Gaismas mirgošanas detektors: 3 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Mani vienmēr ir fascinējis fakts, ka mūs pavada elektronika. Tas ir tikai visur. Kad mēs runājam par gaismas avotiem (nevis dabiskajiem, piemēram, zvaigznēm), mums jāņem vērā vairāki parametri: spilgtums, krāsa un, ja runa ir par datora displeju, attēla kvalitāte.

Vizuālo gaismas uztveri vai elektroniskā gaismas avota spilgtumu var kontrolēt dažādos veidos, ja vispopulārākais ir ar impulsa platuma modulācijas (PWM) palīdzību - Vienkārši ieslēdziet un izslēdziet ierīci ļoti ātri, lai pāreja cilvēka acij šķiet "neredzama". Bet, kā šķiet, tas nav pārāk labs cilvēka acīm ilgstošai lietošanai.

Ja ņemam, piemēram, klēpjdatora displeju un samazinām tā spilgtumu - tas var šķist tumšāks, bet ekrānā notiek daudz izmaiņu - mirgo. (Vairāk piemēru par to var atrast šeit)

Mani ļoti iedvesmoja šī YouTube videoklipa ideja, tā skaidrojums un vienkāršība ir vienkārši šausmīgi. Pievienojot vienkāršas ierīces, kuras ir pieejamas, ir iespējams izveidot pilnīgi pārnēsājamu mirgošanas noteikšanas ierīci.

Ierīce, kuru mēs gatavojamies veidot, ir gaismas avota mirgošanas detektors, kas kā gaismas avotu izmanto mazu saules bateriju, un sastāv no šādiem blokiem:

1. Mazs saules panelis
2. Integrēts audio pastiprinātājs
3. Runātājs
4. Austiņu savienojuma ligzda, ja mēs vēlētos pārbaudīt ar lielāku jutību
5. Uzlādējams litija jonu akumulators kā strāvas avots
6. C tipa USB savienotājs uzlādes savienojumam
7. Strāvas LED indikators

Piegādes

Elektroniskās sastāvdaļas

• Integrēts audio jaudas pastiprinātājs
• 8 omu skaļrunis
• 3,7 V 850 mAh litija jonu akumulators
• 3,5 mm audio ligzda
• Mini polikristālisks saules baterija
• TP4056 - litija jonu uzlādes dēlis
• RGB LED (TH pakete)

• 2 x 330 omu rezistori (TH pakete)

Mehāniskās sastāvdaļas

• Potenciometra poga
• 3D drukāts korpuss (var izmantot papildu projektēšanas kastīti)
• 4 x 5 mm diametra skrūves

Instrumenti

• Lodāmurs
• Karstās līmes pistole
• Phillips skrūvgriezis
• Viena kodola stieple
• 3D printeris (pēc izvēles)
• Knaibles
• Pincetes
• Kuteris

1. darbība: darbības teorija

Kā tika minēts ievadā, PWM izraisītā mirgošana. Saskaņā ar wikipedia, cilvēka acs var noķert līdz 12 kadriem sekundē. Ja kadru ātrums pārsniedz šo skaitli, to uzskata par kustību cilvēka redzei. Tādējādi, ja tiek novērota strauja objekta maiņa, mēs redzam tā vidējo intensitāti, nevis atdalītu kadru secību. PWM idejas pamatā ir spilgtuma regulēšanas shēmas: Tā kā mēs varam redzēt tikai vidējo intensitāti, kas ir augstāka par 12 kadriem sekundē (Atkal, saskaņā ar wikipedia), mēs varam viegli pielāgot gaismas avota spilgtumu (darba ciklu), izmantojot mainīgi laika periodi, kad gaisma ir ieslēgta vai izslēgta (vairāk par PWM), kur pārslēgšanās biežums ir nemainīgs un ir daudz lielāks par 12 Hz.

Šis projekts apraksta ierīci, kuras skaņas skaļums un frekvence ir proporcionāla PWM izraisītajam mirgojošajam troksnim.

