Radarska očala: 14 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Lansko poletje smo na počitnicah v Maineu spoznali še en par: Mikea in Lindo. Linda je bila slepa in je bila slepa že od rojstva (mislim) prvega otroka. Bila sta res prijetna in skupaj smo se veliko smejali. Ko smo prišli domov, nisem mogla nehati razmišljati, kako bi bilo biti slep. Slepi imajo vidne pse in palice in prepričan sem, da jim je v pomoč še veliko drugih stvari. A vseeno mora biti veliko izzivov. Poskušal sem si predstavljati, kako bi bilo, in kot elektroničar sem se spraševal, če bi lahko kaj naredil.

Neko poletje sem si z varilcem zažgal oči, ko sem bil star okoli 20 let (dolga zgodba … neumen otrok). To je nekaj, kar nikoli ne bom pozabil. Kakorkoli, za en dan so mi bile oči zakrpane. Spomnim se, da me je mama poskušala popeljati čez cesto. Ves čas sem jo spraševal, če so se avtomobili ustavili. Rekla je nekaj takega: "Jaz sem tvoja mama … ali misliš, da bi te odpeljal v promet?" Če pomislim, kakšen dweeb sem bil, ko sem bil najstnik, sem se vprašal. Ampak nisem mogel preboleti, če nisem vedel, ali me bo med hojo kaj udarilo v obraz. Bil sem zelo vesel in olajšan, ko smo sneli obliže. To je edino, kar sem imel v življenju v zvezi s slepoto.

Pred kratkim sem napisal še en Instructable o mladem prijatelju pri delu, ki je izgubil vid na desno oko, in napravi, ki sem mu jo naredil, da mu pove, če je kaj na desni strani. Če ga želite prebrati, je tukaj. Ta naprava je uporabljala senzor časa letenja podjetja ST Electronics. Približno minuto po tem projektu sem se odločil, da bom lahko naredil napravo za pomoč slepim. Senzor VL53L0X, ki sem ga uporabil pri tem projektu, ima senzor velikega brata/sestre, imenovan VL53L1X. Ta naprava lahko meri večje razdalje kot VL53L0X. Za VL53L0X iz Adafruit -a je bila odklopna plošča, za VL53L1X pa Sparkfun. Odločil sem se, da bom ustvaril par očal z VL53L1X na sprednji strani in napravo za haptično povratno informacijo (vibrirajoči motor) za očali v bližini nosnega mostu. Motor bi vibriral obratno sorazmerno z razdaljo do predmeta, tj. Čim bližje je bil predmet očalom, bolj bi vibriral.

Tu moram opozoriti, da ima VL53L1X zelo ozko vidno polje (programabilno med 15-27 stopinj), kar pomeni, da so ZELO usmerjeni. To je pomembno, saj daje dobro ločljivost. Ideja je, da lahko uporabnik premika glavo kot radarsko anteno. To skupaj z ozkim FOV omogoča uporabniku, da bolje razlikuje predmete na različnih razdaljah.

Opomba o senzorjih VL53L0X in VL53L1X: to so senzorji časa letenja. To pomeni, da oddajajo LASER impulz (nizka moč in v infrardečem spektru, tako da so varni). Senzor meri, koliko časa traja, da se odsevni impulz vrne. Torej je razdalja enaka hitrosti X časa, kot se vsi spomnimo pri pouku matematike/naravoslovja, kajne? Torej, čas razdelite na pol in pomnožite s hitrostjo svetlobe, da dobite razdaljo. Toda, kot je poudaril drugi član Instructables, bi se očala lahko imenovala LiDAR Glasses, saj je uporaba LASER -a na ta način Light Distance and Ranging (LiDAR). Kot rečeno, vsi ne vedo, kaj je LiDAR, vendar mislim, da večina ljudi pozna RADAR. In čeprav sta infrardeča svetloba in radio del elektromagnetnega spektra, se svetloba ne šteje za radijski val, kot so frekvence mikrovalov. Tako bom naslov pustil kot RADAR, zdaj pa razumete.

Ta projekt uporablja v osnovi isto shemo kot tisti za drugi projekt … kot bomo videli. Velika vprašanja za ta projekt so, kako montiramo elektroniko na očala in kakšna očala uporabljamo?

