Detektor utripanja svetlobe: 3 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Vedno me je navduševalo dejstvo, da nas spremlja elektronika. Povsod je. Ko govorimo o svetlobnih virih (ne o naravnih, kot so zvezde), moramo upoštevati več parametrov: svetlost, barvo in, če govorimo o zaslonu računalnika, o kakovosti slike.

Vizualno zaznavanje svetlobe ali svetlosti elektronskega svetlobnega vira je mogoče nadzorovati na različne načine, kadar je najbolj priljubljen prek Pulse Width Modulation (PWM) - preprosto vklopite in izklopite napravo zelo hitro, tako da se zdi, da so prehodi "nevidni" za človeško oko. Vendar se zdi, da za dolgotrajno uporabo ni preveč dobro za človeške oči.

Ko na primer vzamemo zaslon prenosnega računalnika in zmanjšamo njegovo svetlost - morda se zdi temnejša, vendar se na zaslonu dogaja veliko sprememb - utripanje. (Več primerov o tem najdete tukaj)

Ideja tega videoposnetka v YouTubu me je zelo navdihnila, razlaga in preprostost pa sta čudoviti. S priključitvijo preprostih naprav, ki niso na prodajnem mestu, obstaja možnost izdelave popolnoma prenosne naprave za zaznavanje utripanja.

Naprava, ki jo bomo zgradili, je detektor utripanja svetlobnega vira, ki za vir svetlobe uporablja majhno sončno baterijo in je sestavljen iz naslednjih blokov:

1. Majhna sončna plošča
2. Vgrajen ojačevalnik zvoka
3. Zvočnik
4. Priključek za priključitev slušalk, če želimo preizkusiti z večjo občutljivostjo
5. Li-Ion baterija za ponovno polnjenje kot vir energije
6. Priključek USB Type-C za polnjenje
7. LED indikator napajanja

Zaloge

Elektronske komponente

• Vgrajen ojačevalnik zvočne moči
• 8 ohmski zvočnik
• 3,7 V 850 mAh Li-Ion baterija
• 3,5 mm avdio priključek
• Mini polikristalna sončna baterija
• TP4056 - Li -Ion polnilna plošča
• RGB LED (paket TH)

• 2 x 330 ohmski upori (paket TH)

Mehanske komponente

• Gumb za potenciometer
• 3D-tiskano ohišje (izbirno je mogoče uporabiti škatlo za prodajo)
• Vijaki s premerom 4 x 5 mm

Instrumenti

• Spajkalnik
• Pištola za vroče lepilo
• Križni izvijač
• Enožilna žica
• 3D tiskalnik (neobvezno)
• Klešče
• Pinceta
• Rezalnik

1. korak: Teorija delovanja

Kot je bilo omenjeno v uvodu, je utripanje posledica PWM. Po wikipediji lahko človeško oko ujame do 12 sličic na sekundo. Če hitrost sličic preseže to število, se šteje za gibanje človeškega vida. Če torej opazimo hitro spremembo predmeta, vidimo njegovo povprečno intenzivnost namesto zaporedja ločenih okvirjev. Jedro ideje o PWM je v vezjih za nadzor svetlosti: Ker lahko vidimo le povprečno intenzivnost višje hitrosti sličic kot 12 sličic na sekundo (spet po wikipediji), lahko preprosto prilagodimo svetlost (delovni cikel) napajanja vira svetlobe prek spreminjanje časovnih obdobij, ko je lučka vklopljena ali izklopljena (Več o PWM), kjer je frekvenca preklopa konstantna in je veliko večja od 12Hz.

Ta projekt opisuje napravo, katere glasnost in frekvenca zvoka sta sorazmerni z utripajočim hrupom, ki ga povzroča PWM.

Mini polikristalna plošča

Glavni namen teh naprav je pretvoriti moč, pridobljeno iz svetlobnega vira, v električno, ki jo je mogoče enostavno pridobiti. Ena od ključnih lastnosti te baterije je, da če svetlobni vir ne zagotavlja stabilne konstantne intenzivnosti in se sčasoma spreminja, bodo iste spremembe prisotne tudi na izhodni napetosti te plošče. Torej, to bomo odkrili - spremembe intenzivnosti skozi čas

Zvočni ojačevalnik

Izhod, ki ga proizvaja sončna plošča, je sorazmeren s povprečno intenzivnostjo (DC) z dodatnimi spremembami intenzivnosti skozi čas (AC). Zanima nas odkrivanje samo izmenične napetosti, najlažji način za to pa je priključitev avdio sistema. Zvočni ojačevalnik, ki je bil uporabljen pri tej zasnovi, je enosmerno napajalno vezje s kondenzatorji, ki blokirajo enosmerni tok na vsaki strani, tako vhodni kot izhodni. Tako je izhod sončne celice priključen neposredno na avdio ojačevalnik. Ojačevalnik, uporabljen v tej zasnovi, že ima potenciometer z vgrajenim stikalom za vklop/izklop, zato je popoln nadzor nad močjo naprave in glasnostjo zvočnika.

Upravljanje Li-Ion baterije

Temu projektu je bilo dodano vezje polnilnika Li-Ion TP4056, da bi bila naprava prenosna in polnilna. Priključek USB-C deluje kot vhod za polnilnik, uporabljena baterija pa je 850 mAh, 3,7 V, kar zadošča za namene, ki jih moramo zasledovati s to napravo. Napetost baterije deluje kot glavni vir napajanja za avdio ojačevalnik, torej za celotno napravo.