Mini polikristālisks panelis

Šo ierīču galvenais mērķis ir pārveidot no gaismas avota iegūto jaudu par elektroenerģiju, ko var viegli savākt. Viena no šīs akumulatora galvenajām īpašībām ir tāda, ka, ja gaismas avots nenodrošina stabilu nemainīgu intensitāti un laika gaitā mainās, tad šīs pašas paneļa izejas sprieguma izmaiņas. Tātad, to mēs atklāsim - intensitātes izmaiņas laika gaitā

Audio pastiprinātājs

Saules paneļa radītā jauda ir proporcionāla vidējam intensitātes līmenim (DC) ar papildu intensitātes izmaiņām laika gaitā (AC). Mēs esam ieinteresēti atklāt tikai mainīgu spriegumu, un vienkāršākais veids, kā to sasniegt - savienot audio sistēmu. Šajā dizainā izmantotais audio pastiprinātājs ir vienpiegādes PCB, ar līdzstrāvas bloķēšanas kondensatoriem katrā pusē-gan ieejas, gan izejas. Tātad saules paneļa izeja ir pievienota tieši audio pastiprinātājam. Šajā dizainā izmantotajam pastiprinātājam jau ir potenciometrs ar iebūvētu ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzi, tādējādi tiek pilnībā kontrolēta ierīces jauda un skaļruņa skaļums.

Litija jonu akumulatora vadība

Šim projektam tika pievienota TP4056 litija jonu akumulatora lādētāja shēma, lai padarītu ierīci pārnēsājamu un uzlādējamu. USB-C savienotājs darbojas kā lādētāja ieeja, un izmantotais akumulators ir 850 mAh, 3,7 V, kas ir pietiekams mērķiem, kas mums jāturpina ar šo ierīci. Akumulatora spriegums darbojas kā galvenais pastiprinātājs, tādējādi visai ierīcei.

Skaļrunis kā sistēmas izeja

Ierīcē galvenā loma ir skaļrunim. Es izvēlējos salīdzinoši mazu izmēru, ar stingru stiprinājumu pie korpusa, tāpēc es dzirdētu arī zemākas frekvences. Kā minēts iepriekš, skaļruņu frekvenci un skaļumu var definēt šādi:

f (skaļrunis) = f (maiņstrāva no saules paneļa) [Hz]

P (skaļrunis) = K*I (maiņstrāvas signāla intensitāte no maksimuma līdz maksimumam no saules paneļa) [W]

K - ir tilpuma koeficients

Audio ligzda

3,5 mm ligzda tiek izmantota gadījumā, ja vēlamies savienot austiņas. Šajā ierīcē ligzdai ir savienojuma noteikšanas tapa, kas ir atvienota no signāla tapas, kad ir pievienots audio kontaktdakša. Tas tika veidots tā, lai tajā laikā nodrošinātu izeju uz vienu ceļu - skaļruni VAI austiņām.

RGB gaismas diode

Šeit gaismas diode darbojas divreiz - tā iedegas, kad ierīce tiek uzlādēta vai ierīce ir ieslēgta.

2. darbība: korpuss - dizains un drukāšana

3D printeris ir lielisks rīks pielāgotiem korpusiem un korpusiem. Šim projektam ir ļoti vienkārša struktūra ar dažām kopīgām iezīmēm. Paplašināsim to soli pa solim:

Sagatavošana un FreeCAD

Korpuss tika izstrādāts programmā FreeCAD (projekta fails ir pieejams lejupielādei šī soļa apakšā), kur vispirms tika uzbūvēts ierīces korpuss un ciets vāks tika uzbūvēts kā atsevišķa daļa attiecībā pret korpusu. Pēc ierīces projektēšanas ir nepieciešams to eksportēt kā atsevišķu korpusu un vāku.

Mini saules panelis ir uzstādīts uz vāka ar fiksēta izmēra laukumu, kur izgriezuma zona ir paredzēta vadiem. Abās pusēs pieejams lietotāja interfeiss: USB izslēgšana un LED | ligzda | Potenciometra caurumi. Skaļrunim ir sava īpaša zona, kas ir caurumu klāsts ķermeņa apakšā. Akumulators atrodas blakus skaļrunim, katrai detaļai ir sava vieta, tāpēc mums nebūs jāapmierina, saliekot ierīci.