Korak: Očala

Odločil sem se, da bi verjetno lahko oblikoval preprost par očal in jih natisnil s svojim 3D tiskalnikom. Odločil sem se tudi, da moram samo 3D natisniti okostje ali okvir očal. V spajkanje komponent bi dodal tiskano vezje. Tiskano vezje (protoboard) bi bilo pritrjeno na okvirje, kar bi povečalo moč celotnega sklopa. Zgornji prikaz 3D okvirjev.

Temu koraku so priložene tudi datoteke STL. Obstajajo tri datoteke: left.stl, right.stl (slušalke/roke) in glasses.stl (okvirji).

2. korak: Tiskano vezje

Uporabil sem Adafruit Perma-Proto polno velikost Breadboard. Okvir sem postavil na sprednjo stran kozarcev in jih centriral. Zgornji rob očal sem naredil tudi z vrhom protoboarda. Pravokotni del očal, ki se razteza od vrha, je tam, kjer bo sčasoma nameščen senzor časa letenja. Dober del vrha tega dela okvirjev štrli nad protoboard. To je v redu, saj nam ni treba ničesar spajkati na vrh senzorja, samo na dno.

Na sredini plošče je luknja, ki je skoraj točno na vrhu, kjer bo nosni most v kozarcih. S prototipom za označevanje finih konic sem označil 4 luknje v okvirju. Nato sem izvrtal luknje v ploščo.

Nato sem okvirje pritrdil na ploščo z vijaki M2.5. Moji so najlonski in za ta namen sem dobil cel komplet vijakov od Adafruit. Ko so bili vijaki pritrjeni, sem vzel marker in okoli okvirjev narisal črto na ploščo. Zame sem naravnost navzdol označil vdolbine na straneh okvirjev, kjer bodo nameščeni ušesni deli. To je moja prednost … morda pa boste želeli, da bi bili ušni deli okvirja vidni.

3. korak: Prekinite

Nato sem odstranil štiri vijake, ki so držali okvirje na plošči. Grobo sem odstranil material zunaj črte, ki smo jo označili. Bil sem previden, da sem se malo oddaljil od linij, ker bi to kasneje izboljšal z namiznim tračnim brusilnikom, ki ga imam. Lahko uporabite datoteko … vendar smo že pred nami.

Lahko grobo prerežete črto s kakršnimi koli sredstvi, ki jih imate. Mogoče tračna žaga? No, jaz ga nimam. Imam "grizljalec" za tiskana vezja, zato sem ga uporabil. Dejansko je trajalo kar nekaj časa in to je precej težko. Toda material tiskanega vezja se lahko razbije in razpoči, zato sem hotel iti počasi. Grizla sem se okoli in tudi navzgor v predel nosu … vendar le približno. Na zgornji sliki lahko vidite, kaj sem počel.

4. korak: brušenje ali vložitev

Material sem s pomočjo namiznega brusilnika odstranil veliko bližje liniji. Ponovno lahko uporabite datoteko, če nimate ničesar drugega. O brušenju lahko rečem le to, da glede na zrnatost abraziva v brusilniku pazite, koliko materiala poskušate odstraniti. Ni poti nazaj. Včasih lahko en sam zdrs uniči ploščo (ali pa vsaj izgleda asimetrično ali brez madežev). Torej, vzemite si čas.

Zgoraj si lahko ogledate moje slike pred in po.

5. korak: fino uglaševanje

Okvire sem ponovno pritrdil s štirimi vijaki in se vrnil k brusilniku. Zelo skrbno sem odbrusila vse do roba okvirjev. V odseku za nos sem moral uporabiti okroglo pilico, ker v brusilniku preprosto nisem mogel narediti tako velikega zavoja. Oglejte si moje končne rezultate zgoraj.

6. korak: Dodajanje senzorja

Na tej točki sem dodal odklopno ploščo senzorja VL53L1X. Najprej sem dodal dva dolga najlonska vijaka M2,5, ki ju potisne skozi luknje v okvirjih in skozi luknje v VL53L1X. Vsakemu vijaku sem dodal najlonsko matico in jih zelo nežno zategnil. Na vrh vsake matice sem dodal dve (skupaj štiri) najlonske podložke. Ti so potrebni, da se prepričate, da je senzor VL53L1X vzporeden z matično ploščo.

