Ultraäänipatukat: 14 vaihetta (kuvilla)

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-23 14:44

Toivoisitko lepakko? Haluatko kokea Echolocationin? Haluatko yrittää "nähdä" korvillasi? Ensimmäisessä Instructable -ohjelmassani näytän sinulle, kuinka rakentaa omat ultraäänipatukat käyttämällä Arduino -mikrokontrollerikloonia, Devantech -ultraäänianturia ja hitsauslaseja noin 60 dollarilla tai vähemmän, jos sinulla on jo vakioelektroniikkakomponentteja. Voit myös ohittaa elektroniikan ja tehdä yksinkertaisen bat-naamion, joka on täydellinen käytettäväksi seuraavaan Batman-elokuvaan. Tässä tapauksessa kustannukset olisivat vain noin 15 dollaria. Näiden suojalasien avulla voit kokea, millaista on käyttää äänimerkkejä, kuten lepakko, ja se on tarkoitettu tiedekeskusympäristössä oleville lapsille oppiakseen kaikupaikannusta. Tavoitteena oli pitää kustannukset mahdollisimman alhaisina, välttää vuorovaikutuksen muodon olevan yleinen tai liittymätön sen opetustarkoitukseen ja varmistaa, että laitteen fyysinen muoto ilmentää aihetta. Katso perusteellisempi keskustelu sen suunnittelusta projektin verkkosivulta. Jotta kustannukset ja koko pysyisivät pieninä, käytetään kuitenkin Arduino-kloonia, mutta tämä projekti toimii yhtä hyvin esivalmistettujen Arduino-mikrokontrollerien kanssa. Nämä suojalasit on rakennettu " Dynaaminen käyttäjäkeskeinen tutkimus ja suunnittelu "-kurssi Arizonan osavaltion yliopiston taiteen, median ja tekniikan ohjelmassa.

Vaihe 1: Tarvittavat materiaalit

-Arduino tai vastaava mikrokontrolleri* (jos sinulla on rahaa, voit ostaa Arduino mini/nano -laitteen tai käyttää boarduinoa, muuten näytän sinulle, kuinka tehdä pieni ja halpa Arduino-klooni tähän projektiin.)-Hitsauslasit (Omat ovat "Neiko" -merkki ja ne löytyvät helposti eBaysta "käännettävät hitsauslasit" 3-10 dollarilla toimitettuna, tämä erityistyyppi toimii todella hyvin) -Devantech SRF05-ultraääni-anturi (tai muu vastaava anturi-SRF05: llä on kuitenkin erittäin hyvä pieni virrankulutus 4 mA ja suuri resoluutio 3 cm-4 metri, se on noin 30 dollaria)-jotakin korvien tekemistä (käytin muovikartioita, katso myös: "Kuinka rakentaa parempi lepakkoasu")-jonkinlainen kotelo elektroniikalle-3/8 "halkaistu sauma joustava musta kierreputki (liitäntäjohtojen piilottamiseksi)-pietsosummeri, joka voi toimia 5v-9v: n valikoiduilla johdoilla-suulakepuristin (musta) mikrokontrolleri (nämä komponentit voidaan ohittaa jos käytät esivalmistettua ohjainta)- Arduino-ohjelmoitu Atmega8- tai 168 DIP-siru.- vara-Arduin o-kortti tai ArduinoMini USB-ohjelmoija- Pieni PC-kortti (saatavana Radioshackista)- 9 V: n akkuliitin (saatavana Radioshackista)- 7805 5 V: n jännitesäädin- 16 MHz: n kide (saatavana @ sparkfun)- kaksi 22 pF: n kondensaattoria (saatavana @ sparkfun)- 10 microF elektrolyyttikondensaattori- 1 mikroF-elektrolyyttikondensaattori- 1 k vastus ja 1 LED (valinnainen, mutta erittäin suositeltava)- 2N4401-transistori (valinnainen)- naaras- ja urospäät (valinnainen)- 28-nastainen DIP-liitin tai kaksi 14-nastaista DIP-liitintä (valinnainen)- pieni leipälevy prototyyppien valmistusta varten (valinnainen) Elektroniikkakomponentteja voi hankkia myös osoitteesta www.digikey.com tai www.mouser.com Tarvittavat työkalut ja tarvikkeet-juotosraudan kuuma liimapistooli-Dremel-uutisten paperi-masking tape-sandpaper-wire strippareita jne.

