Visokonapetostna očala za izmenično okluzijo [ATtiny13]: 5 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

V svojem prvem navodilu sem opisal, kako sestaviti napravo, ki bi morala biti v veliko pomoč nekomu, ki želi zdraviti ambliopijo (leno oko). Zasnova je bila zelo poenostavljena in je imela nekaj pomanjkljivosti (zahtevala je uporabo dveh baterij, plošče s tekočimi kristali pa sta poganjali nizko napetost). Odločil sem se izboljšati zasnovo z dodajanjem napetostnega množitelja in zunanjih stikalnih tranzistorjev. Večja kompleksnost zahteva uporabo komponent SMD.

1. korak: zavrnitev odgovornosti

Uporaba take naprave lahko pri majhnem delu uporabnikov naprave povzroči epileptične napade ali druge škodljive učinke. Konstrukcija takšne naprave zahteva uporabo zmerno nevarnih orodij in lahko povzroči škodo ali materialno škodo. Opisano napravo izdelate in uporabljate na lastno odgovornost

2. korak: Deli in orodja

Deli in materiali:

3D očala z aktivnimi zaklopi

ATTINY13A-SSU

18x12 mm VKLOPNO-IZKLOPNO stikalo z gumbom (nekaj takega, stikalo, ki sem ga uporabil, je imelo ravne, ožje vodnike)

2x taktilna stikala SMD 6x6 mm

2x 10 uF 16V ohišje A 1206 tantalov kondenzator

100 nF 0805 kondenzator

3x 330 nF 0805 kondenzator

4x SS14 DO-214AC (SMA) dioda iz štirja

10k 0805 upor

15k upor 1206

22k upor 1206

9x 27ohm 0805 upor

3x 100k 1206 upor

6x BSS138 SOT-23 tranzistor

3x tranzistor BSS84 SOT-23

61x44 mm bakrena plošča

nekaj kosov žice

3V baterija (CR2025 ali CR2032)

izolacijski trak

selotejp

Orodja:

diagonalni rezalnik

klešče

ploski izvijač

mali križni izvijač

pinceto

pomožni nož

žago ali drugo orodje, ki lahko razreže PCB

0,8 mm sveder

vrtalnik ali vrtljivo orodje

natrijev persulfat

plastična posoda in plastično orodje, s katerim lahko odstranite PCB iz raztopine za jedkanje

spajkalna postaja

spajkanje

aluminijasta folija

AVR programer (samostojni programer, kot je USBasp ali pa uporabite ArduinoISP)

laserski tiskalnik

sijajni papir

likalnik za oblačila

Suh/moker brusni papir zrnatosti 1000 grit

čistilo za kremo

topilo (na primer aceton ali alkohol)

stalni izdelovalec

3. korak: Izdelava tiskanega vezja z metodo prenosa tonerja

Zrcalno podobo F. Cu (sprednja stran) morate natisniti na sijajnem papirju z laserskim tiskalnikom (brez vključenih nastavitev varčevanja tonerja). Zunanje mere natisnjene slike morajo biti 60,96x43,434 mm (ali čim bližje). Uporabil sem enostransko bakreno obloženo ploščo in na drugi strani povezal s tankimi žicami, tako da mi ni bilo treba skrbeti za poravnavo dveh bakrenih plasti. Lahko uporabite dvostransko tiskano vezje, če želite, vendar bodo naslednja navodila samo za enostransko tiskano vezje.

Izrežite tiskano vezje na velikost natisnjene slike, lahko dodate nekaj mm na vsako stran tiskanega vezja, če želite (poskrbite, da bo tiskano vezje ustrezalo vašim očalom). Nato morate z mokrim finim brusnim papirjem očistiti bakreno plast, nato pa s čistilcem za smetano odstraniti delce, ki jih pusti brusni papir (lahko uporabite tudi tekočino za pomivanje posode ali milo). Nato ga očistite s topilom. Po tem morate biti zelo previdni, da se s prsti ne dotaknete bakra.