Na ploščo sem postavil 6 -mestni priključni trak tako, da so luknje na vrhu VL53L1X poravnane z dvema vijakoma, ki sem jih postavil na vrh okvirjev (z najlonskimi podložkami). Na konce vijakov sem dodala najlonske matice in jih spet nežno privila. Oglejte si zgornje slike.

7. korak: Shema

Kot sem že rekel, je shema približno enaka tisti za projekt Periferni radar. Ena razlika je v tem, da sem dodal gumb (stikalo za denarni stik). Predstavljam si, da bomo nekoč potrebovali enega, da spremenimo načine ali uvedemo kakšno funkcijo … zato je bolje, da jo imamo zdaj, kot pa jo dodamo kasneje.

Dodal sem tudi 10K potenciometer. Lonec se uporablja za prilagajanje razdalje, ki jo programska oprema upošteva kot največjo razdaljo, na katero se lahko odzove. Zamislite si to kot nadzor občutljivosti.

Shema je prikazana zgoraj.

Seznam delov (ki bi ga moral dati prej) je naslednji:

Odmik senzorja razdalje SparkFun - 4 metra, VL53L1X - SEN -14722 Adafruit - Vibracijski mini motorni disk - ID PROIZVODA: 1201Adafruit - Litij -ionska polimerna baterija - 3,7v 150mAh - ID PROIZVODA: 1317Adafruit Perma -Proto polna velikost PCB - enojni - PRODUCT ID: 1606Taktilni stikalni gumbi (tanki 6 mm) x 20 paketov - ID izdelka: 1489 Sparkfun - pravokotni konektor JST - 2 -pinski skozi luknjo - upor PRT -0974910K ohm - odlagalna škatla (poglejte na tla) 10K -100K ohmski upor - Odpadna škatla (poglejte na tla v bližini 10 -odstotnih uporov) 2N3904 NPN tranzistor - Neželena škatla (ali pokličite prijatelja) Nekaj priključne žice (uporabil sem 22 navojev)

Za polnjenje baterije LiPo sem pobral tudi: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly polnilec - v1 - ID PROIZVODA: 1304

8. korak: Postavitev komponent

Pri postavitvi komponent sem poskušal biti čim bolj pameten. Običajno poskušam poravnati določene zatiče, kot sta moč in ozemljitev … če lahko. Poskušam vsaj zmanjšati dolžino žice. Moral sem se prepričati, da pustim prostor zgoraj, kjer je nosni most za motor vibracij. Na koncu sem prišel do umestitve, ki jo lahko vidite na zgornji sliki.

9. korak: razlogi

Najprej sem vse komponente spajkal na ploščo na položajih, za katere sem se odločil. Nato sem dodal ozemljitvene povezave. Priročno je bil eden od velikih dolgih trakov na PWB še vedno izpostavljen, zato sem to naredil kot skupni trak.

Zgornja slika prikazuje ozemljitvene priključke in 10K upor. Ne bom vam povedal, kam postaviti vsako žico, saj ima večina ljudi svoje ideje o tem, kako kaj narediti. Pokazal vam bom le, kaj sem naredil.

10. korak: Žice

Dodala sem preostale žice, kot je prikazano na zgornji sliki. Pod motor vibracij sem dodal kos dvojnega traku, da se prepriča, da je na svojem mestu. Lepilni material, ki je že prišel na dno motorja, se mi ni zdel dovolj močan.

Za svoje povezave sem uporabil žico 22. Če imate kaj manjšega, uporabite. Uporabil sem merilnik 22, ker je to najmanjše, kar sem imel pri roki.

11. korak: Nosilec baterije

Natisnil sem 3D nosilec za držanje LiPo baterije (upodobitev je prikazana zgoraj). Na protoboru sem označil in izvrtal luknje za pritrditev nosilca na nasprotno stran stekel od sestavnih delov, kot je prikazano zgoraj.

Tu moram opozoriti, da je nosilec zelo tanek in šibek, zato ga moram natisniti s podpornim materialom (za vse dele tega projekta sem uporabil ABS plastiko). Nosilec lahko preprosto zlomite in poskušate odstraniti podporni material, zato bodite lahki.

