Alarm z dotikom obraza: 4 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Dotikanje obraza je eden najpogostejših načinov okužbe z virusi, kot je Covid-19. Akademska študija iz leta 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) je pokazala, da se obraza dotikamo povprečno 23 -krat na uro. Odločil sem se, da bom oblikoval nizkocenovno napravo z nizko porabo energije, ki bi vas opozorila vsakič, ko se boste dotaknili obraza. Ta grobi prototip bi lahko zelo enostavno izboljšali in čeprav verjetno ne boste želeli tega nositi ves dan, bi bil to lahko dober način, da vas naučimo zmanjšati dotik obraza in s tem zmanjšati širjenje virusa.

Večina oblik zaznavanja gibanja uporablja merilnike pospeška ali obdelavo slik. Ti so relativno dragi, potrebujejo neprekinjeno napajanje in zato tudi relativno veliko baterijo. Želel sem narediti napravo, ki porabi le energijo, ko jo sproži vedenje, in jo je mogoče izdelati doma za manj kot 10 USD.

Naprava ima tri dele. Ogrlica in dva majhna elastika na vsakem zapestju. Uporablja načelo, da magnet, ki se giblje v bližini tuljave žice, ustvari električni tok v žici. Ko se roka premakne proti obrazu, magnet na zapestju ustvari majhno napetost na tuljavi. Ta se poveča in če je višji od določenega praga, vklopi majhen zvok.

Zaloge

• 100 - 200 metrov elektromagnetne žice. Večina žice je predebela. Elektromagnetna žica je izolirana z zelo finim slojem laka, tako da lahko v tuljavi naredite veliko zavojev, hkrati pa je še vedno relativno majhna in lahka. Uporabil sem 34 AWG - to je približno 0,15 mm v premeru
• Kabelske vezice ali samolepilni trak
• Op-amp z enim napajanjem nizke moči. Delovati mora na 3V. Uporabil sem Microchip MCP601.
• 2 upora (1M, 2K)
• 2K trimer upor
• 3 - 5 V piezo zvočni signal
• Vsak osnovni tranzistor npn (uporabil sem 2N3904)
• Nekaj veroboarda
• CR2032 (ali katera koli 3V gumbasta baterija)
• 2 majhna močna magneta
• 2 debela gumijasta traku ali kakšen kompresijski podporni material (na primer kompresijske nogavice)

1. korak: navijte tuljavo

Tuljava mora biti en neprekinjen kos žice, zato je žal ni mogoče pripeti in odpeti kot ogrlico. Zato je pomembno, da je premer tuljave dovolj velik, da ga imate na glavi. Svojega sem navil okoli okrogle oblike (košara za odpadni papir) s premerom približno 23 cm (9 palcev). Več obratov bolje. Izgubil sem štetje, koliko sem jih naredil, toda s preskusom električne upornosti na koncu se mi je zdelo približno 150 obratov.

Nežno vzemite tuljavo iz prvega in jo pritrdite s kabelskimi vezicami ali trakom. Pomembno je, da ne prekinete občutljive elektromagnetne žice, saj bo popravilo skoraj nemogoče. Ko je tuljava pritrjena, poiščite oba konca žice in odstranite lak z zadnjih centimetrov (zadnjih pol palca) vsakega konca. To sem naredil tako, da sem lak stopil s spajkalnikom (glej priloženi video).

Kliknite tukaj, če si želite ogledati video o tem, kako odstraniti magnetno žico

Te konce lahko občutljivo spajkate na vezje detektorja. Za svoj prototip sem konce spajkal na majhen kos ločenega veroboarda z vtičnico, tako da sem lahko uporabil poskus in uporabil mostične kable za povezavo z različnimi izvedbami vezja.

2. korak: Zgradite vezje detektorja

Shema in končno vezje sta prikazana zgoraj.

