BAR MACHINE

BAR MACHINE 

Índice de Contenidos

1. Introducción

1.1. Integrantes
del Grupo

Proyecto para la asignatura de “Sistemas Empotrados y de Tiempo
Real” realizado por el grupo 8 del campus de Vicálvaro. Los integrantes que
componen el grupo son:
·        
Adrián López Balboa
·        
Carlos Caro Giménez
·        
David Clemente Ancos

1.2. Objetivo
del Proyecto

El diseño y montaje de un sistema automático que permita el
servicio de cócteles y bebidas refrescantes, accionado tanto de forma manual
mediante un display integrado en el chasis, como de forma remota a través de un
controlador integrado en un sistema móvil que funciona vía bluetooth.
Las principales especificaciones son sinergia entre portabilidad
y modularidad ofreciendo al usuario un servicio cómodo y a su medida gracias a
la diversidad que puede llegar a ofrecer.

1.3. Planificación
del Proyecto

Hemos optado por un diseño basado en la utilización de 4
bombas peristálticas, las cuales bombearán los distintos líquidos desde su
recipiente hasta el cóctel. Consideramos usar 4 bombas debido a que ofrece un
buen equilibrio entre portabilidad y flexibilidad ya que permite hacer
diferentes cócteles manteniendo un tamaño los suficientemente reducido para
permitir su manejo.
Los recipientes serán accesibles desde la parte trasera del
sistema, para facilitar su colocación y posterior reemplazo. El vaso de cóctel,
por su parte, se colocará en la parte delantera, que contará también con un
display y 2 botones que ofrecen una interfaz sencilla y directa entre usuario y
máquina.
El sistema Arduino se encontrará en el interior del chasis, así
como todo el circuito y cableado para su correcto funcionamiento, de esta
manera encapsulamos este para proporcionar al usuario un alto nivel de abstracción
sobre los componentes del sistema.
Finalmente se instalará un controlador bluetooth que permita
el acceso remoto desde un dispositivo móvil.

2. Materiales
Utilizados y Presupuesto

2.1. Listado
de Materiales Utilizados

-Arduino Mega 2560 R3.
-Bombas peristálticas de 12V x4.
-Placa de inserción.
-Madera.
-Display LCD 16×2.
-Motor shield L293D.
-Portapilas de 8×1,5V.
  -Módulo bluetooth HM10.
  -LED Rojo Intermitente.
  -LED Verde.
  -LED Blanco X4.
  -Tubo de silicona.
  -Botones x2.
  -Pintura Negra

El presupuesto final del proyecto es de 120€.

3. Desarrollo

3.1. Preparación
del Proyecto

Tras varias sesiones en las que discutimos el diseño del proyecto, optamos por una estructura cúbica sencilla pero que nos proporcionaba el espacio necesario. Dado que tuvimos que tener en cuenta las medidas de los recipientes que podrían usarse decidimos que las medidas fuesen las siguientes: 50cm x 50cm x 30cm. Tras esbozar el diseño básico, empezamos a probar los componentes para asegurarnos de su correcto funcionamiento a partir de programas sencillos y familiarizarnos con su uso. Finalmente terminamos de diseñar las partes del chasis que requerían más complejidad. 

3.2. Primeros
Pasos

Primeramente, tras varias sesiones presenciales nos dedicamos a preparar la estructura básica, la cual está compuesta por 5 piezas de madera modulando el cubo. Estas piezas fueron cortadas y lijadas para suavizar los bordes.

Posteriormente las montamos dejando un lado y la parte superior vacias para facilitar trabajar en el cableado posteriormente.

Una vez que tuvimos las piezas principales,  se hizo lo mismo con las piezas complementarias, es decir, las piezas que forman el habitáculo del recipiente, y el panel donde está dispuesto el “display” y los botones de selección.

Ya con todas las piezas necesarias comenzamos a pintar y a montar el chasis, diseñando a la vez la disposición de los componentes hardware necesarios para su correcto funcionamiento.

