Detektor blikania svetla: 3 kroky (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Vždy ma fascinovalo, že nás sprevádza elektronika. Je to proste všade. Keď hovoríme o svetelných zdrojoch (nie o tých prirodzených, ako sú hviezdy), musíme vziať do úvahy niekoľko parametrov: jas, farbu a v prípade, že ide o počítačový displej, o ktorom hovoríme, kvalitu obrazu.

Vizuálne vnímanie svetla alebo jasu elektronického zdroja svetla je možné ovládať rôznymi spôsobmi, keď je najobľúbenejší, prostredníctvom modulácie šírky impulzu (PWM) - Jednoducho zapnite a vypnite zariadenie veľmi rýchlo, aby sa prechodné javy pre ľudské oko zdali „neviditeľné“. Ale ako sa zdá, nie je to príliš dobré pre ľudské oči na dlhodobé používanie.

Keď vezmeme napríklad displej prenosného počítača a znížime jeho jas - môže to vyzerať tmavšie, ale na obrazovke dochádza k mnohým zmenám - blikaniu. (Viac príkladov k tomuto nájdete tu)

Bol som veľmi inšpirovaný myšlienkou tohto videa z YouTube, jeho vysvetlenie a jednoduchosť sú úžasné. Pripojením jednoduchých externých zariadení existuje potenciál vybudovať úplne prenosné zariadenie na detekciu blikania.

Zariadenie, ktoré sa chystáme postaviť, je detektor blikania zdroja svetla, ktorý ako zdroj svetla používa malú solárnu batériu a pozostáva z nasledujúcich blokov:

1. Malý solárny panel
2. Integrovaný zosilňovač zvuku
3. Rečník
4. Jack pre pripojenie slúchadiel, ak by sme chceli testovať s vyššou citlivosťou
5. Nabíjateľná Li-Ion batéria ako zdroj energie
6. USB konektor typu C na nabíjanie
7. LED indikátor napájania

Zásoby

Elektronické komponenty

• Integrovaný zosilňovač zvuku
• 8 ohmový reproduktor
• Li-Ion batéria 3,7 V 850 mAh
• 3,5 mm audio konektor
• Mini pollykryštalická solárna batéria
• TP4056 - Li -Ion nabíjacia doska
• RGB LED (balík TH)

• 2 x 330 ohmové odpory (balenie TH)

Mechanické súčiastky

• Gombík potenciometra
• Kryt s 3D tlačou (môže byť použitý aj voliteľný, off-shelf projektový box)
• Skrutky s priemerom 4 x 5 mm

Nástroje

• Spájkovačka
• Horúca lepiaca pištoľ
• skrutkovač Phillips
• Jednožilový drôt
• 3D tlačiareň (voliteľné)
• Kliešť
• Pinzeta
• Rezačka

Krok 1: Teória prevádzky

Ako už bolo spomenuté v úvode, blikanie spôsobené PWM. Podľa wikipédie dokáže ľudské oko zachytiť až 12 snímok za sekundu. Ak snímková frekvencia prekročí toto číslo, považuje sa to za pohyb pre ľudské videnie. Ak teda dôjde k rýchlej zmene pozorovaného objektu, vidíme jeho priemernú intenzitu namiesto postupnosti oddelených rámcov. V obvodoch na ovládanie jasu je jadro myšlienky PWM: Pretože vidíme iba priemernú intenzitu vyššej snímkovej frekvencie ako 12 snímok za sekundu (opäť podľa wikipédie), môžeme ľahko nastaviť jas (pracovný cyklus) napájania zdroja svetla prostredníctvom meniace sa časové obdobia, keď je svetlo zapnuté alebo vypnuté (Viac o PWM), kde je frekvencia prepínania konštantná a je oveľa väčšia ako 12 Hz.

Tento projekt popisuje zariadenie, ktorého hlasitosť a frekvencia zvuku sú úmerné šumu spôsobenému blikaním spôsobeným PWM.

Mini polykryštalický panel

Hlavným účelom týchto zariadení je transformovať energiu odvodenú zo zdroja svetla na elektrickú energiu, ktorú je možné ľahko zbierať. Jednou z kľúčových vlastností tejto batérie je, že ak svetelný zdroj neposkytuje stabilnú konštantnú intenzitu a mení sa v priebehu času, rovnaké zmeny sa prejavia na výstupnom napätí tohto panelu. To je to, čo budeme zisťovať - zmeny intenzity v priebehu času

Zosilňovač zvuku

Výkon, ktorý je vyrobený zo solárneho panelu, je úmerný úrovni priemernej intenzity (DC) s dodatočnými zmenami intenzity v priebehu času (AC). Máme záujem detekovať iba striedavé napätie a najľahší spôsob, ako to dosiahnuť - pripojte zvukový systém. Zvukový zosilňovač, ktorý bol použitý v tomto návrhu, je PCB s jedným napájaním a kondenzátormi blokujúcimi DC na každej strane, vstupnými aj výstupnými. Takže výstup solárneho panelu je pripojený priamo k zosilňovaču zvuku. Zosilňovač použitý v tomto prevedení už má potenciometer so vstavaným vypínačom ON/OFF, takže je možné úplne ovládať výkon zariadenia a hlasitosť reproduktora.