Za ojačanje zelo majhne napetosti, ki nastane na tuljavi, uporabljam operacijski ojačevalnik v neinvertirni konfiguraciji. Dobiček tega ojačevalnika je razmerje uporov R1 in R2. Biti mora dovolj visok, da zazna magnet, ko se premika približno 10 cm od roba tuljave razmeroma počasi (približno 20-30 cm/s), če pa ga naredite preveč občutljivega, lahko postane nestabilen in brenčalo se bo neprestano oglašalo. Ker bo optimalno število odvisno od dejanske tuljave, ki jo izdelate, in magneta, ki ga uporabljate, priporočam, da vezje sestavite s spremenljivim uporom, ki ga lahko nastavite na poljubno vrednost do 2K. V svojem prototipu sem ugotovil, da je vrednost približno 1,5K dobro delovala.

Ker bo tuljava sprejela tudi potepuške radijske valove različnih frekvenc, sem vključil kondenzator na R1. To deluje kot nizkoprepustni filter. Pri vseh frekvencah, večjih od nekaj hercev, je reaktanca tega kondenzatorja veliko manjša od vrednosti R1, zato ojačitev izgine.

Ker je dobiček tako visok, bo izhod op ojačevalnika res samo "vklopljen" (3V) ali "izklopljen" (0V). Sprva, ker lahko MCP601 oddaja 20 mA, sem mislil, da bi lahko neposredno pognal piezo -zvočni signal (za delovanje potrebujejo le nekaj mA). Vendar sem ugotovil, da je operacijski ojačevalnik težko vozil neposredno, verjetno zaradi kapacitivnosti brenčalca. To sem rešil tako, da sem skozi upor dovodil izhod na npn tranzistor, ki deluje kot stikalo. R3 je izbran za zagotovitev, da je tranzistor popolnoma vklopljen, ko je izhod iz ojačevalnika Op 3V. Če želite zmanjšati porabo energije, bi morala biti v idealnem primeru ta čim višja in še vedno zagotoviti, da je tranzistor vklopljen. Odločil sem se za 5K, da zagotovim, da bi to vezje delovalo s skoraj vsemi priljubljenimi tranzistorji npn.

Zadnja stvar, ki jo potrebujete, je baterija. Svoj prototip sem lahko uspešno vodil s 3V gumbno baterijo - vendar je bila še nekoliko bolj občutljiva in učinkovita pri nekoliko višji napetosti, zato, če najdete majhno li -poli baterijo (3,7 V), priporočam, da jo uporabite.

3. korak: Naredite zapestne trakove

Če magnet nosite blizu vsake roke, bo dvig roke proti obrazu sprožil zvočni signal. Odločil sem se, da bom ustvaril dva zapestna traka z elastičnim podpornim materialom za nogavice in jih uporabil za dva majhna magneta na zapestju. Lahko bi poskusili tudi z magnetnim obročem na enem prstu vsake roke.

Inducirani tok teče v eno smer okoli tuljave, ko magnet vstopi v območje tuljave, in v nasprotni smeri, ko odide. Ker je prototipno vezje namerno preprosto, bo samo ena smer toka sprožila zvočni signal. Tako bo brenčal bodisi, ko se roka približa ogrlici ali ko se odmakne. Očitno želimo, da brenči na poti do obraza in lahko spremenimo polariteto ustvarjenega toka tako, da obrnemo magnet. Zato poskusite, v katero smer se oglasi zvočni signal, ko se roka približa obrazu, in označite magnet, da se spomnite, da ga boste pravilno nosili.

4. korak: Preizkusite

Velikost induciranega toka je povezana s tem, kako hitro se magnetno polje spreminja v bližini tuljave. Tako je lažje ujeti hitre premike v bližini tuljave kot počasne gibe daleč od nje. Z malo poskusov in napak mi je uspelo zanesljivo delovati, ko sem magnet premaknil s hitrostjo 30 cm/s (1 ft/s) na razdaljo 15 cm (6 palcev). Nekoliko več uglaševanja bi to izboljšalo za faktor dva ali tri.

Trenutno je vse skupaj nekoliko surovo, saj prototip uporablja komponente "skozi luknjo", vendar bi lahko vso elektroniko preprosto skrčili s pomočjo komponent za površinsko montažo, omejevalna velikost pa bi bila le baterija.