Tras montar gran parte del chasis, de manera que nos permitiese trabajar dentro de él, lo primero fue preparar la disposición de los LED’s, el display y los botones. Los cables se midieron y soldaron a todos los LEDs y bombas para proporcionar al circuito de mayor robustez.

3.3. Montaje
y Cableado

Una vez que tuvimos todas las piezas preparadas, comenzamos el montaje con el display, dado que teníamos que implantarlo en el panel y podía ser problemático hacerlo más tarde. Después cableamos el mismo a la placa, y comenzamos el montaje de las bombas peristálticas, acoplándolas a las parte trasera de la caja, y cableándolas en el Motor Shield.

Más tarde nos encargamos de montar los elementos que consideramos más sencillos, los LED’s blancos del panel horizontal, y los LED’s rojo y verde del frontal, cableando en la placa de inserción creando circuitos independientes para permitir una mayor luminosidad de cada elemento. Finalmente acoplamos los botones en la placa del display que permitirán su funcionamiento.
El circuito resultante es el siguiente:

3.4. Puesta
en Funcionamiento

Ya con todos los elementos acoplados en la caja, y cableados debidamente, comenzamos a implementar el software elemento a elemento y comprobando en cada paso el correcto funcionamiento de los mismos. Finalmente unimos en el proyecto final todo el software y comenzamos a medir las proporciones adecuadas para cada cóctel, y para cada funcionalidad extra (iniciar, limpiar, vaciar).
Comprobación final tanto de las peticiones bluetooth, como del funcionamiento manual mediante el display y los botones.

3.5. Últimos
Retoques

En cuanto a la infraestructura, colocamos las placas y el portapilas de manera semifija para evitar la movilidad del cableado, y dimos una última capa de pintura.
En cuanto al software tuvimos que retocar el código ampliando la funcionalidad del sistema bluetooth, para que la propia aplicación desde la que nos podemos conectar nos exponga las diferentes opciones, y una agregación en el apartado de la actualización de estado de los botones para intentar evitar el “ruido” que a veces sucedían entre ellos.

4. Implementación
Software

4.1. Idea
de Funcionamiento y Especificación

División del código en los elementos funcionales del proyecto: LED’s, Bombas Peristálticas, Display y Botones, sistema Bluetooth.
Cada uno de los elementos tienen distinta funcionalidad, y se activan mediante distintos eventos, de manera que diseñamos cada uno por separado.
El funcionamiento de los LED’s consiste en 2 estados: Preparado y Ocupado. Cuando se encuentra en el estado preparado, tan sólo está activado el LED verde. En el estado Ocupado, se desconecta el LED verde y se encienden los LED’s rojo y blancos.
El funcionamiento de las bombas consisten en 2 estados: No Sirviendo y Sirviendo. Cuando se le manda una señal para cambiarlo al estado Sirviendo cada una de las bombas funcionará dependiendo de cual sea el pedido, y en el estado No Sirviendo simplemente están apagadas.
El funcionamiento del display y los botones es el apartado más complicado, debido a que el display siempre estará encendido, y mostrará las opciones que ofrece la máquina y el estado en el que se encuentre (“Bienvenido”, “Sirviendo”, “Que aproveche!”), y los botones funcionan para navegar y seleccionar la opción elegida. El menú es simplemente un array de String con un índice que permite navegar por él.
Los cócteles se encuentran codificados en una matriz de tiempos donde se introduce el número de segundos que se desea que funcione cada bomba. Con tan solo modificar esta se pueden crear y cambiar los cócteles que la máquina puede hacer. Para esta demostración hemos añadido dos cócteles sin alcohol:

  • Roy Rogers: 6 partes de Coca-Cola y 1 de granadina
  • Resplandor Crepuscular: 3 partes de zumo de piña, 4 partes de zumo de naranja y 1 de granadina

Además de los cócteles se introducen 3 funcionalidades adicionales necesarias para el correcto funcionamiento de la máquina:

  1. Inicio: Las bombas actúan brevemente para rellenar los tubos de líquido y prepararse para servir cócteles.
  2. Vaciado: Las bombas funcionan en sentido inverso devolviendo el líquido de los tubos a las botellas para poder extraerlas.
  3. Limpieza: Las bombas funcionan durante 30seg con la finalidad de colocar agua en lugar de las bebidas y limpiar así tubos y bombas.