Vaihe 2: Suunnittele joitakin korvia

Voit vapaasti käyttää mielikuvitustasi korvien rakentamiseen. Yksikään bat-suojalasien ei pitäisi olla samanlaisia! Käytin fysioterapiassa käytettäviä muovisia käpyjä, joita meillä sattui olemaan runsaasti laboratoriossa. Mutta tämä opetusohjelma tarjoaa toisen mukavan vaihtoehdon lepakoiden korville. Piirsin ensin ovaalin terävällä terällä ja leikkasin sen Dremelillä. Säästin leikkauskappaleen käytettäväksi korvan sisäpuolelle.

Vaihe 3: Leikkaa korvat

Leikkasin kartion katkaistut palat Dremelillä niin, että ne olivat pienempiä ja liimasin ne kuumien kartiokappaleiden sisäpuolelle. Ne eivät sopineet täsmälleen, mutta kun ne oli pidetty paikoillaan käsin, kuuma liima piti sen paikallaan melko hyvin. Jos jätät itsellesi tarpeeksi tilaa korvien alle, voit helposti upottaa elektroniikan korvan sisälle, yhden korvan ohjaimelle ja toisen akulle. Valitettavasti en jättänyt tarpeeksi tilaa ja jouduin käyttämään ulkoista koteloa. Voit myös helposti sulattaa muovikartioita vahingossa.

Vaihe 4: Valmista suojalasit

Ostamani suojalasit olivat erittäin un-bat-kaltainen kiiltävä vesiväri. Jotta suojalasit olisivat tahmeampia, ota linssit pois (poista ensin nenäkappale), hio ne ja suihkuta Plasti Dip -suihkeella, jotta saat mukavan nahkaisen kumin. Ennen ruiskutusta peitin suojalasin sisäpuolen ja ihoa koskettavat osat maalarinteipillä. En myöskään levittänyt maalia nenäkappaleeseen, koska maali vähentää suojalasimateriaalin joustavuutta hieman ja nenäkappale on tarpeen pitää suojalasit yhdessä. Hiottu muovipöly on haitallista keuhkoillesi ja silmillesi, joten käytä näissä vaiheissa naamaria ja suojalaseja. Suihkutin noin kolme kerrosta noin 10-15 minuutin välein kerrosten saavuttamiseksi. Kosteana maali näyttää kiiltävältä, mutta kuivuu mattapintaiseksi.

Vaihe 5: Kokoa elektroniikka

Nämä vaiheet ovat valinnaisia, jos käytät jo rakennettua Arduino -mikro -ohjainta. Koska käytät kuitenkin vain pientä osaa sen ominaisuuksista, on järkevämpää tehdä paljain versio Arduinosta, joka on paljon pienempi ja halvempi toistaa. Tämä osa saattaa olla hieman vaikea jollekin, jolla ei ole kokemusta elektroniikasta, mutta sen pitäisi olla helppoa kaikille, jotka ovat koonneet yksinkertaisen elektroniikkapakkauksen. Liitteenä on "kaavamainen" luonnos elektroniikkaa varten. Kaavio on pitkälti johdettu David A. Mellisin Atmega8 Standalone -kaaviosta. Jos kiinnostuin, teen tähän vaiheeseen oman ohjeen. Irrotettu virtapiiri on Tom Igoen Physical Computing -kirjasta. Lisäsin kuvan PC -kortin versiosta (jossa anturi/summeri ei ole kytketty) sekä leipälevylle rakennetun prototyyppiversion viitteeksi. Leipälevyversio näyttää myös, kuinka Arduino -kortti liitetään mikro -ohjaimen sirun USB -ohjelmoijaksi. Koska käytin sirulle DIP -liitäntää, voin myös poistaa sirun ja laittaa sen Arduino -levylle sen ohjelmoimiseksi, mutta voi olla hankalaa vetää siru ulos taivuttamatta kaikkia nastoja - siksi sisällytin naisen otsikkotapit tx/rx: lle. Vaikka piirilevy on hyvin ahdas, näet, että kaikissa ohjaimen nastoissa on juotoslevy, johon voi muodostaa yhteyden. Koska ne eivät ole välttämättömiä tähän projektiin, en juottanut naarasotsikoita käyttämättömiin nastoihin, mutta jos ne olisivat, sinulla olisi kaikki Arduino Diecimilian ominaisuudet, paitsi sisäinen USB hyvin pienessä paketissa. Levyn leveys on noin puolet Diecimilia -levystä ja suunnilleen sama pituus. (tässä on samanlainen kokoonpano.) On valinnainen käyttää transistoria summerin virransyöttöön, Arduino voi tuottaa tarpeeksi virtaa itse nastasta. Transistorin avulla voit kuitenkin käyttää muita äänentoistolaitteita kuin summeria, jos sinulla on sellainen.

