Šviesos mirgėjimo detektorius: 3 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Mane visada žavėjo tai, kad mus lydi elektronika. Tai tiesiog visur. Kai kalbame apie šviesos šaltinius (ne natūralius, kaip žvaigždės), turime atsižvelgti į kelis parametrus: ryškumą, spalvą ir, jei kalbame apie kompiuterio ekraną, vaizdo kokybę.

Vizualinį šviesos suvokimą ar elektroninio šviesos šaltinio ryškumą galima valdyti įvairiais būdais, kai populiariausias yra naudojant impulsų pločio moduliaciją (PWM) - tiesiog labai greitai įjunkite ir išjunkite įrenginį, kad trumpalaikiai reiškiniai žmogaus akiai atrodytų „nematomi“. Tačiau, kaip atrodo, jis nėra per daug naudingas žmogaus akims ilgalaikiam naudojimui.

Pavyzdžiui, paimame nešiojamojo kompiuterio ekraną ir sumažiname jo ryškumą - jis gali atrodyti tamsesnis, tačiau ekrane vyksta daug pakeitimų - mirgėjimas. (Daugiau pavyzdžių šiuo klausimu rasite čia)

Mane labai įkvėpė šio „YouTube“vaizdo įrašo idėja, jo paaiškinimas ir paprastumas yra tiesiog nuostabūs. Pritvirtinus paprastus įrenginius, kurie gali būti naudojami, galima sukurti visiškai nešiojamą mirgėjimo aptikimo įrenginį.

Įrenginys, kurį ketiname sukurti, yra šviesos šaltinio mirgėjimo detektorius, kuris kaip šviesos šaltinis naudoja mažą saulės bateriją, ir susideda iš šių blokų:

1. Mažas saulės kolektorius
2. Integruotas garso stiprintuvas
3. Pranešėjas
4. Lizdas ausinėms prijungti, jei norėtume išbandyti su didesniu jautrumu
5. Įkraunama ličio jonų baterija kaip maitinimo šaltinis
6. C tipo USB jungtis įkrovimui prijungti
7. Maitinimo LED indikatorius

Prekės

Elektroniniai komponentai

• Integruotas garso stiprintuvas
• 8 omų garsiakalbis
• 3,7 V 850 mAh ličio jonų baterija
• 3,5 mm garso lizdas
• Mini polikristalinė saulės baterija
• TP4056 - Ličio jonų įkrovimo plokštė
• RGB LED (TH paketas)

• 2 x 330 omų rezistoriai (TH paketas)

Mechaniniai komponentai

• Potenciometro rankenėlė
• 3D spausdintas gaubtas (galima naudoti neprivalomą projektavimo dėžutę)
• 4 x 5 mm skersmens varžtai

Instrumentai

• Lituoklis
• Karštas klijų pistoletas
• Phillips atsuktuvas
• Viengyslis laidas
• 3D spausdintuvas (neprivaloma)
• Žnyplės
• Pincetai
• Kateris

1 žingsnis: veikimo teorija

Kaip minėta įvade, PWM sukeltas mirgėjimas. Remiantis Vikipedija, žmogaus akis gali pagauti iki 12 kadrų per sekundę. Jei kadrų dažnis viršija šį skaičių, jis laikomas judesiu žmogaus regėjimui. Taigi, jei pastebimas greitas objekto pasikeitimas, mes matome jo vidutinį intensyvumą, o ne atskirtų kadrų seką. Ryškumo valdymo grandinėse yra PWM idėjos esmė: Kadangi mes galime matyti tik vidutinį didesnio kadrų dažnio nei 12 kadrų per sekundę intensyvumą (vėlgi, pagal „Vikipediją“), mes galime lengvai reguliuoti šviesos šaltinio, naudojančio maitinimą, ryškumą (darbo ciklą) kintantys laiko periodai, kai šviesa yra įjungta arba išjungta (Daugiau apie PWM), kai perjungimo dažnis yra pastovus ir yra daug didesnis nei 12 Hz.

Šiame projekte aprašomas įrenginys, kurio garso stiprumas ir dažnis yra proporcingi mirksinčiam PWM triukšmui.

