Valon välkkymisen ilmaisin: 3 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Minua on aina kiehtonut se, että elektroniikka seuraa meitä. Se on vain kaikkialla. Kun puhumme valonlähteistä (ei luonnollisista, kuten tähdistä), meidän on otettava huomioon useita parametreja: kirkkaus, väri ja, jos kyseessä on PC -näyttö, josta puhumme, kuvanlaatu.

Visuaalista valon havaitsemista tai elektronisen valonlähteen kirkkautta voidaan ohjata eri tavoilla, kun suosituin on pulssileveysmodulaation (PWM) avulla - Kytke laite päälle ja pois päältä erittäin nopeasti, jotta ohimenevät tuntuvat "näkymättömiltä" ihmissilmälle. Mutta kuten näyttää, se ei ole liian hyvä ihmissilmälle pitkäaikaiseen käyttöön.

Kun otamme esimerkiksi kannettavan tietokoneen näytön ja vähennämme sen kirkkautta - se saattaa näyttää tummemmalta, mutta ruudulla tapahtuu paljon muutoksia - välkkyy. (Lisää esimerkkejä tästä löytyy täältä)

Innostuin suuresti tämän YouTube -videon ideasta, sen selitys ja yksinkertaisuus ovat aivan mahtavia. Liittämällä yksinkertaisia valmiita laitteita on mahdollista rakentaa täysin kannettava välkkymisen tunnistuslaite.

Laitteemme, jonka aiomme rakentaa, on valonlähteen välkkyvä ilmaisin, joka käyttää pientä aurinkoakkua valonlähteenä, ja se koostuu seuraavista lohkoista:

1. Pieni aurinkopaneeli
2. Integroitu äänivahvistin
3. Kaiutin
4. Kuulokeliitäntä, jos haluamme testata suuremmalla herkkyydellä
5. Ladattava litiumioniakku virtalähteenä
6. C-tyypin USB-liitin latausta varten
7. Virran merkkivalo

Tarvikkeet

Elektroniset komponentit

• Integroitu äänitehovahvistin
• 8 ohmin kaiutin
• 3,7 V 850 mAh litiumioniakku
• 3,5 mm: n ääniliitäntä
• Mini monikiteinen aurinkoakku
• TP4056 - Li -Ion -latauskortti
• RGB LED (TH -paketti)

• 2 x 330 ohmin vastukset (TH -paketti)

Mekaaniset komponentit

• Potentiometrin nuppi
• 3D-painettu kotelo (voidaan käyttää valinnaista hyllyprojektikoteloa)
• 4 x 5 mm ruuvit

Välineet

• Juotin
• Kuuma liimapistooli
• Ristipääruuvimeisseli
• Yksijohtiminen lanka
• 3D -tulostin (valinnainen)
• Pihdit
• Pinsetit
• Leikkuri

Vaihe 1: Toimintateoria

Kuten johdannossa mainittiin, PWM: n aiheuttama välkkyminen. Wikipedian mukaan ihmisen silmä voi ottaa jopa 12 kuvaa sekunnissa. Jos kuvataajuus ylittää tämän luvun, sitä pidetään ihmisen näkökyvyn liikkeenä. Näin ollen, jos havaittava kohde muuttuu nopeasti, näemme sen keskimääräisen intensiteetin erillisten kehysten järjestyksen sijaan. PWM -idean ydin on kirkkauden säätöpiireissä: Koska voimme nähdä vain keskimääräisen voimakkuuden, joka on suurempi kuin 12 kuvaa sekunnissa (jälleen wikipedian mukaan), voimme helposti säätää valonlähteen kirkkautta (käyttöjaksoa) vaihtuvat ajanjaksot, kun valo on päällä tai pois päältä (Lisää PWM: stä), jolloin kytkentätaajuus on vakio ja paljon suurempi kuin 12 Hz.

Tämä projekti kuvaa laitetta, jonka äänenvoimakkuus ja taajuus ovat verrannollisia PWM: n aiheuttamaan välkkyvään meluun.