Natisnjeno sliko položite na tiskano vezje in jo poravnajte s ploščo. Nato položite tiskano vezje na ravno površino in jo pokrijte z likalnikom za oblačila, nastavljenim na največjo temperaturo. Po kratkem času se mora papir prilepiti na tiskano vezje. Likalnik držite pritisnjen na tiskano vezje in papir, občasno lahko spremenite položaj likalnika. Počakajte vsaj nekaj minut, da papir spremeni barvo v rumeno. Nato položite PCB s papirjem v vodo (lahko dodate čistilo za kremo ali tekočino za pomivanje) za 20 minut. Nato podrgnite papir iz tiskanega vezja. Če se toner ne drži bakra, za zamenjavo tonerja uporabite trajni marker.

Zmešajte svežo vodo z natrijevim persulfatom in v jedkano raztopino vstavite PCB. Poskusite raztopino hraniti pri 40 ° C. Plastično posodo lahko postavite na radiator ali drug vir toplote. Občasno v posodi zmešajte raztopino. Počakajte, da se nepokrit baker popolnoma raztopi. Ko je končano, odstranite PCB iz raztopine in jo sperite v vodi. Toner odstranite z acetonom ali brusnim papirjem.

Izvrtajte luknje v tiskanem vezju. Za vrtanje središč lukenj sem pred vrtanjem uporabil vijak.

4. korak: spajkanje in programiranje mikrokrmilnika

Bakrene sledi zavarite v spajkanje. Če so bile v raztopini za jedkanje raztopljene sledi, jih zamenjajte s tankimi žicami. Spajkajte ATtiny na tiskano vezje, pa tudi žice, ki bodo povezovale mikrokrmilnik s programerjem. Naložite hv_glasses.hex, obdržite privzete varovalke (H: FF, L: 6A). Uporabil sem USBasp in AVRDUDE. Nalaganje datoteke.hex je zahtevalo, da izvedem naslednji ukaz:

avrdude -c usbasp -p t13 -B 16 -U bliskavica: w: hv_glasses.hex

Morda boste opazili, da sem moral spremeniti vrednost -B (bitna ura) z 8, ki sem jo uporabil za programiranje ATtinyja v svojem prvem navodilu, na 16. To upočasni postopek nalaganja, včasih pa je treba omogočiti pravilno komunikacijo med programerjem in mikrokrmilnikom.

Ko naložite datoteko.hex v ATtiny, odlepite žice programerja s tiskanega vezja. Spajkanje preostalih komponent, razen obsežnega stikala za vklop/izklop SW1 in tranzistorjev. Na drugi strani plošče povežite z žicami. Celotno tiskano vezje, razen tranzistorskih blazinic, pokrijte z aluminijasto folijo, da zaščitite MOSFET -e od elektrostatičnega razelektritve. Prepričajte se, da je vaša spajkalna postaja pravilno ozemljena. Pincete, ki jih uporabljate za namestitev komponent, morajo biti antistatične ESD. Uporabil sem nekaj starih pincet, ki so ležale naokoli, vendar sem jih z žico povezal z maso. Tranzistorje BSS138 lahko najprej spajkate in po končani obdelavi prekrijete tiskano vezje z več folije, ker so P-kanalni BSS84 MOSFET-ji še posebej občutljivi na elektrostatično razelektritev.

Spajkajte SW1 nazadnje, kotirajte njegove vodi tako, da je podoben SS14 diodam ali tantalskim kondenzatorjem. Če so vodi SW1 širši od ploščic na tiskanem vezju in povzročijo kratek stik z drugimi tiri, jih prerežite, da ne povzročajo težav. Pri spajanju SW1 s tiskanim vezjem uporabite primerno količino spajkanja, saj bo trak, ki bo držal tiskano vezje in okvir stekla, šel neposredno čez SW1 in lahko povzroči nekaj napetosti na spajkalnih sklepih. V J1-J4 nisem dal ničesar, žice LC plošče bodo spajkane neposredno na tiskano vezje. Ko končate, spajkajte žice, ki bodo šle na baterijo, baterijo vstavite mednje in jo pritrdite z izolacijskim trakom. Z multimetrom lahko preverite, ali celotno tiskano vezje ustvarja spreminjajoče se napetosti na ploščicah J1-J4. V nasprotnem primeru izmerite napetosti na prejšnjih stopnjah, preverite, ali so na voljo kratki stiki, nepovezani vodi, prekinjeni tiri. Ko vaše tiskano vezje ustvari napetosti na J1-J4, ki nihajo med 0V in 10-11V, lahko LC plošče spajkate na J1-J4. Spajkanje ali merjenje izvajate le, ko je baterija odklopljena.