Mini polikristalinė plokštė

Pagrindinis šių prietaisų tikslas yra iš šviesos šaltinio gautą energiją paversti elektros energija, kurią galima lengvai surinkti. Viena iš pagrindinių šios baterijos savybių yra ta, kad jei šviesos šaltinis neužtikrina pastovaus pastovaus intensyvumo ir laikui bėgant kinta, tie patys pokyčiai bus susiję ir su šios plokštės išėjimo įtampa. Taigi, tai mes nustatysime - intensyvumo pokyčius laikui bėgant

Garso stiprintuvas

Iš saulės kolektoriaus gaunama išvestis yra proporcinga vidutiniam intensyvumo lygiui (DC), papildomai keičiant intensyvumą laikui bėgant (AC). Mums įdomu aptikti tik kintamą įtampą, o lengviausias būdas tai pasiekti - prijungti garso sistemą. Garso stiprintuvas, kuris buvo naudojamas šioje konstrukcijoje, yra vieno tiekimo PCB, su DC blokuojančiais kondensatoriais kiekvienoje pusėje, tiek įvesties, tiek išvesties. Taigi saulės kolektoriaus išėjimas yra tiesiogiai prijungtas prie garso stiprintuvo. Šioje konstrukcijoje naudojamas stiprintuvas jau turi potenciometrą su įmontuotu įjungimo/išjungimo jungikliu, todėl visiškai kontroliuojama įrenginio galia ir garsiakalbio garsas.

Ličio jonų baterijų valdymas

Prie šio projekto buvo pridėta TP4056 ličio jonų akumuliatoriaus įkroviklio grandinė, kad prietaisas būtų nešiojamas ir įkraunamas. USB-C jungtis veikia kaip įkroviklio įvestis, o naudojama baterija yra 850 mAh, 3,7 V, to pakanka tikslams, kurių turime siekti šiuo įrenginiu. Akumuliatoriaus įtampa veikia kaip pagrindinis garso stiprintuvo maitinimo šaltinis, taigi ir visas įrenginys.

Garsiakalbis kaip sistemos išvestis

Garsiakalbis vaidina pagrindinį vaidmenį įrenginyje. Aš pasirinkau palyginti mažą, tvirtai pritvirtintą prie korpuso, todėl girdėčiau ir žemesnius dažnius. Kaip minėta anksčiau, garsiakalbio dažnį ir garsumą galima apibrėžti taip:

f (garsiakalbis) = f (kintamoji srovė iš saulės kolektoriaus) [Hz]

P (garsiakalbis) = K*I (kintamosios srovės signalo nuo saulės skydelio intensyvumas nuo piko iki maksimumo) [W]

K - yra tūrio koeficientas

Garso lizdas

3,5 mm lizdas naudojamas tuo atveju, kai norime prijungti ausines. Šiame įrenginyje lizdas turi jungties aptikimo kaištį, kuris yra atjungtas nuo signalo kištuko, kai yra prijungtas garso kištukas. Jis buvo sukurtas taip, kad tuo metu užtikrintų išėjimą į vieną kelią - garsiakalbį ARBA ausines.

RGB šviesos diodas

Čia šviesos diodas veikia dvigubai - jis užsidega, kai prietaisas įkraunamas arba įjungiamas.

2 žingsnis: korpusas - dizainas ir spausdinimas

3D spausdintuvas yra puikus įrankis pritaikytiems korpusams ir dėklams. Šio projekto aptvaras turi labai paprastą struktūrą ir kai kuriuos bendrus bruožus. Išplėskime tai žingsnis po žingsnio:

Paruošimas ir „FreeCAD“

Korpusas buvo sukurtas naudojant „FreeCAD“(projekto failą galima atsisiųsti šio veiksmo apačioje), kur pirmiausia buvo sukonstruotas įrenginio korpusas, o tvirtas gaubtas buvo sukonstruotas kaip atskira korpuso dalis. Sukūrus prietaisą, reikia jį eksportuoti kaip atskirą korpusą ir dangtelį.

Mini saulės kolektorius sumontuotas ant dangtelio su fiksuoto dydžio sritimi, kur išjungimo sritis skirta laidams. Abiejose pusėse galima vartotojo sąsaja: USB išjungimas ir šviesos diodas | Lizdas | Potenciometro skylės. Garsiakalbis turi savo specialią zoną, kurią sudaro daugybė skylių kūno apačioje. Baterija yra greta garsiakalbio, kiekvienai daliai yra vieta, todėl mums nereikės nusivilti, kai iš viso surenkate įrenginį.