Por último, el sistema Bluetooth tiene la funcionalidad de recibir y mandar datos, concretamente envía las opciones que ofrece la máquina y permite recibir una respuesta recibiendo el número del menu correspondiente a cada funcionalidad.

4.2. Código
Final

#include <AFMotor.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <SoftwareSerial.h>

//Declaramos los pins de los botones del frontal
int const botonSig = 30;
int const botonServir = 35;

//Pins de los LEDs
int const ledRojo = 41;
int const ledVerde = 40;
int const ledBlanco1 = 50;
int const ledBlanco2 = 51;
int const ledBlanco3 = 52;
int const ledBlanco4 = 53;

//Declaramos las 4 bombas
AF_DCMotor motor1(1);
AF_DCMotor motor2(2);
AF_DCMotor motor3(3);
AF_DCMotor motor4(4);

//Declaramos el display
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);

//Variables
int const maxMenu = 5;
int cursorMenu;
String menu[5];
char btdata;
boolean botonSigPulsado;
boolean botonServirPulsado;
boolean servirBT;
int tiempos[5][4];

void inicializarTiempos(){
  //Roy Rogers
  tiempos[0][0] = 0;
  tiempos[0][1] = 0;
  tiempos[0][2] = 20;
  tiempos[0][3] = 120;
  //Resplandor Crepuscular
  tiempos[1][0] = 60;
  tiempos[1][1] = 80;
  tiempos[1][2] = 20;
  tiempos[1][3] = 0;
  //Inicializar
  tiempos[2][0] = 9;
  tiempos[2][1] = 9;
  tiempos[2][2] = 9;
  tiempos[2][3] = 9;
  //Limpieza
  tiempos[3][0] = 30;
  tiempos[3][1] = 30;
  tiempos[3][2] = 30;
  tiempos[3][3] = 30;
  //Vaciado
  tiempos[4][0] = 15;
  tiempos[4][1] = 15;
  tiempos[4][2] = 15;
  tiempos[4][3] = 15;
}

void setup() {
  inicializarTiempos();
  //Inicialización de los LEDs
  pinMode(40,OUTPUT);
  pinMode(41,OUTPUT);
  pinMode(50,OUTPUT);
  pinMode(51,OUTPUT);
  pinMode(52,OUTPUT);
  pinMode(53,OUTPUT);

  //Inicialización de los botones
  pinMode(30,INPUT);
  pinMode(35,INPUT);

  //Los motores irán a máxima velocidad
  motor1.setSpeed(255);
  motor2.setSpeed(255);
  motor3.setSpeed(255);
  motor4.setSpeed(255);

  //Inicialización del display
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(3,0);
  lcd.print(“Bienvenido”);
  lcd.setCursor (2,1);
  lcd.print(“BAR MACHINE”);

  //Inicialización bluetooth
  pinMode(19,INPUT_PULLUP);
  Serial1.begin(9600);

  //Inicialización del menú
  cursorMenu = 0;
  menu[0] = “Roy Rogers”;
  menu[1] = “Resp Crepuscular”;
  menu[2] = “Iniciar”;
  menu[3] = “Limpieza”;
  menu[4] = “Vaciado”;

  btdata=’0′;
  botonSigPulsado = false;
  botonServirPulsado = false;
  servirBT = false;

