Näkövammaisten perifeerinen tutka: 14 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Kauhean onnettomuuden seurauksena ystäväni menetti äskettäin näön oikeasta silmästään. Hän oli poissa töistä pitkään ja palatessaan hän kertoi minulle, että yksi ahdistavimmista asioista, joita hänen on käsiteltävä, on puute tietää, mikä on hänen oikealla puolellaan. Vähemmän perifeerinen näkö tarkoittaa törmäämistä asioihin ja ihmisiin. Tämä vaivasi minua. Päätin, että jotain pitää tehdä.

Halusin rakentaa laitteen, joka mittaa etäisyyden ystäväni oikealla puolella oleviin esineisiin. Suunnitelmani on käyttää haptimoottoria väristämään laitetta kääntäen verrannollisesti etäisyyteen esineeseen. Sitten jos esineet olivat kaukana, moottori ei värähtele ja koska esine oli lähempänä, se alkoi väristä matalalla tasolla. Jos kohde oli lähellä, se värähtelee paljon korkeammalla tasolla (tai millä tahansa tasolla, jonka haluat). Laitteen on oltava riittävän pieni, jotta se voi ripustaa lasien sivulle anturin osoittamalla oikealle. Ystäväni laittoi laitteen lasiensa oikealle puolelle, mutta tietysti jollekin muulle se voi olla vasen puoli.

Muistin, että minulla oli kotona akustisia etäisyysantureita. Mutta ne ovat hieman suuria ja tilaa vieviä, vähemmän tarkkoja ja todennäköisesti liian raskaita käytettäväksi laseissa. Aloin etsiä jotain muuta.

Löysin ST Electronics VL53L0X -aika-anturin. Tämä on infrapunalaser ja infrapunailmaisin yhdessä paketissa. Se lähettää laservalopulssin ihmisen näkyvän alueen (940 nm) ulkopuolella ja tallentaa heijastuneen pulssin havaitsemiseen kuluneen ajan. Se jakaa tämän ajan 2: lla ja kertoo valon nopeudella, mikä tuottaa erittäin tarkan etäisyyden millimetreinä. Anturi voi havaita 2 metrin etäisyyden, mutta kuten olen nähnyt, 1 metri on optimaalisempi.

Kuten tapahtuu, Adafruitissa on VL53L0X -katkaisulauta. Joten tarvitsin tärinämoottorin, joka heillä oli myös, ja mikro -ohjaimen, joka ajaa kaiken. Minulla sattui olemaan käsillä PJRC Teensy 3.2. Vaikka se oli suurempi kuin halusin, se pystyi kellottamaan hitaasti. Halusin pienentää kellotaajuutta virran säästämiseksi. Ja mitä tulee virtalähteeseen, roska -asussani oli Sparkfun -tehostussäädin ja AAA -paristopidike. Minulla oli melkein kaikki mitä tarvitsin.

Vaihe 1: Ensimmäinen prototyyppi

Otin käsillä olevat osat ja tein käsikäyttöisen prototyypin kuvittelemastani laitteesta. 3D -tulostin kahvan ja asennuslevyn ja juotin kaiken elektroniikan Adafruit -esilevyyn. Yhdistin tärinämoottorin Teensyyn 2N3904 NPN -transistorin kautta. Lisäsin potentiometrin, jota käytetään asettamaan suurin etäisyys, johon laite reagoi.

Minulla oli se käynnissä ensi viikonloppuna (katso yllä oleva kuva). Se ei ollut kaunis, mutta se osoitti periaatteen. Ystäväni voisi pitää laitetta oikealla puolellaan ja testata, olisiko laite hyödyllinen, ja auttaa tarkentamaan ominaisuuksia, joita hän halusi.

Vaihe 2: Prototyyppi #2

Ensimmäisen kädessä pidettävän prototyypin jälkeen aloin tehdä pienemmän version. Halusin päästä lähemmäksi tavoitettani tehdä jotain, joka mahtuu lasille. Kädessä pidetyssä versiossa käyttämäni Teensy salli minun hidastaa kelloa virran säästämiseksi. Mutta koosta tuli tekijä, joten vaihdoin Adafruit Trinket M0: een. Vaikka sen kellotaajuus on 48 MHz, ARM -prosessori, johon se perustuu, voidaan kellottaa hitaammin. Käyttämällä sisäistä RC -oskillaattoria se voi toimia taajuudella 8, 4 2 ja jopa 1 MHz.