Vaihe 6: Valmistele summeri- ja anturijohdot

Ultraäänianturi ja summeri tarvitsevat pitkiä johtoja, jotka kulkevat suojalaseista elektroniikkaan. Ultraäänianturi vaatii 4 johtoa (5 V, maadoitus, kaiku, liipaisin) ja summeri vaatii kaksi johtoa (digitaalinen lähtö ohjaimesta, maa). Joissakin suunnitelmissa voit käyttää 5 -johtimista nauhakaapelia, jos sellainen on, ja jakaa maadoitusyhteys summerin ja anturin välillä. Minulla oli vain 4 -johtiminen nauha, joten käytin sitä ultraäänianturiin ja käytin kaksijohtimista kaapelia summeriin. Koska summerissa on kaksi liitintä, juotin rivin naarasliittimiä kahteen johtoon oikealla etäisyydellä, joten voin helposti poistaa pietsosummerin tarvittaessa. Anturissa on joitakin juotosreikiä juotettavaksi, joihin sinun tulee mennä päähän ja käyttää. Varmista, että käytät oikeaa puolta, toisella puolella olevat reiät on tarkoitettu anturin ohjelmointiin, eivätkä ne toimi!

Vaihe 7: Viimeistele johdot

Seuraavaksi juotosliittimen nastat johtojen toiseen päähän. (Nämä muodostavat yhteyden mikro -ohjaimeen.)

Vaihe 8: Lähetä koodi

Jos haluat ladata koodin, liitä PC -kortin 5v-, maadoitus-, TX-, RX -nastat samoihin nastoihin sirulla irrotetulla Arduino -kortilla käyttämällä johtoja. Liitä sitten PC -kortin nollausnasta siihen kohtaan, jossa nasta 13 menisi Arduino -kortin DIP -liitäntään. Jos tämä on hämmentävää, katso kuva, jonka tämä toistaa, paitsi Arduino Mini. Seuraavaksi yksinkertaisesti ohi liitetty koodi Arduino -editorissa (tai kulmien avaaminen ja.pde -tiedoston avaaminen Arduinossa lataamisen jälkeen) ja valitse käytettävä sarjaportti ja Arduino -siru ja paina latauspainiketta. Koodi toimii toistamalla äänimerkkejä ja sitten vaihtelee piippausväliä anturin mittaaman etäisyyden perusteella. Joten jos olet lähellä kohdetta, piippausväli lyhenee ja äänimerkit toistuvat nopeammin. Jos olet kaukana kohteesta, piippausväli pidentyy, joten värinät tapahtuvat hitaammin. Ohjain tarkistaa etäisyyden 60 ms välein, joten piippausväli muuttuu dynaamisesti. Tällä hetkellä se on skaalattu, joten 1 tuuma tekee 10 ms: n eron äänimerkkien välillä. Tämä tekee suojalaseista toimivan paremmin läheisillä etäisyyksillä, mutta niitä voidaan lisätä toimimaan paremmin myös muilla etäisyyksillä. Kokeilin eksponentiaalista skaalausta, joka lisäsi kantamaa lähempänä etäisyyksiä (käyttämällä fscalea, mutta se ei näyttänyt muuttavan vastausta paljon vastineeksi tonnista koodia, joten romutin sen.) Koska etäisyyden lukemiseen kuluva aika riippuu havaittavan kohteen etäisyys (anturi palauttaa jopa 30 ms: n pituisia pulsseja) -selittävä.