Griešana un Ultimaker Cura

Tā kā mums ir STL faili, mēs varam turpināt G-koda konvertēšanas procesu. Šim nolūkam ir daudz metožu, es vienkārši atstāšu šeit galvenos drukāšanas parametrus:

• Programmatūra: Ultimaker Cura 4.4
• Slāņa augstums: 0,18 mm
• Sienas biezums: 1,2 mm
• Augšējo/apakšējo slāņu skaits: 3
• Piepildījums: 20%
• Sprausla: 0,4 mm, 215*C
• Gulta: stikls, 60*C
• Atbalsts: Jā, 15%

3. solis: lodēšana un salikšana

Lodēšana

Kamēr 3D printeris ir aizņemts ar mūsu korpusa drukāšanu, apskatīsim lodēšanas procesu. Kā redzams shēmās, tas ir vienkāršots līdz minimumam - šī iemesla dēļ visas detaļas, kuras mēs vispār pievienosim, ir pieejamas kā neatkarīgi integrēti bloki. Nu, secība ir šāda:

1. Lodēšanas litija jonu akumulatora spailes uz TP4056 BAT+ un BAT-Pins
2. TP4056 VO+ un VO- lodēšana uz audio pastiprinātāja VCC un GND spailēm
3. Neliela saules paneļa "+" termināla pievienošana audio pastiprinātāja VIN (vai nu L vai R), un "-" audio pastiprinātāja zemē
4. Divkrāsu vai RGB gaismas diodes piestiprināšana diviem 220R rezistoriem ar pienācīgu izolāciju
5. Lodēt pirmo LED anodu audio pastiprinātāja slēdža spailē (savienojums jāveic slēdža spailē). Ir ļoti ieteicams pārbaudīt, kurš slēdža terminālis PCB apakšējā pusē ir pievienots VCC - tas, kas nav, ir mūsu izvēle
6. Otrajam LED anodam jābūt pielodētam ar divu SMD gaismas diožu anodu - tiem ir kopīgs anoda savienojums
7. Lodēšanas LED katodi audio pastiprinātāja ZEMĒ
8. Lodēšanas skaļruņu spailes pie audio pastiprinātāja izejas (pārliecinieties, vai esat izvēlējies to pašu kanālu ieejā, KREISI vai PAREIZI)
9. Lai piespiestu skaļruni izslēgt, pielodējiet 3,5 mm stereo ligzdas spailes, kas novērš strāvas plūsmu caur skaļruni.
10. Lai austiņas radītu skaņu katrā pusē - L un R, kopā saīsiniet iepriekšējā solī aprakstītās spailes.

Montāža

Pēc korpusa drukāšanas ieteicams salikt pa daļām, ņemot vērā detaļu augstumu:

1. Rāmja izgatavošana no karstas līmes atbilstoši pārsega iekšējam perimetram un saules paneļa ievietošana tur
2. Potenciometra piestiprināšana ar uzgriezni un paplāksni pretējā pusē
3. Skaļruņa pielīmēšana ar karstu līmi
4. Akumulatora līmēšana ar karstu līmi
5. 3,5 mm ligzdas līmēšana ar karstu līmi
6. Akumulatora līmēšana ar… karstu līmi
7. Līmēšana TP4056 ar USB, kas vērsta ārpus tam paredzētā izgriezuma apgabala, ar karstu līmi
8. Pogas uzlikšana uz potenciometra
9. Korpusa un vāka stiprināšana ar četrām skrūvēm

Testēšana

Mūsu ierīce ir iestatīta un gatava darbam! Lai pareizi pārbaudītu ierīci, ir jāatrod gaismas avots, kas var nodrošināt alternatīvu intensitāti. Es iesaku izmantot IR tālvadības pulti, jo tā nodrošina mainīgu intensitāti, kuras frekvence ir cilvēka dzirdes joslas platuma apgabalā [20Hz: 20KHz].

Neaizmirstiet pārbaudīt visus gaismas avotus mājās.

Paldies, ka izlasījāt!:)