Prototyyppi 2 tuli yhteen melko nopeasti, koska minulla oli kaikki yhdessä ensi viikonloppuna. Piiri oli sama kuin prototyyppi #1 paitsi ARM M0. 3D -tulostin pienen kotelon ja laitoin ohjaimet taakse, jotta se voitaisiin liukua lasien päälle. Katso yllä oleva kuva. Aluksi se kellotetaan 48 MHz: n taajuudella.

Vaihe 3: Prototyyppi #3

Joten tämä Instructable todella alkaa tästä. Päätin tehdä viimeisen prototyypin. Päätän puristaa sen niin pieneksi kuin pystyisin käyttämään mukautettua PWB: tä (johon olen varma, että olemme menossa). Loput tästä ohjeesta näyttävät, kuinka voit tehdä sellaisen. Aivan kuten ihmiset, jotka tekevät 3D -tulostettuja käsiä vammaisille lapsille, toivon, että ihmiset tekevät niitä kaikille, joilla on samanlainen näön menetys silmässä.

Pidin osaluettelon samanlaisena kuin prototyyppi 2, mutta päätin poistaa potentiometrin. Keskusteltuani ystäväni kanssa päätimme tehdä maksimietäisyyden ohjelmiston avulla. Koska minulla on mahdollisuus käyttää kosketusanturia Teensyn avulla, voimme aina asettaa maksimietäisyyden asetukseksi koskettamalla. Yksi kosketus asettaa lyhyen matkan tai enemmän koskettaa pidemmän matkan, toinen koskettaa pisintä etäisyyttä ja sitten yhdellä kosketuksella kääri takaisin alkuun. Mutta aluksi käytämme kiinteää etäisyyttä matkaan.

Vaihe 4: Osat

Tätä prototyyppiä varten tarvitsin pienemmän levyn. Käytin Sparkfun-protoboardia (PRT-12702), koska sen pienet mitat (noin 1,8 "X 1,3") olisivat sopivan kokoisia ampumaan.

Minun oli myös käytettävä jotain muuta kuin AAA -paristoa virtalähteenä. LiPo näytti oikealta valinnalta, koska sillä olisi tallennuskapasiteettia ja kevyttä painoa. Kokeilin nappiparistoa, mutta siinä ei ollut tarpeeksi voimaa käsitellä moottoria kovin pitkään. Valitsin pienen LiPon, jonka kapasiteetti on 150 mAH.

Aioin jäädä Trinket M0: n ja tietysti VL53L0X -katkaisulaudan luo.

Nyt kun olemme yksityiskohdissa, tässä on luettelo tämän prototyypin osista:

Adafruit VL53L0X Lentoajan etäisyysanturi - TUOTETUNNUS: 3317 Adafruit - Värisevä minimoottorilevy - TUOTETUNNUS: 1201 Adafruit - Litiumionipolymeeriakku - 3.7v 150mAh - TUOTETUNNUS: 1317 SparkFun - Juotoskykyinen leipälauta - Mini - PRT -12702 Sparkfun - JST -kulmaliitin - 2 -nastainen läpivientireikä - PRT -09749 10 K ohmin vastus - Junkbox (katso lattiallasi) 2N3904 NPN -transistori - Junkbox (tai soita ystävällesi) Jotkut kytkentäjohdot (käytin 22 -mittaista)

LiPo -akun lataamiseksi kaivoin myös:

Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly -laturi - v1 - TUOTENUMERO: 1304

Vaihe 5: Kaavio

Tämän laitteen kaavio on esitetty yllä. Kosketustulo on tulevaa versiota varten, mutta se näkyy joka tapauksessa kaaviossa. Myös 10K -vastus Trinket M0: n ja 2N3904: n jalustan välillä tarjoaa juuri tarpeeksi pohjaa moottorin käynnistämiseksi ilman, että se lyö liian kovaa.

Seuraavassa on vaiheittainen kokoonpanon kuvaus.

