3 asu magnētiskā lauka sensors: 10 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Bezvadu strāvas pārneses sistēmas ir labs veids, kā aizstāt parasto vadu uzlādi. No maziem biomedicīnas implantiem līdz milzīgu elektrisko transportlīdzekļu bezvadu uzlādēšanai. Bezvadu jaudas izpētes neatņemama sastāvdaļa ir magnētiskā lauka blīvuma samazināšana. Starptautiskā nejonizējošā starojuma aizsardzības komisija (ICNIRP) sniedz zinātniskus ieteikumus un norādījumus par nejonizējošā starojuma (NIR) ietekmi uz veselību un vidi, lai pasargātu cilvēkus un vidi no kaitīgas NIR iedarbības. NIR attiecas uz elektromagnētisko starojumu, piemēram, ultravioleto, gaismu, infrasarkano un radioviļņiem, un mehāniskiem viļņiem, piemēram, infrasarkano un ultraskaņu. Bezvadu uzlādes sistēmas rada mainīgus magnētiskos laukus, kas var kaitēt cilvēkiem un tuvumā esošiem dzīvniekiem. Lai varētu noteikt šos laukus un tos samazināt reālās pasaules testa iestatījumos, ir nepieciešama magnētiskā lauka mērīšanas ierīce, piemēram, Aaronia SPECTRAN NF-5035 spektrālais analizators. Šīs ierīces parasti maksā vairāk nekā USD 2000, un tās ir apjomīgas, un, iespējams, tās nevar sasniegt šaurās vietās, kur jāmēra lauks. Turklāt šīm ierīcēm parasti ir vairāk funkciju, nekā nepieciešams vienkāršiem lauka mērījumiem bezvadu jaudas pārneses sistēmās. Tādējādi liela vērtība būtu izstrādāt mazāku, lētāku lauka mērīšanas ierīču versiju.

Pašreizējais projekts ietver PCB izstrādi magnētiskā lauka noteikšanai, kā arī papildu ierīces izstrādi, kas var apstrādāt uztvertās magnētiskā lauka vērtības un parādīt tās OLED vai LCD displejā.

1. darbība. Prasības

Ierīcei ir šādas prasības:

1. Izmēriet mainīgos magnētiskos laukus diapazonā no 10 līdz 300 kHz
2. Mēriet laukus precīzi līdz 50 uT (ICNIRP noteiktais drošības ierobežojums ir 27 uT)
3. Izmēriet laukus visās trijās asīs un iegūstiet to rezultātu, lai dotajā brīdī atrastu faktisko lauku
4. Parādiet magnētisko lauku uz rokas skaitītāja
5. Parādiet brīdinājuma indikatoru, kad lauks pārsniedz ICNIRP noteiktos standartus
6. Iekļaujiet akumulatora darbību, lai ierīce būtu patiesi pārnēsājama

2. darbība: sistēmas pārskats

3. darbība: komponentu izvēle

Šis solis, iespējams, ir laikietilpīgākais solis, kas prasa ievērojamu pacietību, lai izvēlētos šim projektam pareizās sastāvdaļas. Tāpat kā lielākajā daļā citu elektronikas projektu, komponentu izvēlei nepieciešama rūpīga datu lapu pārbaude, lai pārliecinātos, ka visas sastāvdaļas ir savstarpēji saderīgas un darbojas vēlamajā visu darbības parametru diapazonā - šajā konkrētajā gadījumā magnētiskie lauki, frekvences, spriegumi utt.

Galvenās magnētiskā lauka sensora PCB izvēlētās sastāvdaļas ir pieejamas pievienotajā Excel lapā. Rokas ierīcei tiek izmantotas šādas sastāvdaļas:

1. Tiva C TM4C123GXL mikrokontrolleris
2. SunFounder I2C sērijas 20x4 LCD displejs
3. Cyclewet 3.3V-5V 4 kanālu loģikas līmeņa pārveidotāja divvirzienu pārslēgšanas modulis
4. Spiedpogas slēdzis
5. 2 pozīciju pārslēgšanas slēdzis
6. 18650 Li-ion 3.7V šūna
7. Adafruit PowerBoost 500 lādētājs
8. Iespiestas shēmas plates (SparkFun snappable)
9. Atšķirības
10. Vadu savienošana
11. Galvenes tapas

Šim projektam nepieciešamais aprīkojums ir šāds:

1. Lodēšanas ierīce un daži lodēšanas stieples
2. Urbis
3. Stiepļu griezējs

4. solis: shēmas dizains un simulācija

5. solis: PCB projektēšana

Kad ķēdes darbība ir pārbaudīta LTSpice, tiek izstrādāta PCB. Vara lidmašīnas ir konstruētas tā, lai tās netraucētu magnētiskā lauka sensoru darbībai. PCB izkārtojuma diagrammā iezīmētais pelēkais apgabals parāda vara plaknes uz PCB. Labajā pusē tiek parādīts arī projektētās PCB 3D skats.

6. darbība: mikrokontrollera iestatīšana

Šim projektam izvēlētais mikrokontrolleris ir Tiva C TM4C123GXL. Kods ir rakstīts Energia, lai izmantotu esošās LCD bibliotēkas Arduino mikrokontrolleru saimei. Līdz ar to šim projektam izstrādāto kodu var izmantot arī ar Arduino mikrokontrolleri, nevis Tiva C (ar nosacījumu, ka izmantojat pareizos tapu piešķīrumus un attiecīgi maināt kodu).

7. darbība. Displeja darbības sākšana

Displejs un mikrokontrolleris ir savienoti, izmantojot I2C sakarus, kuriem nepieciešami tikai divi vadi, izņemot a +5V barošanu un zemējumu. LCD koda fragmenti, kas pieejami Arduino mikrokontrolleru saimei (LiquidCrystal bibliotēkas), ir pārnesti un izmantoti Energia. Kods ir norādīts pievienotajā failā LCDTest1.ino.

Daži noderīgi padomi par displeju ir atrodami šajā videoklipā:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

8. darbība: 3D drukāšana

Rokas ierīces korpusa kārba ir veidota, kā parādīts attēlā iepriekš. Kastīte palīdz saglabāt dēļus vietā un vadus netraucētus. Kastītē ir divi vadu izgriezumi, viens akumulatora indikatora gaismas diodes izgriezums un viens pagrieziena slēdzim un spiedpogas slēdzim. Nepieciešamie faili ir pievienoti.

9. solis: saskarne ar visiem komponentiem

Izmēriet visu pieejamo komponentu izmērus un izkārtojiet tos, izmantojot grafisko rīku, piemēram, Microsoft Visio. Kad visu sastāvdaļu izkārtojums ir plānots, ir laba ideja mēģināt tos novietot savās pozīcijās, lai sajustu galaproduktu. Savienojumus ieteicams pārbaudīt pēc katras jaunas sastāvdaļas pievienošanas ierīcei. Saskarnes procesa pārskats ir parādīts iepriekš redzamajos attēlos. 3D drukātā kaste piešķir ierīcei tīru izskatu, kā arī aizsargā iekšpusē esošo elektroniku.

10. darbība: ierīču pārbaude un demonstrēšana

Iebūvētais video parāda ierīces darbību. Pārslēgšanas slēdzis ieslēdz ierīci, un spiedpogu var izmantot, lai pārslēgtos divos displeja režīmos.