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AutoTeaMaker 自動泡茶器

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Introduction 介紹

跟大家分享一下近期發想的一個 side project

我最近在構思一個自動泡茶器，功能主要是，自動計時並吊起茶杯中的茶包
初步的構想的核心大概是，用 Raspberry Pi 再加上步進馬達及 Z 軸螺桿，實作計時跟垂直升降的動作
再加一個觸控螢幕來作顯示跟按鈕

概念示意草圖如下:

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雖然以 Raspberry Pi 跟步進馬達相對高階的硬體元件來作這樣簡單的功能，顯然像是用牛刀來殺雞
但 prototype 先講求作得出來，再看有無優化空間
因此就先以有摸索過，且能駕馭的動的東西當基礎來出發

回到 idea 的本身，談談為什麼會想作這樣的東西，
緣起是
以前的我泡茶都隨便亂泡，拿到茶包常常就是裝個熱水泡個5分鐘、10分鐘，以為茶要泡越久才越有味道
從來沒有仔細閱讀茶包上的說明
直到有一天，我突然好奇，這個茶包的真正原味是什麼樣子?
於是，我就試著以最嚴謹的方式來計水量、算溫度、跟控制時間，完全照茶包上的標準方法來泡一杯
這才發現，原來簡單便宜的茶包，以正確的方法泡起來，味道會這麼好喝，幾乎不輸給外面的手搖飲料店
之後才明白到自己泡錯了這麼多茶
像是我原先都泡個 3~5 分鐘的高山茶，其實只要泡 45 秒
一個茶包大約給 250cc 的水，常常馬克杯一裝就 400~500cc
不同的溫度，也直接影響茶味的香澀程度

長此一智之後，後來喝茶都會用手機倒數計時泡茶的時間
雖然茶比以前好喝多了，但有多了一份麻煩
就是我放進茶包後，就得懸在那邊等個 3~5 分鐘，不夠懶人化
因此，就動念想作一個能倒數計時，並自動吊起茶包的小裝置，來解決自己泡茶的癢處。

有了動機、有了構想，接下來就是實踐的部份了。
煮菜前要先備料，經過1~2個月的等待跟收集，終於一一購買並收集到必要的設備

  • 螺桿
  • L298N
  • Power Bank , 18650 x 2
  • 5V  的 NEMA17 步進馬達
  • 光軸 x 4
  • 限位開關
  • RPi3 x 1
  • 5 吋觸控螢幕
  • Go!Temp 溫度探針

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其中這個在 Digikey 上訂的觸控螢幕，最花時間，下單後，交期原本要 85 天。

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幸運的是，前幾週它提前出貨收到了。
因為不想花時間在驅動程式上掙扎，所以事前作了一些功能，想買 Plug&Play 的裝置
還好真如預期般一樣，插了就可以用，省了一翻功夫

上上週，在 H4 聚會時，也實驗成功驅動了步進馬達。

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最核心的硬體驅動有通了，下一步預計是設計 3D 的骨架模型，以及起草 RPi 上的 UI
這些都是需要時間跟毅力一磚一瓦堆砌起來的部份。

我預計在接下來的時間，大概固定在參加每週 H4 聚會時邊聊天邊作一點，慢慢將積木堆起來。
預計會以 open source 的方式進行，歡迎對這 topic 有興趣的人也一起來動動手作點小東西。

How to participate 如何參與

目前參加的方式主要如下:

BOM & Skill (WIP)

BOM 硬體備料清單

Item 品項 Amount 數量 Model 型號 Where to buy 哪裡買 price 多少錢
Raspberry Pi 3B+/4 1 RPi3B+ https://www.digikey.tw/product-detail/zh/raspberry-pi/RASPBERRY-PI-3-MODEL-B-/1690-1025-ND/8571724 1152 TWD
觸控螢幕 1 DFR0550 https://www.digikey.tw/product-detail/zh/dfrobot/DFR0550/1738-1453-ND/9608214 1317 TWD
紅外測溫感測器模組 1 GY-906 BCC MLX90614ESF https://www.ruten.com.tw/item/show?22030961833298 900 TWD
USB power bank 1 https://shopee.tw/product/63901499/2700715582 145 TWD
電池 18650 2 Panasonic 平頭 今華電子 500 TWD
步進馬達(已下架) 1 HMS-42D3010 https://shop.cpu.com.tw/product/61340/info/ (含運) 420 TWD
步進馬達 1 HMS-45000 https://shop.cpu.com.tw/product/61680/info/ 290 TWD
步進馬達驅動器 1 L298N https://shopee.tw/product/2447432/529179469 75 TWD
限位開關 1 Unknown https://shopee.tw/product/8191378/6416167859 45 TWD
T8 螺桿 1 300 mm https://shopee.tw/product/8191378/1903771425 110 TWD
光軸 4 300mm https://shopee.tw/product/16028084/7735212423 192 TWD
M3螺絲 8 20mm 螺絲總匯 TBD.
彈性聯軸器 1 5mm孔x8mm孔 https://shopee.tw/product/8191378/598994119 40 TWD