Vaihe 6: Protoboard

Monet teistä, jotka ovat kokeneita, tietävät tämän, mutta tämä on tarkoitettu niille, jotka saattavat olla uusia juotoslevyjä:

Edellä esitetyssä Sparkfun-protoboardissa (PRT-12702) on 17 saraketta (ryhmää), joissa on 5 nastaa kummallakin puolella kolmen kymmenesosan tuumaa. Jokainen pystysuora sarake, jossa on 5 nastaa raon kummallakin puolella, ovat yhteisiä toisilleen. Tällä tarkoitan, että mikä tahansa yhteys ryhmän nastaan on yhteys jokaiseen muuhun ryhmän nastaan. Tämä kortti ei näytä itsestään selvältä, mutta voit tarkistaa tämän, jos käytät DVM: ää (Digital Volt Meter). Jos katsot taaksepäin, voit vain havaita ryhmien yhdistävät jäljet.

Vaihe 7: Komponenttien sijoittaminen

Sinun on todennäköisesti juotettava nastanauhat sekä Trinket M0- että VL53L0X -laitteisiin. Molemmissa on nauhat, mutta ne on juotettava. Adafruutin opetuskeskuksessa on ohjeet molemmille osille. Jos olet uusi tässä, mene sinne (täältä ja täältä) ennen juovien nauhoittamista levyille. Nastanauhat tarjoavat matalamman profiilin kuin hylsy.

Ensimmäinen asia, joka on otettava huomioon, kun juotetaan jotain protoboardille, jossa on vähän tilaa, on komponenttien sijoittaminen. Laitoin Trinketin ja VL53L0X: n yllä olevan kuvan mukaisiin paikkoihin. Trinketissä on tapit levyn molemmissa reunoissa, mutta VL53L0X: ssä on 7 nastaa kaikki levyn toisella reunalla. VL53L0X: n puoli, jossa ei ole nastoja, käytämme joidenkin komponenttien liittämiseen… kuten näemme.

Juotin myös liukukytkimen asentoon ja juotin 2N3904. Olen tummentanut reikiä, joihin nämä osat on sijoitettu, ja 2N3904: lle olen huomannut, mitkä nastat ovat keräilijä, pohja ja lähetin. Kun juotat sen ensimmäisen kerran, jätä se kohtisuoraan levyyn nähden, jotta voit juottaa muut liitännät. Myöhemmin voit taivuttaa sen (varovasti) niin, että se on lähempänä tasoa.

HUOMAUTUS: JST -akunjako EI juoteta levyyn tällä hetkellä. Se juotetaan levyn takaosaan, mutta vasta sen jälkeen, kun juotamme muut liitoksemme. Se on viimeinen asia, jonka juotamme.

Vaihe 8: Johdot

Yllä olevassa kaaviossa esitetään protoboard jälleen tummennetuilla rei'illä, joihin komponentit sijoitetaan. Olen lisännyt tarroja reunoille, jotta lanka olisi helpompaa. Huomaa, että tärinämoottori on näytetty, mutta se sijaitsee levyn takapuolella ja se on kytketty lähes viimeiseksi, joten toistaiseksi jätä se huomiotta. Näytän myös JST -akun katkaisun katkoviivalla. Kuten edellisessä vaiheessa havaittiin, älä liitä sitä, mutta jätä levyn yläosassa olevat 4 reikää auki (eli älä juota niihin).

Oletan tässä vaiheessa, että tiedät kuinka irrottaa eristys langasta, tinaa päät juotos- ja juotoslevyksi. Jos ei, käy katsomassa yksi juottamisen ohjeista.

Tässä vaiheessa juota johdot keltaisen kuvan mukaisesti. Päätepisteet ovat reikiä, joihin sinun tulee juottaa ne. Sinun pitäisi myös juottaa 10K ohmin vastus levylle esityksen mukaisesti. Liitännät ovat:

1. Liitäntä akun positiivisesta navasta liukukytkimen COMmon (keskellä) -liittimeen. Liukukytkimen toinen puoli koskettaa Bink -tuloa riipukseen. Trinketin sisäinen säädin tuottaa 3,3 V BAT-tulojännitteestä.