Zvočnik kot sistemski izhod

Zvočnik igra glavno vlogo v napravi. Izbral sem relativno majhnega, s trdno pritrjenostjo na ohišje, zato bi slišal tudi nižje frekvence. Kot smo že omenili, lahko frekvenco in glasnost zvočnika določimo na naslednji način:

f (zvočnik) = f (AC iz sončne plošče) [Hz]

P (zvočnik) = K*I (intenzivnost od vrha do vrha izmeničnega signala iz sončne celice) [W]

K - Koeficient prostornine

Zvočni priključek

3,5 mm vtič se uporablja v primeru, da želimo priključiti slušalke. V tej napravi ima vtičnica priključek za zaznavanje povezave, ki je odklopljen od signalnega zatiča, ko je priključen zvočni vtič. Zasnovan je bil tako, da omogoča izhod na eno samo pot - zvočnik ALI slušalke.

RGB LED

Tukaj LED deluje dvojno - zasveti, ko se naprava polni ali je naprava vklopljena.

2. korak: Ohišje - oblikovanje in tiskanje

3D tiskalnik je odlično orodje za izdelavo ohišij in etuijev po meri. Ohišje tega projekta ima zelo osnovno strukturo z nekaterimi skupnimi značilnostmi. Razširimo ga korak za korakom:

Priprava in FreeCAD

Ohišje je bilo zasnovano v FreeCAD -u (projektna datoteka je na voljo za prenos na dnu tega koraka), kjer je bilo najprej izdelano ohišje naprave, trden pokrov pa kot ločen del glede na telo. Ko je bila naprava zasnovana, jo je treba izvoziti kot ločeno ohišje in pokrov.

Mini solarna plošča je nameščena na pokrovu s fiksno velikostjo, kjer je izrezano območje namenjeno žicam. Uporabniški vmesnik je na voljo na obeh straneh: USB izrez in LED | Vtičnica | Luknje za potenciometer. Zvočnik ima svoje namensko območje, ki je niz lukenj na dnu telesa. Baterija je v bližini zvočnika, za vsak del je prostor, zato nam pri sestavljanju naprave ne bo treba razočarati.

Rezanje in Ultimaker Cura

Ker imamo datoteke STL, lahko nadaljujemo s postopkom pretvorbe G-kode. Za to obstaja veliko načinov, tukaj bom pustil le glavne parametre za tiskanje:

• Programska oprema: Ultimaker Cura 4.4
• Višina sloja: 0,18 mm
• Debelina stene: 1,2 mm
• Št. Zgornjih/spodnjih plasti: 3
• Polnjenje: 20%
• Šoba: 0,4 mm, 215*C
• Postelja: steklo, 60*C
• Podpora: Da, 15%

3. korak: Spajkanje in sestavljanje

Spajkanje

Medtem ko je 3D tiskalnik zaposlen s tiskanjem našega ohišja, pokrijmo postopek spajkanja. Kot lahko vidite na shemah, je poenostavljeno na najmanjšo možno mero - to je zato, ker so vsi deli, ki jih bomo skupaj pritrdili, na voljo kot neodvisni integrirani bloki. No, zaporedje je naslednje:

1. Spajkanje terminalov Li-Ion baterije na zatiče TP4056 BAT+ in BAT
2. Spajkanje VO+ in VO- TP4056 na priključke VCC in GND avdio ojačevalnika
3. Spajkanje priključka "+" majhne sončne celice na VIN (L ali R) avdio ojačevalnika in "-" na ozemljitev avdio ojačevalnika
4. Pritrditev dvobarvne ali RGB LED na dva upora 220R z ustrezno izolacijo
5. Spajkanje prve LED anode na stikalni priključek avdio ojačevalnika (Priključitev mora biti izvedena na priključku stikala). Zelo priporočljivo je preveriti, kateri priključek stikala na spodnji strani tiskanega vezja je priključen na VCC - tisti, ki ni, je naša možnost
6. Drugo LED anodo je treba spajkati na anodo dveh SMD LED - imata skupno anodno povezavo
7. Spajkanje LED katod na ozemljitev avdio ojačevalnika
8. Spojite priključke zvočnikov na izhod zvočnega ojačevalnika (preverite, ali ste na vhodu izbrali isti kanal, LEVO ali DESNO)
9. Če želite zvočnik izklopiti, spajkajte 3,5 -milimetrske stereo priključke, ki preprečujejo tok skozi zvočnik.
10. Če želite, da slušalke proizvajajo zvok na vsaki strani - L in R, skupaj skrajšajte sponke, opisane v prejšnjem koraku.

Montaža

Po tiskanju ohišja je priporočljivo sestaviti del po del glede na višino dela:

1. Izdelava okvirja iz vročega lepila po notranjem obodu pokrova in namestitev sončne celice
2. Pritrditev potenciometra z matico in podložko na nasprotni strani
3. Lepljenje zvočnikov z vročim lepilom
4. Lepljenje baterije z vročim lepilom
5. Lepljenje 3,5 mm vtičnice z vročim lepilom
6. Lepljenje baterije z … vročim lepilom
7. Lepljenje TP4056 z USB usmerjenostjo zunaj namenskega območja izreza z vročim lepilom
8. Namestitev gumba na potenciometer
9. Pritrditev pokrova in ohišja s štirimi vijaki

Testiranje

Naša naprava je nastavljena in pripravljena za uporabo! Za pravilno preverjanje naprave je treba najti vir svetlobe, ki bi lahko zagotavljal nadomestno intenzivnost. Priporočam uporabo daljinskega upravljalnika IR, saj zagotavlja izmenično intenzivnost, katere frekvenca leži v pasu širine človeškega sluha [20Hz: 20KHz].

Ne pozabite preizkusiti vseh virov svetlobe doma.

Hvala za branje!:)