Mini monikiteinen paneeli

Näiden laitteiden päätarkoitus on muuttaa valonlähteestä saatava sähkö sähkötehoksi, joka voidaan helposti kerätä. Yksi tämän akun tärkeimmistä ominaisuuksista on se, että jos valonlähde ei tarjoa vakaata vakiointensiteettiä ja muuttuu ajan myötä, samat muutokset tapahtuvat tämän paneelin lähtöjännitteessä. Joten, sen aiomme havaita - voimakkuuden muutokset ajan mittaan

Äänenvahvistin

Aurinkopaneelista tuotettu teho on verrannollinen keskimääräiseen intensiteettitasoon (DC) ja voimakkuuden muutoksiin ajan mittaan (AC). Olemme kiinnostuneita havaitsemaan vain vaihtojännitteen ja helpoin tapa saavuttaa se - liitä äänijärjestelmä. Tässä mallissa käytetty äänivahvistin on yhden syöttöpiirin piirilevy, jossa on DC-estokondensaattorit kummallakin puolella, sekä tulo että lähtö. Aurinkopaneelilähtö on siis kytketty suoraan äänivahvistimeen. Tässä suunnittelussa käytetyssä vahvistimessa on jo potentiometri, jossa on sisäänrakennettu ON/OFF-kytkin, joten laitteen tehoa ja kaiuttimen äänenvoimakkuutta voidaan hallita täydellisesti.

Litiumioniakkujen hallinta

TP4056-litiumioniakkulaturipiiri lisättiin tähän projektiin, jotta laite olisi kannettava ja ladattava. USB-C-liitin toimii laturin tulona, ja käytetty akku on 850 mAh, 3,7 V, joka riittää tarkoituksiin, joita meidän on jatkettava tällä laitteella. Akun jännite toimii päävahvistimena äänivahvistimelle, siis koko laitteelle.

Kaiutin järjestelmän ulostulona

Kaiuttimella on päärooli laitteessa. Valitsin suhteellisen pienikokoisen, kiinteän kiinnityksen koteloon, joten kuulisin myös matalammat taajuudet. Kuten edellä mainittiin, kaiuttimien taajuus ja äänenvoimakkuus voidaan määritellä seuraavasti:

f (Kaiutin) = f (AC aurinkopaneelista) [Hz]

P (kaiutin) = K*I (aurinkopaneelin AC-signaalin voimakkuus huippusta huippuun) [W]

K - Onko tilavuuskerroin

Ääniliitäntä

3,5 mm: n liitintä käytetään siinä tapauksessa, että haluamme liittää kuulokkeet. Tässä laitteessa liittimessä on liitännän tunnistusnasta, joka on irrotettu signaalitapista, kun äänipistoke on kytketty. Se on suunniteltu siten tuottamaan ulostulo yhdelle polulle kerrallaan - kaiutin TAI kuulokkeet.

RGB -LED

Tässä LED on kaksinkertainen - se syttyy, kun laitetta ladataan tai laitteeseen kytketään virta.

Vaihe 2: Kotelo - Suunnittelu ja tulostus

3D -tulostin on loistava työkalu räätälöityihin koteloihin ja koteloihin. Tämän projektin kotelolla on hyvin perusrakenne ja joitakin yhteisiä piirteitä. Laajennetaan sitä vaihe vaiheelta:

Valmistelu ja FreeCAD

Kotelo on suunniteltu FreeCADissa (projektitiedosto on ladattavissa tämän vaiheen alareunasta), jossa laitteen runko rakennettiin ensin ja kiinteä kansi rakennettiin erilliseksi osaksi runkoon nähden. Kun laite on suunniteltu, se on vietävä erillisenä rungona ja kannena.

Mini aurinkopaneeli on asennettu kannelle, jossa on kiinteä kokoinen alue, jossa katkaisualue on omistettu johtimille. Käyttöliittymä molemmilla puolilla: USB -katkaisu ja LED | Liitin | Potentiometrin reiät Kaiuttimella on oma alue, joka sisältää useita reikiä rungon pohjassa. Akku on kaiuttimen vieressä, jokaiselle osalle on paikka, joten meidän ei tarvitse turhautua laitteen kokoamisen aikana.