  Serial1.println(“—————————n1: Roy Rogersn2: Resplandor Crepuscularn3: Iniciarn4: Limpiezan5: Vaciadon—————————“);

  delay(2000);
}

void encenderBlancos(){
  digitalWrite(ledBlanco1,HIGH);
  digitalWrite(ledBlanco2,HIGH);
  digitalWrite(ledBlanco3,HIGH);
  digitalWrite(ledBlanco4,HIGH);
}

void apagarBlancos(){
  digitalWrite(ledBlanco1,LOW);
  digitalWrite(ledBlanco2,LOW);
  digitalWrite(ledBlanco3,LOW);
  digitalWrite(ledBlanco4,LOW);
}

void siguiente(){
  cursorMenu = (cursorMenu + 1) % maxMenu;
  botonSigPulsado = false;
  delay(3000);
}

void servir(){
  lcd.clear();
  lcd.setCursor (2,1);
  lcd.print(“BAR MACHINE”);
  lcd.setCursor(3,0);
  lcd.print(“Sirviendo”);
  digitalWrite(ledVerde,LOW);
  digitalWrite(ledRojo,HIGH);
  encenderBlancos();
  if (cursorMenu !=4){
    if (tiempos[cursorMenu][0] > 0){
        motor1.run(FORWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[cursorMenu][0]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[cursorMenu][0]%40*1000);
        motor1.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[cursorMenu][1] > 0){
        motor2.run(FORWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[cursorMenu][1]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[cursorMenu][1]%40*1000);
        motor2.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[cursorMenu][2] > 0){
        motor3.run(FORWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[cursorMenu][2]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[cursorMenu][2]%40*1000);
        motor3.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[cursorMenu][3] > 0){
        motor4.run(FORWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[cursorMenu][3]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[cursorMenu][3]%40*1000);
        motor4.run(RELEASE);
    }
  }else{
    if (tiempos[cursorMenu][0] > 0){
        motor1.run(BACKWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[cursorMenu][0]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[cursorMenu][0]%40*1000);
        motor1.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[cursorMenu][1] > 0){
        motor2.run(BACKWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[cursorMenu][1]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[cursorMenu][1]%40*1000);     
        motor2.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[cursorMenu][2] > 0){
        motor3.run(BACKWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[cursorMenu][2]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[cursorMenu][2]%40*1000);
        motor3.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[cursorMenu][3] > 0){
        motor4.run(BACKWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[cursorMenu][3]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[cursorMenu][3]%40*1000);
        motor4.run(RELEASE);
    }
  }
  digitalWrite(ledVerde,HIGH);
  digitalWrite(ledRojo,LOW);
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(1,0);
  lcd.print(“Que aproveche!”);
  lcd.setCursor (2,1);
  lcd.print(“BAR MACHINE”);
  delay(5000);
  apagarBlancos();
  botonServirPulsado = false;
}

void servirBluetooth(){
  lcd.clear();
  lcd.setCursor (2,1);
  lcd.print(“BAR MACHINE”);
  lcd.setCursor(3,0);
  lcd.print(“Sirviendo”);
  int seleccion = (int) btdata – 49;
  digitalWrite(ledVerde,LOW);
  digitalWrite(ledRojo,HIGH);
  encenderBlancos();
  if (seleccion != 4){
    if (tiempos[seleccion][0] > 0){
        motor1.run(FORWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[seleccion][0]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[seleccion][0]%40*1000);
        motor1.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[seleccion][1] > 0){
        motor2.run(FORWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[seleccion][1]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[seleccion][1]%40*1000);
        motor2.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[seleccion][2] > 0){
        motor3.run(FORWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[seleccion][2]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[seleccion][2]%40*1000);
        motor3.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[seleccion][3] > 0){
        motor4.run(FORWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[seleccion][3]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[seleccion][3]%40*1000);
        motor4.run(RELEASE);
    }
  }else{
    if (tiempos[seleccion][0] > 0){
        motor1.run(BACKWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[seleccion][0]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[seleccion][0]%40*1000);
        motor1.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[seleccion][1] > 0){
        motor2.run(BACKWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[seleccion][1]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[seleccion][1]%40*1000);
        motor2.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[seleccion][2] > 0){
        motor3.run(BACKWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[seleccion][2]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[seleccion][2]%40*1000);
        motor3.run(RELEASE);
    }
    if (tiempos[seleccion][3] > 0){
        motor4.run(BACKWARD);
        for(int i=0; i<tiempos[seleccion][3]/40;i++)
          delay(39000);
        delay(tiempos[seleccion][3]%40*1000);
        motor4.run(RELEASE);
    }
  }
  digitalWrite(ledVerde,HIGH);
  digitalWrite(ledRojo,LOW);
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(1,0);
  lcd.print(“Que aproveche!”);
  lcd.setCursor (2,1);
  lcd.print(“BAR MACHINE”);
  delay(5000);
  apagarBlancos();
  btdata = ‘0’;
  servirBT = false;
}