Ko je vse skupaj z električnega vidika sestavljeno, lahko hrbtno stran tiskanega vezja prekrijete z izolacijskim trakom in povežete tiskano vezje z okvirjem očal tako, da okoli njega pritrdite trak. Skrijte žice, ki povezujejo LC plošče s tiskanim vezjem na mestu, kjer je bil prvotni pokrov baterije.

5. korak: Pregled oblikovanja

Z vidika uporabnika, visokonapetostna očala za izmenično okluzijo delujejo enako kot očala, opisana v mojem prvem navodilu. SW2, priključen na 15k upor, spremeni frekvenco naprav (2,5Hz, 5,0Hz, 7,5Hz, 10,0Hz, 12,5Hz), SW3, priključen na 22k upor, pa spremeni, kako dolgo je vsako oko zaprto (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Ko nastavite nastavitve, morate počakati približno 10 sekund (10 sekund, da se ne dotaknete nobene tipke), da se shranijo v EEPROM in naložijo po izklopu pri naslednjem zagonu naprave. S hkratnim pritiskom obeh gumbov nastavite privzete vrednosti.

Vendar sem kot vhod uporabil samo pin PB5 (RESET, ADC0) ATtiny. Uporabljam ADC za branje napetosti na izhodu delilnika napetosti iz R1-R3. To napetost lahko spremenim s pritiskom na SW2 in SW3. Napetost ni nikoli dovolj nizka, da sproži RESET.

Diode D1-D4 in kondenzatorji C3-C6 tvorijo 3-stopenjsko Dicksonovo polnilno črpalko. Polnilno črpalko poganjata zatiča PK1 (OC0A) in PB1 (OC0B) mikrokrmilnika. Izhoda OC0A in OC0B ustvarita dve kvadratni valovni frekvenci 4687,5 Hz, ki sta fazno premaknjeni za 180 stopinj (ko je OC0A VISOKA, je OC0B NIZKA in obratno). Spreminjanje napetosti na zatičih mikrokrmilnika potisne napetosti na ploščah kondenzatorja C3-C5 navzgor in navzdol za +napetost BATT. Diode omogočajo polnjenje iz kondenzatorja, katerega zgornja plošča (tista, ki je povezana z diodami) ima višjo napetost do tiste, katere zgornja plošča ima nižjo napetost. Seveda diode delujejo samo v eno smer, zato naboj teče samo v eno smer, zato se vsak naslednji kondenzator v zaporedju napolni na napetost, ki je višja kot v prejšnjem kondenzatorju. Uporabil sem Schottkyjeve diode, saj imajo nizek padec napetosti naprej. Množenje napetosti brez obremenitve je 3,93. S praktičnega vidika je samo obremenitev polnilne črpalke 100k uporov (tok teče skozi 1 ali 2 od njih hkrati). Pod to obremenitvijo je izhodna napetost na polnilni črpalki 3,93*(+BATT) minus okoli 1 V, učinkovitost polnilnih črpalk pa je približno 75%. D4 in C6 ne povečata napetosti, le zmanjšata valovanje napetosti.

Tranzistorji Q1, Q4, Q7 in 100k upori pretvorijo nizko napetost iz izhodov mikrokrmilnika v napetost iz izhoda polnilne črpalke. Za pogon LC plošč sem uporabil MOSFET -e, ker tok teče skozi njihova vrata le, ko se spremeni napetost vrat. Upori 27 ohmov ščitijo tranzistorje pred velikimi prenapetostnimi tokovi.

Naprava porabi približno 1,5 mA.