Viipalointi ja Ultimaker Cura

Koska meillä on STL-tiedostoja, voimme jatkaa G-koodin muuntamisprosessiin. Tähän on monia menetelmiä, jätän vain tulostamisen tärkeimmät parametrit tähän:

• Ohjelmisto: Ultimaker Cura 4.4
• Kerroksen korkeus: 0,18 mm
• Seinämän paksuus: 1,2 mm
• Ylä-/alakerrosten lukumäärä: 3
• Täyte: 20%
• Suutin: 0,4 mm, 215*C
• Sänky: lasi, 60*C.
• Tuki: Kyllä, 15%

Vaihe 3: Juotos ja kokoaminen

Juotos

Kun 3D -tulostin tulostaa koteloa, kattakaamme juotosprosessin. Kuten kaavioista näkyy, se on yksinkertaistettu minimiin - tästä syystä kaikki osat, jotka aiomme liittää kokonaan, ovat saatavana itsenäisinä integroiduina lohkoina. No, järjestys on seuraava:

1. Li-Ion-akun napojen juottaminen TP4056 BAT +- ja BAT-nastoihin
2. TP4056: n juottaminen VO+ ja VO- audiovahvistimen VCC- ja GND-liittimiin
3. Pienen aurinkopaneelin "+" -liitin äänivahvistimen VIN-numeroon (joko L tai R) ja "-" äänivahvistimen maahan
4. Kaksivärisen tai RGB-LEDin kiinnittäminen kahteen 220R-vastukseen, joissa on asianmukainen eristys
5. Juotetaan ensimmäinen LED -anodi äänivahvistimen kytkentäliittimeen (Liitäntä on tehtävä kytkimen liittimeen). On erittäin suositeltavaa tarkistaa, mikä piirilevyn alapuolella olevan kytkimen terminaali on kytketty VCC: hen - vaihtoehto, joka ei ole, on vaihtoehto
6. Toinen LED -anodi on juotettava kahden SMD -LEDin anodiin - niillä on yhteinen anodiliitäntä
7. LED -katodien juottaminen äänivahvistimen maahan
8. Juotoskaiutinliittimet äänivahvistimen lähtöön (Varmista, että olet valinnut saman kanavan tulossa, VASEN tai OIKEA)
9. Jos haluat pakottaa kaiuttimen pois päältä, juota 3,5 mm: n stereoliittimet, jotka estävät virran virtaamisen kaiuttimen läpi.
10. Jotta kuulokkeet tuottavat ääntä kummaltakin puolelta - L ja R, oikosulje edellisessä vaiheessa kuvatut liittimet yhdessä.

Kokoonpano

Kun kotelo on tulostettu, on suositeltavaa koota osa kerrallaan osien korkeuden mukaan:

1. Kehyksen tekeminen kuumaliimasta kannen sisäreunan mukaan ja aurinkopaneelin sijoittaminen sinne
2. Potentiometrin kiinnitys mutterilla ja aluslevyllä vastakkaisella puolella
3. Liimattava kaiutin kuumaliimalla
4. Akun liimaaminen kuumaliimalla
5. Liimaa 3,5 mm: n liitin kuumaliimalla
6. Liimaa akku… kuumaliimalla
7. Liimaus TP4056, jossa USB -liitin osoittaa sille tarkoitetun katkaisualueen ulkopuolelle kuumaliimalla
8. Nupin asettaminen potentiometriin
9. Kansi ja runko kiinnitetään neljällä ruuvilla

Testaus

Laitteemme on asetettu ja käyttövalmis! Jotta laite voidaan tarkistaa oikein, on löydettävä valonlähde, joka voi tarjota vaihtoehtoista voimakkuutta. Suosittelen infrapunakaukosäätimen käyttöä, koska se tarjoaa vuorottelevaa voimakkuutta, jonka taajuus on ihmisen kuulon kaistanleveysalueella [20Hz: 20KHz].

Älä unohda testata kaikkia valonlähteitä kotona.

Kiitos lukemisesta!:)