void loop() {
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print(menu[cursorMenu]);
  lcd.setCursor (2,1);
  lcd.print(“BAR MACHINE”);
  digitalWrite(ledVerde,HIGH);
  Serial1.println(“—————————n1: Roy Rogersn2: Resplandor Crepuscularn3: Iniciarn4: Limpiezan5: Vaciadon—————————“);
  while(!servirBT && !botonSigPulsado && !botonServirPulsado){
    if (Serial1.available() > 0){
      btdata = Serial1.read();
      if (btdata>=’1′ && btdata<=’5′)
        servirBT = true;
    }
    if (digitalRead(botonSig) == HIGH){ //Se hace una doble comprobación para evitar pulsaciones falsar por ruido
      delay(50);
      if (digitalRead(botonSig) == HIGH){
        botonSigPulsado = true;
      }
    }else if (digitalRead(botonServir) == HIGH){ //Se hace una doble comprobación para evitar pulsaciones falsar por ruido
      delay(50);
      if (digitalRead(botonServir) == HIGH){
        botonServirPulsado = true;
      }
    }
  }

  if (botonSigPulsado){
    siguiente();
  }else{
    if (botonServirPulsado){
      servir();
    }else{
      servirBluetooth();
    }
  }

}

5. En
Funcionamiento

Se adjunta un vídeo del funcionamiento subido a YouTube: https://youtu.be/HFSNE2Go-L4

6. Problemas durante
el montaje

Encontramos algunos problemas de diseño que tuvimos que solucionar durante la marcha tanto en la infraestructura, lo cual pudimos solucionar, como en la disposición de los elementos.
Los mayores problemas encontrados fueron en el funcionamiento del módulo bluetooth, y de los botones. El sistema bluetooth conseguimos solucionarlo dado que simplemente consistía en re implementar el código para recibir bien los datos, aunque seguimos teniendo problemas con la aplicación oficial del dispositivo dado que no está demasiado optimizada. En cuanto a los botones, encontramos un problema de “ruido” que se producía entre ellos. Revisamos tanto el circuito como el software correspondiente, pero lamentablemente no encontramos ningún problema, por tanto, mediante un módulo de comprobación que implementamos conseguimos estabilizar los resultados.
Por último, observamos que al hacer un delay() superior a 40seg el arduino se bloqueba completamente no parando nunca de servir el cóctel. Para solucionar esto dividimos los tiempos superiores a 40 seg en grupos de 39 para hacer distintas llamadas a delay() y solventar el problema.

7. Posibles
mejoras y conclusiones finales

El área a mejorar es claramente en la capacidad de bombeo. Elegimos bombas de 12V pero su capacidad ha resultado ser mucho menor de la indicada por el fabricante. Por esto cambiaríamos tanto las bombas y el motor shield eligiendo una combinación que nos permitiera servir las bebidas en un tiempo inferior.
También sería interesante añadir funcionalidad como añadir un servido de hielo o crear una interfaz móvil que permita usar la máquina mediante bluetooth de una forma más intuitiva.

Nuestro objetivo personal para el proyecto era construir una máquina completamente diseñada y construida por nosotros desde cero y que, además, tuviera alguna utilidad que pudiéramos aprovechar. Consideramos que hemos alcanzado estos objetivos por lo que estamos satisfechos con el resultado.

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