2. Liitäntä akun negatiivisesta (maadoitetusta) navasta Trinketin maahan.

3. Liitäntä akun negatiivisesta (maadoitetusta) liittimestä 2N3904: n emitteriin

4. Liitäntä Trinketin 3,3 voltin (3 V) nastasta VL53L0X: n VIN -numeroon. VL53L0X säätää tämän edelleen 2,8 volttiin omaan käyttöönsä. Se myös tuo tämän jännitteen ulos nastaan, mutta emme tarvitse sitä, joten se jätetään kytkemättä.

Vaihe 9: Lisää johtoja

Joten nyt lisäämme seuraavan johtoryhmän, kuten yllä on esitetty. Tässä on luettelo jokaisesta yhteydestä:

1. Liitäntä 2 -merkityn nastan nastasta VL53L0X SCL -tappiin. Tämä on I2C -kellosignaali. Trinket käyttää I2C -sarjaprotokollaa kommunikoidakseen VL53L0X: n kanssa.

2. Liitäntä Trinketin nastasta, joka on merkitty 0: ksi (nolla) VL53L0X SDA -tappiin. Tämä on I2C -datasignaali.

3. Liitäntä VL53L0X GND -tapista protoboardin raon yli 2N3904: n lähettimeen. Tämä antaa maaperän VL53L0X: lle.

4. Liitos 4 -merkityn nastan nastasta 10K -vastukseen. Tämä on tärinämoottorin käyttölaite. Tämä lanka on ehdottomasti juotettava levyn takapuolelle, jos valitset liitäntäpisteeni.

Muista, että kaikki pystysuorat 5 -nastaiset ryhmät ovat yhteisiä toisilleen, joten voit muodostaa yhteyden mihin tahansa tämän ryhmän kätevään paikkaan. Huomaat piirroskuvissani, että muutin muutamia yhteyspisteitäni. Niin kauan kuin ne ovat oikea liitäntä, valitsemasi tyyny on hyvä.

Vaihe 10: Tärinämoottori

Värähtelymoottorin takana on kuorittava tarra. Vedä tämä pois paljastaaksesi tahmean materiaalin, jonka avulla moottori voidaan kiinnittää levyn takaosaan (mutta katso alla oleva kommentti ennen kuin kiinnität sen). Laitoin sen vasemmalle (katsoen levyn takaosaa) JST Battery Breakout -levylle, jota emme ole vielä kiinnittäneet. Jätä siis tilaa JST Battery Breakout -kortille. Halusin myös varmistaa, ettei moottorin metallikotelo oikosulje mitään tappeja protoboard -aukon poikki. Joten leikkasin pienen palan kaksipuolista teippiä ja kiinnitin sen tärinämoottorin tahmean puolen taakse. Sitten työnsin sen levyn takaosaan. Se auttaa pitämään metallikotelon korkealla ja kaukana kaikista nastoista. Mutta silti, ole varovainen asettaessasi sen siten, että se ei oikosulje mitään nastoja.

Juotos tärinämoottorin punainen johto Trinketin 3 V: n napaan. Värähtelymoottorin musta lanka on juotettu 2N3904: n keräimeen. Kun ohjelmisto antaa pulssin 2N3904: lle (tarjoaa logiikan 1 3.3V: ksi), transistori kytkeytyy päälle kytkemällä tärinämoottorin musta johto maahan (tai sen lähelle). Tämä saa moottorin värähtelemään.

Olisin voinut lisätä kapasitanssia tärinämoottorin punaisen langan liitäntäpisteeseen. Mutta Trinketin 3.3V -linjalla on kapasitanssi, joten olen varma, että se on kunnossa, mutta jos haluat lisätä jonkin muun kapasitanssin, voit… niin kauan kuin voit puristaa sen sisään. suoraan LiPo -akun positiiviselle puolelle. Valitsin 3.3V -puolen pitämään jännitteen vakiona. Toistaiseksi se näyttää toimivan hyvin.

Vaihe 11: Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä…

Lopuksi liitämme JST -akun katkaisukortin protoboardin takapuolelle. Juotin nastat levylle ja asetin JST -akun katkaisulaudan yläreuna prototyyppiä vasten, kuten yllä on esitetty. Varmista, että juotit positiivisen akun ja maadoituksen johdot oikeisiin nastoihin, kun asetat tämän osan. Jos olet väärässä, käännät osien napaisuuden ja tuhoat todennäköisesti kaikki. Joten tarkista ja tarkista uudelleen ennen juottamista ja akun kytkemistä.