Vaihe 9: Laita elektroniikka koteloon

Leikkaa kiertynyt letku niin, että se on sopivan pituinen suojalaseista jonkun käteen tai taskuun. Laita ultraäänianturiin ja pietsosummeriin liitetyt johdot halkaistun sauman kiertoputken sisään. Poraa koteloon reikä, joka sopii kierreputkeen. Tein tämän käyttämällä kokeilu- ja erehdysmenetelmää, joka aloitettiin pienestä koosta ja lisättiin halkaisijaa, kunnes letku sopi juuri oikeaan. Vedä johdot reiän läpi ja purista sitten kierreletku sisään. Johdot ovat hieman pitkiä, joten jouduin taittamaan ne sopimaan. Jotkut tarranauhat pitävät piirilevyn kotelossa.

Vaihe 10: Yhdistä johdot

Nyt voit käyttää urosliittimen nastoja johtojesi päissä ja muodostaa yhteys PC -kortin asianmukaisiin nastoihin (käytä kaaviota!). Jos käytät omaa Arduinoa, käytä vain samoja nastakartoituksia kuin kaaviossa.

Vaihe 11: Sulje kotelo

Tässä kotelossa oli ruuvit pitämään se kiinni, mutta muut kotelot (altoidit tina?) Voisivat vain napsahtaa kiinni. Koska en ollut varma toimiiko se, käytin teippiä pitämään se suljettuna toistaiseksi.

Vaihe 12: Kiinnitä korvat

Korvien kiinnittämiseksi meidän on ensin asetettava kaksi pystysuoraa rakoa dremelin kanssa korviin, jotta hihna kulkee läpi.

Vaihe 13: Korvien kiinnittäminen jatkuu

Kun olin viettänyt hihnat korvien läpi, kiinnitin korvat suojalaseihin tarranauhalla. Tämä päätyi jonkin verran epävakaaseen, mutta erittäin säädettävään, jotta ne osoittaisivat oikeaan suuntaan. Niiden liimaaminen olisi ollut pysyvämpää, mutta tarranauha on selvinnyt useista demoista. Sinun on vedettävä suojalasikehys ulos muovisesta linssikappaleesta hieman ylhäältä, jotta tilaa jää, jolloin anturi sopii oikein sisään. Anturi ponnahtaa joskus ulos, joten pieni liima voi korjata sen lopullisesti. Valitettavasti tämä kiinnitysmenetelmä tekee linssien kääntämisen mahdottomaksi.

Vaihe 14: Koe Echolocation

Liitä akku, laita kotelo taskuun ja tutustu! Mitä lähempänä olet näköyhteytesi kohteissa, sitä nopeammin se piippaa, mitä pidemmälle pääset, sitä hitaammin se piippaa. Älä käytä niitä vaarallisissa ympäristöissä tai liikenteessä! Nämä suojalasit on tarkoitettu vain opetustarkoituksiin ja hallittuihin ympäristöihin, koska niiden tarkoituksena on estää perifeerinen näkösi ja säännöllinen näkösi, joten olet enemmän riippuvainen kuulovihjeistä. En ole vastuussa vammoista, jotka aiheutuvat näiden suojalasien käytöstä! Kiitos! Koska tämä perustuu Arduinoon, voit helposti lisätä Zigbee- tai blueSMIRF -moduulin näiden liitäntöihin tietokoneiden kanssa langattomasti. Tuleva työ saattaa lisätä valitsimen herkkyyden säätämiseen ja päälle/pois -kytkimen lisäämiseen.

Toinen palkinto Instructables- ja RoboGames -robottikilpailussa