнопка с фиксацией включает девайс, кнопка без фиксации определяет приближение руки (припаяв к девайсу антенну, можно увеличить чувствительность). Вообще такой принцип намного лучше использования ИК-сенсора. Во-первых, не требуется вклеенное окошко, через щели в котором может проникнуть вода и угробить сенсор. Во-вторых, емкостный сенсор нельзя сверху закрыть пеной, так чтобы он не мог понять, когда включаться. В-третьих, он потребляет меньше, так как ему не нужно мигать ИК-диодом. В-четвертых, он не включится, если рядом с ним махнут полотенцем, например. Непонятно, почему их не используют производители. Но что-то мы отвлеклись. Таким образом, первая итерация схемы выглядела примерно так:


Собрав и проверив, я выяснил, что на транзисторах падают внушительные 0.8 вольт (внутренний p-n переход) и на самой кнопке еще где-то 0.5. На затвор транзистора после двух кнопок приходили какие-то жалкие 3 с чем-то вольта. Наверное, можно было бы получить около 4.8 на мосфете, если второй транзистор подключить напрямую к 5.5, но я решил упростить:


В новой схеме используется более чувствительный мосфет (на него приходит 4.5), а транзисторы я просто выбросил. Теперь все стало работать вполне сносно. Еще я отсоединил смд-светодиод с кнопки сенсора рук (лишний жор батареи) и на преобразователе MT3608 отсоединил ножку Enable, подключив ее к выходу сенсорного выключателя.



Так что в выключенном состоянии он больше не высаживает батарею моментально. Изначально, хотел даже ножку Enable посадить на сенсор руки, но схема работала нестабильно, преобразователь включался рывками, что видно на gif.

В целом, у меня есть предположение, что используя копеечный китайский таймер C005 можно без проблем включать MT3608 только во время работы двигателя. Таймер реагирует только на сигнал включения, после чего на выходе стабильно выдает логическую единицу в течение промежутка времени, на который настроен. Кроме того, вход данного таймера можно использовать как емкостный сенсор, подпаяв антенку из проводка. Схему набросал:


Проверять не стал, потому что на кухню хотелось дозатор без ограничений на выдачу мыла (сколько руку держишь, столько и получишь). А с С005 получается полный аналог схемы дозатора, только даже удобнее. Но нужен P-мосфет. Единственное, я не уверен, что C005 рассчитан на использование в качестве сенсора, так что могут быть ложные активации. Но это можно пофиксить добавлением сенсорного выключателя в качестве активатора таймера. Также нужно запаять перемычку на кнопке, которая отвечает за инвертирование управляющего сигнала (таймер включается низким уровнем).


Итак, схему я собрал, в качестве антенки использовал кусочек медной фольги (можно алюминиевой, но плохо паяется).


Вышел какой-то проводной колхоз, но я планировал доделать попозже, а пока по-быстрому вернуть дозатор в строй.


И оказался прав. Буквально через неделю дозатор накрылся, потому что… двигатель второго дозатора тоже умер. Да-да, год с чем-то это максимум, на что хватило насоса, функционировавшего в «тепличных» условиях. То есть я могу понять, когда двигатель устанавливается под насос и гниет от подтекающей воды. Я могу понять, когда мыльная пена проникает к сенсору и медленно его убивает. Но сгоревшие щетки за гранью добра и зла. Получается, они ограничивают срок службы любого такого дозатора годом-полтора, а там изволь покупать новый.

Тут бы уже сдаться и уйти с позором, но не сегодня! Сначала я решил заменить помпу, но аналогичные дешевле 300 не продавались нигде. Ну и смысл, когда новый дозатор стоит 400, а оно еще и идет два месяца?

Мотор к помпе стоил минимум 200, что уже ближе к телу.

Наконец я откопал щетки за 100…

Но у меня же 3д принтер! За 30 минут (очень долго вымерял углы для отверстий) я накидал переходничок под валявшийся у меня в закромах движок (у меня валяется парочка разных). За 15 минут его напечатал и пересобрал помпу с качественным движком. Встало все с первого раза практически как родное, даже не пришлось приклеивать движок к переходнику.


Здесь небольшое отступление. В подобных дозаторах используются чаще всего вполне стандартные диафрагменные насосы. Данные насосы используют в качестве качающего цилиндра изменяющую геометрию диафрагму. В маленьких мини-цилиндрики расположены радиально вокруг оси двигателя. На вал двигателя ставится пластиковый шатун, который упирается в шпенёк, соединенный с диафрагмой пластиковой проставкой. Вращаясь, двигатель шпеньком давит на цилиндры, а клапаны внутри задают направление циркуляции прокачиваемого вещества.


Конструкция практически вечная, если бы не дешевые китайские движки. Но 3д принтер решает данную проблему, так что можно не покупать одноразовый ширпотреб. Кроме того, я подумываю сделать переходник на бесколлекторный движок, который вовсе неубиваем.

Но вернемся к моему многострадальному «монстру Франкенштейна». Раз уж я снова полез внутрь, пришлось организовать провода и получше закрепил кнопки. Кроме того, с новым двигателем плата заряда не уходила в защиту после его включения, так что теперь появилась защита от переразряда. Еще я накинул пару аккумуляторов от вейпов в параллель к исходному, тем самым увеличив емкость. В результате получилось примерно так.


На носике не грязь, это следы прошлых попыток подправить термоклей паяльником. Вместе с переделкой весь клей убрал. Вот так выглядит в сборе.


Теперь имею один крайне доработанный заводской вариант, и чудо-юдо на кухне.

Итоги

Что касается выводов скажу так: если вам нужен беспроблемный вариант без доработок, смотрите на аккумуляторные в районе тысячи, но будьте готовы к их бесславному концу через годик-два по причине сдохшего мотора. И лучше держите мокрые руки подальше от внутренностей пациентов. Если хотите повозиться, разобраться, а может сделать что-то свое в хорошем корпусе можно рассмотреть и варианты за 400. В целом, я бы даже сказал, что покупка по цене комплектующих, если бы микросхема управления была промаркирована. В таком случае имело бы смысл и просто закупка под разбор (помпа, ик-сенсор, корпус с бачком, программируемый контроллер, и бонусом комплект батареек за копейки). Правда, даже в этом случае мои дозаторы, подорожавшие на 100 рублей, сейчас выглядели бы сомнительной покупкой, но дешевых ноунеймов на рынке полно. А в целом же мыла с ними уходит крайне мало (развожу 1 к 3м, 4м), так что дозаторы за 400 рублей себя окупают как раз за год-два, плюс удобство использования. Надо оно вам или нет, сами решайте. А пока наступает холодная осень, время человеческих страданий. Не унывайте слишком сильно!