3 ašių magnetinio lauko jutiklis: 10 žingsnių (su nuotraukomis)

2025 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2025-01-13 06:57

Belaidės energijos perdavimo sistemos yra gana arti to, kad pakeistų įprastą laidinį įkrovimą. Nuo mažų biomedicinos implantų iki belaidžio įkrovimo milžiniškų elektrinių transporto priemonių. Neatsiejama belaidžio energijos tyrimo dalis yra magnetinio lauko tankio sumažinimas. Tarptautinė nejonizuojančiosios spinduliuotės apsaugos komisija (ICNIRP) teikia mokslines konsultacijas ir nurodymus dėl nejonizuojančiosios spinduliuotės (NIR) poveikio sveikatai ir aplinkai, siekiant apsaugoti žmones ir aplinką nuo žalingo NIR poveikio. NIR reiškia elektromagnetinę spinduliuotę, tokią kaip ultravioletinė, šviesos, infraraudonųjų spindulių ir radijo bangos, ir mechanines bangas, tokias kaip infra- ir ultragarsas. Belaidės įkrovimo sistemos sukuria kintančius magnetinius laukus, kurie gali pakenkti žmonėms ir gyvūnams, esantiems netoliese. Norint aptikti šiuos laukus ir juos sumažinti realiame pasaulyje, reikalingas magnetinio lauko matavimo prietaisas, pvz., „Aaronia SPECTRAN NF-5035“spektrinis analizatorius. Šie prietaisai paprastai kainuoja daugiau nei 2000 USD ir yra didelių gabaritų ir gali nepasiekti siaurų erdvių, kuriose reikia išmatuoti lauką. Be to, šie įrenginiai paprastai turi daugiau funkcijų, nei reikia paprastam lauko matavimui belaidžio energijos perdavimo sistemose. Taigi mažesnės, pigesnės lauko matavimo prietaisų versijos sukūrimas būtų labai vertingas.

Dabartinis projektas apima PCB, skirto magnetinio lauko jutimui, projektavimą, taip pat papildomo įrenginio, galinčio apdoroti nustatytas magnetinio lauko vertes ir parodyti jas OLED arba LCD ekrane, dizainą.

1 žingsnis: Reikalavimai

Įrenginys turi šiuos reikalavimus:

1. Išmatuokite kintančius magnetinius laukus 10–300 kHz diapazone
2. Tiksliai išmatuokite laukus iki 50 uT (ICNIRP nustatyta saugos riba yra 27 uT)
3. Išmatuokite laukus visose trijose ašyse ir gaukite rezultatą tam tikrame taške
4. Rodykite magnetinį lauką rankiniame matuoklyje
5. Rodyti įspėjamąjį indikatorių, kai laukas viršija ICNIRP nustatytus standartus
6. Įtraukite akumuliatoriaus veikimą, kad prietaisas būtų tikrai nešiojamas

2 veiksmas: sistemos apžvalga

3 žingsnis: komponentų pasirinkimas

Šis žingsnis tikriausiai yra daugiausiai laiko reikalaujantis žingsnis, reikalaujantis daug kantrybės, kad būtų galima pasirinkti tinkamus šio projekto komponentus. Kaip ir daugelyje kitų elektronikos projektų, renkantis komponentus reikia kruopščiai išnagrinėti duomenų lapus, kad įsitikintumėte, jog visi komponentai yra suderinami vienas su kitu ir veikia norimame visų veikimo parametrų diapazone - šiuo atveju magnetiniai laukai, dažniai, įtampa ir kt.

Pagrindiniai komponentai, pasirinkti magnetinio lauko jutiklio PCB, yra pridedamame „Excel“lape. Rankiniam prietaisui naudojami šie komponentai:

1. „Tiva C TM4C123GXL“mikrovaldiklis
2. „SunFounder I2C Serial 20x4“LCD ekranas
3. „Cyclewet 3.3V-5V“4 kanalų loginio lygio keitiklio dvikryptis perjungimo modulis
4. Mygtuko jungiklis
5. 2 padėčių perjungimo jungiklis
6. 18650 Ličio jonų 3,7 V elementas
7. „Adafruit PowerBoost 500“įkroviklis
8. Spausdintinės plokštės („SparkFun“)
9. Atsistojimai
10. Jungiamieji laidai
11. Antraštės kaiščiai

Šiam projektui reikalinga įranga yra tokia:

1. Litavimo įtaisas ir šiek tiek litavimo vielos
2. Grąžtas
3. Vielos pjaustytuvas

4 žingsnis: grandinės projektavimas ir modeliavimas

5 žingsnis: PCB projektavimas

Patikrinus grandinės veikimą „LTSpice“, suprojektuota PCB. Variniai lėktuvai yra suprojektuoti taip, kad netrukdytų magnetinio lauko jutiklių darbui. PCB išdėstymo schemoje paryškinta pilka sritis rodo vario plokštumas ant PCB. Dešinėje taip pat rodomas suprojektuoto PCB 3D vaizdas.

6 veiksmas: mikrovaldiklio nustatymas

Šiam projektui pasirinktas mikrovaldiklis yra „Tiva C TM4C123GXL“. Kodas parašytas „Energia“, kad būtų galima pasinaudoti esamomis „Arduino“mikrovaldiklių šeimos LCD bibliotekomis. Todėl šiam projektui sukurtas kodas taip pat gali būti naudojamas su „Arduino“mikrovaldikliu, o ne „Tiva C“(su sąlyga, kad naudosite tinkamus kaiščių priskyrimus ir atitinkamai pakeisite kodą).

7 veiksmas: priverskite ekraną veikti

Ekranas ir mikrovaldiklis yra sujungti per I2C ryšį, kuriam reikalingi tik du laidai, išskyrus a +5 V maitinimą ir įžeminimą. LCD kodo fragmentai, skirti „Arduino“mikrovaldiklių šeimai („LiquidCrystal“bibliotekos), buvo perkelti ir naudojami „Energia“. Kodas pateikiamas pridėtame LCDTest1.ino faile.

Toliau pateiktame vaizdo įraše rasite naudingų patarimų dėl ekrano.

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

8 žingsnis: 3D spausdinimas

Rankinio prietaiso gaubtas suprojektuotas taip, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Dėžutė padeda išlaikyti plokštes ir netrukdomus laidus. Dėžutė suprojektuota taip, kad būtų du išjungimai, skirti laidams praeiti, vienas akumuliatoriaus indikatoriaus šviesos diodų išjungimas ir vienas perjungimo ir mygtuko jungikliui. Pridedami reikalingi failai.

9 žingsnis: visų komponentų sujungimas

Išmatuokite visų galimų komponentų matmenis ir išdėstykite juos naudodami grafinį įrankį, pvz., „Microsoft Visio“. Kai suplanuotas visų komponentų išdėstymas, gera idėja pabandyti juos sudėti į savo vietas, kad pajustumėte galutinį produktą. Rekomenduojama patikrinti jungtis po kiekvieno naujo komponento pridėjimo prie įrenginio. Sąsajos proceso apžvalga parodyta aukščiau esančiuose paveikslėliuose. 3D spausdinta dėžutė suteikia įrenginiui švarią išvaizdą, taip pat apsaugo viduje esančią elektroniką.

10 veiksmas: įrenginio bandymas ir demonstravimas

Įterptas vaizdo įrašas rodo įrenginio veikimą. Perjungimo jungiklis įjungia įrenginį, o mygtukas gali būti naudojamas perjungiant du ekrano režimus.