Ena stvar, ki jo naredim za okrepitev svojih delov, je, da jih potopim v aceton. Seveda morate biti pri tem zelo previdni. To počnem v dobro prezračevanem prostoru in uporabljam rokavice in zaščito za oči. To naredim potem, ko odstranim podporni material (seveda). Imam posodo z acetonom in z uporabo pincete delček popolnoma potopim v aceton za kakšno sekundo ali dve. Takoj jo odstranim in postavim na stran, da se posuši. Ponavadi pustim dele eno uro ali več, preden se jih dotaknem. Aceton bo kemično "stopil" ABS. To vpliva na tesnjenje plastičnih plasti.

Datoteka STL za oklepaj je priložena temu koraku.

12. korak: Programiranje

Po dvojnem preverjanju vseh povezav sem priključil kabel USB za programiranje Trinket M0.

Za namestitev in/ali spreminjanje programske opreme (priložene temu koraku) potrebujete Arduino IDE in datoteke plošč za Trinket M0 ter knjižnice za VL53L1X podjetja Sparkfun. Vse to je tukaj in tukaj.

Če ste novi pri tem, sledite navodilom za uporabo Adafruit M0 na njihovem mestu za učenje tukaj. Ko je programska oprema (dodana temu koraku) naložena, se mora plošča zagnati in delovati z napajanjem iz serijske povezave USB. Premaknite stran plošče z VL53L1X blizu stene ali roke in začutili boste, kako motor vibrira. Amplituda vibracij mora biti nižja, čim dlje od naprave je predmet.

Poudariti želim, da je ta programska oprema prvi pri tem. Naredil sem dva para očal in takoj bom naredil še dva. Mi (jaz in vsaj ena druga oseba, ki delamo na tem) bomo še naprej izpopolnjevali programsko opremo in tukaj objavljali vse posodobitve. Upam, da bodo to poskusili tudi drugi in objavili (morda na GitHubu) vse svoje spremembe/izboljšave.

13. korak: Dokončanje okvirjev

Ušesne koščke sem zataknil v zarezo na obeh straneh kozarcev in z namigom nanesel aceton. Vpijem aceton, da dobim dobro količino, ko ga pritisnem v vogale. Če se tesno zaprejo, se aceton prenaša s kapilarno privlačnostjo. Poskrbim, da so postavljeni naravnost in po potrebi uporabim nekaj, da jih zadržim na mestu vsaj eno uro. Včasih se ponovno prijavim in počakam še eno uro. Aceton odlično povezuje in moja očala se zdijo precej močna na meji okvirja.

Seveda so ta očala le prototip, zato sem oblikovanje ohranila preprosto in zato ni tečajev za roke očal. Vseeno delujejo zelo dobro. Če pa želite, jih lahko vedno preoblikujete s tečaji.

14. korak: Zadnje misli

Opazil sem, da senzor ne deluje dobro pri sončni svetlobi. To je smiselno, saj sem prepričan, da je senzor nasičen z infrardečo svetlobo od sonca, zato je nemogoče ločiti od impulza, ki ga oddaja senzor. Kljub temu bi si naredili dobre očala v zaprtih prostorih in ponoči ter morda v oblačnih dneh. Seveda moram narediti več testov.

Ena stvar, ki jo bom naredil, da spremenim zasnovo, je, da na zarezo, ki se dotakne prečke nosu, dodam nekakšno gumo. Če nagnete glavo navzdol, je težko občutiti vibracije, ko se očala nekoliko dvignejo s kože pod silo teže. Mislim, da bo nekaj gume za ustvarjanje trenja očala držala pritrjena na nos, tako da se lahko vibracije prenesejo nanjo.

Upam, da bom dobil nekaj povratnih informacij o očalih. Ne vem, ali bodo očala v pomoč ljudem, vendar bomo morali videti. To so prototipi: izvedljivost, učenje in izboljšave.

Zasnovi bi lahko dodali več senzorjev. Za ta prototip sem se odločil uporabiti enega, ker menim, da bo uporabnik težje razločil več kot en vibracijski motor. Morda pa bi bilo dobro, če bi imela dva senzorja usmerjena iz oči. Z dvema motorjema lahko vibrirate na vsaki strani stekel. Namesto vibracij lahko uporabite tudi zvok, ki se dovaja v vsako uho. Ponovno je ideja poskusiti prototip in pridobiti nekaj izkušenj.

Če ste prišli tako daleč, hvala za branje!