Pjaustymas ir „Ultimaker Cura“

Kadangi turime STL failus, galime pereiti prie G kodo konvertavimo proceso. Yra daug būdų tai padaryti, aš tiesiog paliksiu čia pagrindinius spausdinimo parametrus:

• Programinė įranga: „Ultimaker Cura 4.4“
• Sluoksnio aukštis: 0,18 mm
• Sienelės storis: 1,2 mm
• Viršutinio/apatinio sluoksnių skaičius: 3
• Užpildas: 20%
• Purkštukas: 0,4 mm, 215*C
• Lova: stiklas, 60*C
• Palaikymas: Taip, 15%

3 žingsnis: litavimas ir surinkimas

Litavimas

Kol 3D spausdintuvas užsiima spausdinimu, aptarkime litavimo procesą. Kaip matote schemose, jis yra supaprastintas iki minimumo - tai yra priežastis, dėl kurios visos dalys, kurias ketiname pritvirtinti, yra prieinamos kaip nepriklausomi integruoti blokai. Na, seka yra tokia:

1. Litavimo jonų baterijų gnybtų litavimas prie TP4056 BAT+ ir BAT-Pins
2. Lituoti TP4056 VO+ ir VO- į garso stiprintuvo VCC ir GND gnybtus
3. Lituoti mažo saulės kolektoriaus „+“gnybtą prie garso stiprintuvo VIN (L arba R) ir „-“prie garso stiprintuvo įžeminimo
4. Dviejų spalvų arba RGB šviesos diodų prijungimas prie dviejų 220R rezistorių, tinkamai izoliuotas
5. Pirmojo LED anodo litavimas prie garso stiprintuvo jungiklio gnybto (jungtis turi būti atlikta jungiklio gnybte). Primygtinai rekomenduojama patikrinti, kuris jungiklio gnybtas apatinėje PCB pusėje yra prijungtas prie VCC - mūsų pasirinkimas yra tas, kuris nėra
6. Antrasis šviesos diodų anodas turėtų būti lituojamas prie dviejų SMD šviesos diodų anodo - jie turi bendrą anodo jungtį
7. Litavimo šviesos diodų katodai į garso stiprintuvo GROUND
8. Lituoti garsiakalbių gnybtus prie garso stiprintuvo išvesties (įsitikinkite, kad pasirinkote tą patį kanalą įvesties kairėje arba dešinėje)
9. Norėdami priversti garsiakalbį išjungti, lituokite 3,5 mm stereo lizdo gnybtus, kurie neleidžia srovei tekėti per garsiakalbį.
10. Kad ausinės skleistų garsą iš kiekvienos pusės - L ir R, kartu sutrumpinkite ankstesniame žingsnyje aprašytus gnybtus.

Surinkimas

Atspausdinus gaubtą, rekomenduojama surinkti dalimis, atsižvelgiant į dalių aukštį:

1. Padaryti rėmą iš karštų klijų pagal dangtelio vidinį perimetrą ir ten įdėti saulės kolektorių
2. Potenciometro tvirtinimas su veržle ir poveržle priešingoje pusėje
3. Klijuojantis garsiakalbis karštais klijais
4. Akumuliatoriaus klijavimas karštais klijais
5. 3,5 mm lizdo klijavimas karštais klijais
6. Akumuliatoriaus klijavimas… karštais klijais
7. Klijavimas TP4056 su USB, nukreiptu už specialios atjungimo srities ribų karštais klijais
8. Rankenėlės uždėjimas ant potenciometro
9. Dangtelis ir korpusas tvirtinami keturiais varžtais

Testavimas

Mūsų prietaisas nustatytas ir paruoštas naudoti! Norint tinkamai patikrinti prietaisą, reikia rasti šviesos šaltinį, kuris gali suteikti kitokį intensyvumą. Rekomenduoju naudoti IR nuotolinio valdymo pultą, nes jis suteikia kintamą intensyvumą, kurio dažnis yra žmogaus klausos pralaidumo srityje [20Hz: 20KHz].

Nepamirškite namuose išbandyti visų savo šviesos šaltinių.

Ačiū, kad skaitote!:)