Skill 技能清單

Changelog 演進歷史

2023-04-05

FlySkyPie commit 了修改後的 Pull Request:

New GUI with Typescript+React+Mui+Vite by FlySkyPie · Pull Request #1 · hacking-thursday/autoteamaker

目前測試，在 laptop 上可以執行，不過放進 Raspberry Pi 執行後，有錯誤訊息而沒有順利跑出 GUI.

2023-04-01

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把新拿到的料理溫度計也拆了
想讀取數值，但感覺難度頗高

ref:

2023-03-31

拿到 TMC2208 的步進馬達驅動元件了。
從 A4988 換到 TMC2208 後，噪音不只是減少，而簡直像是消失一樣，MAGIC!!!

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另外，也拿到了訂的料理用溫度計，預計找個機會拆開研究。

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2023-03-30

H4 聚會時, FlyPie 即興重構了 GUI。以 Electron + React + Typescript 重做了一份 GUI。 GUI 的質感有了飛躍性的提升。
不過卡在新的 code base 和原本 code base 還有不小的差異，還需要解決一些問題才能融合。

2023-03-28

將 GUI 的目前 code 整理了一下，推上 H4 的 GitHub:

https://github.com/hacking-thursday/autoteamaker

實測 MLX90614 非接觸式測水溫的方式不可靠，主要有二:

  • 對照料理溫度計的讀數，差了 5 ~ 10 度C
  • 數值容易跳動不穩定

2023-03-27

到今華電子買了右彎 90 度的 micro USB 接頭，讓電源接線。

另外，在光華商場的仙得曼咖啡，買到了合適尺寸的茶濾網。
這對泡傳統茶葉更加簡單了。

2023-03-26

揪著眼睛打了一整天的接線，終於將接線整到可以輕鬆帶着走的程度了。

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罩上透明外殼的樣子如下:

2023-03-25

畫了用於固定 A4988 的殼

2023-03-24

實際使用上的問題:

  • 當螢幕休眠黑屏狀態，碰觸螢幕時，不確定會不會誤觸按鈕。
  • 接線仍外露，要作固定。（優先）
  • RPi 要連 WiFi 時，需要打字還是需要接鍵盤，要解決的話需要螢幕鍵盤。(optional)

2023-03-23

以 Electron 搭配 javascript 及 shell script 弄出簡單版 GUI。
初步完成，讓 prototype 可以獨立運作，不需依賴外部電腦。
只要接上 USB 電源即可運作。

2023-03-23

修正 DFR0550 觸控板的觸控問題。目前試出的解法是:

/boot/config.txt 檔案修改如下:

#dtoverlay=vc4-kms-v3d
dtoverlay=rpi-ft5406,touchscreen-swapped-x-y=1,touchscreen-inverted-x=1
display_lcd_rotate=1

要點:

  • 取消 vc4-kms-v3d 改爲 rpi-ft5406
  • 設 display_lcd_rotate
  • 加上 touchscreen-swapped-x-y=1,touchscreen-inverted-x=1 以修正觸控翻轉的問題

2023-03-23

  • 成功驅動 A4988。可取代 L298N, 體積更小，且閒置狀態可關電避免過熱。

2023-03-22

2023-03-22

觸控螢幕 DFR0550 在新的 Raspberry Pi 上，觸控有問題。
在 Raspberry Pi 的 issue tracker 找到對應的討論串:

Official Raspberry DSI 7" Display not working · Issue #4686 · raspberrypi/linux

經測試，將 /boot/config.txt 的 dtoverlay=vc4-kms-v3d 註解掉(如下)：

# Enable DRM VC4 V3D driver
#dtoverlay=vc4-kms-v3d
max_framebuffers=2

再重新開機即可。

2023-03-17

發現 autoteamaker.com, autoteamaker.org 的網域還沒被註冊，決定先投錢註冊了。

2023-03-17

用條碼機作了 QRcode 標籤，方便別人好奇時，自己連網頁看介紹，節省介紹時間。

2023-03-16

於 H4 聚會時，第二次實測。意外發現一個 Bug。
茶葉放下去時很順利，但拉上來時，卻拉不太動，因爲茶葉吸飽水之後變很重，跟模擬測試或是小茶包不一樣。

下一步，預期要做:

  • 用 Electron 作簡單按 button 執行動作的 GUI
  • 想辦法固定 L298N 的接線

如此一來，才能切斷臍帶，讓他先成爲一個獨立自主的單元。
不然，每一次重新測試，都要重新接一次線及連線 console 下指令。
很容易耐心沒電了，專案就推不動了。

2023-03-15

設計了提把

可以提

也可向內收納

下午坐車殺去內湖買 M3 螺絲現貨，來回花了快3小時。
雖然，網購下單螺絲只要 10 分鐘，但等個 2~3 天送到家後鬥志也涼了。
有時要推進就是摒住一口氣，垃圾時間該花的還是得花。

拿到前天下單的 SD 卡, 裝了 Raspberry Pi OS ， 有 GUI 方便測試。

另外，花了時間測試替代驅動板 L9110 。
中間有接錯線，只看到步進馬達有顫抖，沒轉動。
後來修正接線後就動了，但拉電流時會發燙，可能有元件已毀損。

2023-03-14

費了九牛二虎之力，終於把螺桿過長礙眼的部分給鋸了。

睡前一直上網搜尋茶葉濾網，但一直沒看到非常合適的。
不是太大就是太小，多半也不適合吊掛用。

2023-03-13

幫頂盤加上預留溝槽

2023-03-11

幫底盤加上可提住的掛勾，然後重印一個。

晚上下單買零件

2023-03-08

花了一兩天的時間，印了小一點的底盤跟上蓋
能塞進透明管內了

下方是跟舊尺寸的對比(一個不會想帶出門的尺寸)

2023-03-07

邊整理資料邊試組裝測試，不知不覺就前進了一小步。

AutoTeaMaker prototyping 2023-03-07 - YouTube

2023-03-02

帶了零件及其最新狀態至 H4 做簡單單的介紹

2023-02-23

聚會時聊到這個專案

思考了一下之前拖延的原因有那些

  • 其中的 RPi 3B+ 被自己借調去支援 3D 列印的用途
  • 取得透明外管的時機拖太久
    • 尺寸問題
    • 價格問題(因爲比想像中貴多了，一時下不了決心)
  • 有其他的事情搶佔自己的關注(工作、聚會、…)

2022-12-13

收到新透明管了。

2022-12-08

看到新透明管的報價了。

2021-03-27

拿到訂製的透明管了，但實物尺寸比想像中大。
動力好像被打了好幾折。
(非店家的錯，完全是自己的設計失誤)

2021-03-18

Mat 成功驅動 I2C 的非接觸式溫度計

參考文件有:

wycc 現場直接畫出概念設計草圖 v1

2021-03-14

週五得知溫度感測器出貨比預期還要久，可能要 1~2 週後才拿到貨
立馬就找其他 source
後來發現樂意創客有現貨，立馬就下訂:

週六晚上睡前就收到貨了，讚。

註: 此次是第二次在樂意創客買東西，值得信任的好賣家

2021-03-13

Thinker 在聊天室提到個有趣的東西 Low Temperature Stirling Engine。
另外，也提到了關於阻尼應用的 idea ，可能會用到的元件:

2021-03-11

建立專案的 hackmd 專頁，並上 H4 Facebook group 分享專案訊息，收到一些 feedback:

  • teamosa 智能泡茶機 (shared by Kd Tsai)
  • 有人詢問如何報名

2021-03-07

hychen 分享了一個有趣的訊息，泡茶也有 ISO 標準:

另外也發現 gslin 在他的 blog 上提到這件趣事:

2021-02-25

參加 H4 固定聚會，嘗試把觸控螢幕、馬達、及 USB power bank 串接起來作概念測試。
不過臨時少了幾個線材，RJ 提議去對街的摩茲工寮借工具來用。
加上發現當晚的 odoo 活動主講人是 marr ，剛好是 wycc 認識的老朋友，於是就整群人過去串門子了。

當晚邊聊邊弄，在結束離開前 Mat 依下述文件的指引，成功驅動了步進馬達

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2021-02-24

觸控螢幕到貨。(註: 於 2021-01-14 下單)

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2021-01-08

湊足第一波基礎硬體元件

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2020-12-21

下單購買 5V 步進馬達 (一般較常見的是 12V)

2020-12-16

下一步是於創客市集下單購買硬體元件。

2020-12-08

靈感源起的最早時間已不可考。最早的行動是始於購買光軸開始。

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2023-11-28 主題分享 – Flatpak（Linux軟體套件格式）介紹

日期: 2023-11-28 (二) 19:00 ~ 22:00

Jan 4, 2025
[共筆目錄 Hacking Thursday ](https://hackmd.io/@h4/SysY6y_9W/%2Frdq1XlmgRhakRqcM6nwHLw?type=book)

https://hackmd.io/@h4/

Jan 4, 2025
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