Vaihe 12: Ohjelmisto

Ohjelmiston asentamiseen ja/tai muokkaamiseen tarvitset Arduino IDE: n ja Trinket M0: n levytiedostot sekä VL53L0X: n kirjastot. Kaikki tämä on täällä, täällä ja täällä.

Noudata Adafruit M0: n käyttöä koskevia ohjeita heidän oppimissivustollaan täällä.

Kun ohjelmisto on ladattu, kortin pitäisi käynnistyä ja toimia USB -sarjayhteydellä. Siirrä levyn sivua VL53L0X: n kanssa lähellä seinää tai kättäsi ja sinun pitäisi tuntea moottorin tärisevän. Värähtelyn amplitudin pitäisi olla sitä pienempi, mitä kauempana esine on laitteesta.

Laitteessa havaittu käyttäytyminen selitetään jonkin verran lähdekoodin kommenteissa. Mutta liitteenä olevan kaavion pitäisi tehdä tämä kohta hyvin. Laitteen ei pitäisi alkaa väristä ennen kuin noin 863 mm: n etäisyydellä kohteesta. Se saavuttaa suurimman tärinätasonsa 50 mm: n päässä kohteesta. Jos siirryt lähemmäksi kohdetta kuin 50 mm, laite ei aiheuta enemmän tärinää kuin 50 mm.

Vaihe 13: Kotelo

Suunnittelin kotelon ja 3D -tulostin sen ABS -muoviin. Voit tulostaa sen PLA- tai ABS -materiaalina tai mistä tahansa haluamastasi materiaalista. Käytän ABS: ää, koska voin tarvittaessa hitsata kappaletta asetonilla levylle. Suunnittelemani levy on yksinkertainen ja siinä on reikä Trinketin USB -portille ja reikä virtakytkimelle. Tein kaksi lautaa napsahtamaan yhteen pienillä käsivarsilla laatikon sivuilla. En pidä siitä kovin paljon, joten todennäköisesti muutan sen. Tietenkin voit tehdä mitä tahansa muutoksia, joita haluat nähdä.

Juuri tätä versiota varten kotelo on avattava, jotta LiPo -akku voidaan irrottaa sen lataamiseksi. Jos luon piirilevyn tälle projektille, lisään toisen liittimen, jotta akku on käytettävissä ilman kotelon avaamista. Voi olla mahdollista tehdä tämä tällä protoboard -rakenteella ja tehdä reikä liittimelle latausta varten. Jos haluat kokeilla tätä, jaa tulokset.

Onnistuin suunnittelemaan laatikon, jota en vihannut kokonaan. Käytämme tätä järjestelmän testaamiseen. Olen liittänyt laatikon ylä- ja alaosan STL -tiedostoina sekä kannattimen/ohjaimen, jonka olen lisännyt alaosaan. Lisäsin pari ohjainta käyttäen asetonia hitsaamaan osat kemiallisesti yhteen. Jos teet tämän, ole varovainen. Kokoonpanon näet yllä.

Vaihe 14: Mitä nyt?

Tarkista minut… Olen vanha ja olen ehkä unohtanut jotain tai sekaisin. Luen ja tarkistan tämän uudelleen, mutta voin silti kaipaa asioita. Kerro rohkeasti mitä tein/tein väärin.

Ja nyt, kun olet rakentanut oheisradarilevyn ja ladannut sen ja LiPo -akku on kauniissa 3D -tulostetussa kotelossa (kun lopetan sen tai jos teit oman), mitä teet seuraavaksi? Mielestäni sinun pitäisi saada kokemusta sen toiminnasta ja tehdä muutoksia ohjelmistoon. Ohjelmiston käyttöoikeussopimuksessa määrätään, että voit käyttää sitä, mutta jos teet muutoksia, sinun on jaettava ne. En sano, että tämän projektin ohjelmisto olisi jollakin tavalla monimutkainen tai hämmästyttävä. Se saavuttaa tavoitteensa, mutta parantamisen varaa on. Auta parantamaan tätä laitetta ja jaa se meille kaikille. Muista, että tämän projektin tarkoitus on auttaa ihmisiä. Joten, apua!