Správa batérie Li-Ion

K tomuto projektu bol pridaný obvod nabíjačky Li-Ion batérií TP4056, aby bolo zariadenie prenosné a nabíjateľné. Konektor USB-C slúži ako vstup pre nabíjačku a použitá batéria je 850 mAh, 3,7 V, čo je dostatočné na účely, ktoré musíme s týmto zariadením sledovať. Napätie batérie slúži ako hlavný zdroj napájania zvukového zosilňovača, teda celého zariadenia.

Reproduktor ako výstup systému

Reproduktor hrá v zariadení hlavnú úlohu. Vybral som si relatívne malú veľkosť s pevným uchytením k ozvučnici, takže by som počul aj nižšie frekvencie. Ako už bolo spomenuté, frekvenciu a hlasitosť reproduktora je možné definovať nasledovne:

f (reproduktor) = f (striedavý prúd zo solárneho panelu) [Hz]

P (reproduktor) = K*I (intenzita signálu od vrchola k striedavému prúdu zo solárneho panelu) [W]

K - Je objemový koeficient

Audio Jack

3,5 mm jack sa používa v prípade, že chceme pripojiť slúchadlá. V tomto zariadení má konektor konektor na detekciu pripojenia, ktorý sa odpojí od signálneho kolíka, keď je zapojená zvuková zástrčka. Bol navrhnutý tak, aby v danej chvíli poskytoval výstup na jedinú cestu - reproduktor alebo slúchadlá.

RGB LED

Tu dióda LED svieti dvojnásobne - svieti, keď sa zariadenie nabíja alebo je zapnuté.

Krok 2: Príloha - návrh a tlač

3D tlačiareň je skvelý nástroj pre prispôsobené skrinky a puzdrá. Príloha tohto projektu má veľmi základnú štruktúru s niektorými spoločnými vlastnosťami. Rozšírime to krok za krokom:

Príprava a FreeCAD

Kryt bol navrhnutý vo FreeCADe (súbor projektu je k dispozícii na stiahnutie v spodnej časti tohto kroku), kde bolo najskôr vyrobené telo zariadenia a pevný kryt bol skonštruovaný ako samostatná časť vzhľadom na telo. Keď bolo zariadenie navrhnuté, je potrebné ho exportovať ako samostatné telo a kryt.

Mini solárny panel je namontovaný na kryte s pevnou veľkosťou, kde je oblasť výrezu vyhradená pre vodiče. Užívateľské rozhranie je k dispozícii na oboch stranách: výrez USB a LED | Jack | otvory pre potenciometer. Reproduktor má vlastnú vyhradenú oblasť, ktorou je množstvo otvorov v spodnej časti tela. Batéria susedí s reproduktorom, pre každú z častí je miesto, takže pri montáži zariadenia nebudeme musieť byť frustrovaní.

Krájanie a Ultimaker Cura

Keďže máme súbory STL, môžeme pristúpiť k procesu prevodu G-kódu. Robí to veľa spôsobov, ponechám tu hlavné parametre pre tlač:

• Softvér: Ultimaker Cura 4.4
• Výška vrstvy: 0,18 mm
• Hrúbka steny: 1,2 mm
• Počet horných/dolných vrstiev: 3
• Výplň: 20%
• Tryska: 0,4 mm, 215*C
• Posteľ: sklo, 60*C
• Podpora: Áno, 15%

Krok 3: Spájkovanie a montáž

Spájkovanie

Kým je 3D tlačiareň zaneprázdnená tlačou nášho krytu, pokryme proces spájkovania. Ako vidíte na schémach, je to zjednodušené na úplné minimum - to je dôvod, prečo sú všetky diely, ktoré sa chystáme pripojiť všetky, dostupné ako nezávislé integrované bloky. Poradie je nasledujúce:

1. Spájkovanie pólov Li-Ion batérie k pinom BAT+ a BAT TP4056
2. Spájkovanie VO+ a VO- TP4056 na svorky VCC a GND zosilňovača zvuku
3. Spájkovacia svorka „+“malého solárneho panelu na VIN (L alebo R) zosilňovača zvuku a „-“na uzemnenie zvukového zosilňovača
4. Pripojenie dvojfarebnej alebo RGB LED k dvom odporom 220R so správnou izoláciou
5. Spájkovanie prvej LED anódy na spínaciu svorku zosilňovača zvuku (Pripojenie je potrebné vykonať na svorke spínača). Dôrazne sa odporúča skontrolovať, ktorý terminál spínača na spodnej strane dosky plošných spojov je pripojený k VCC - ten, ktorý nie je, je našou možnosťou
6. Druhá anóda LED by mala byť spájkovaná s anódou dvoch SMD LED diód - majú spoločné anódové pripojenie
7. Spájkovanie LED katód na ZEMNÝ zosilňovač zvuku
8. Spájkujte konektory reproduktorov s výstupom zosilňovača zvuku (uistite sa, že ste vybrali rovnaký kanál na vstupe, VĽAVO alebo VPRAVO)
9. Aby bol reproduktor vypnutý, spájkujte 3,5 mm stereofónne konektory, ktoré zabraňujú toku prúdu cez reproduktor.
10. Aby slúchadlá vydávali zvuk na oboch stranách - L a R, skráťte svorky popísané v predchádzajúcom kroku.

zhromaždenie

Po vytlačení krytu sa odporúča zostaviť časť po diele s ohľadom na výšku dielu:

1. Vytvorenie rámu z horúceho lepidla podľa vnútorného krytu obvodu a umiestnenie solárneho panelu
2. Upevnenie potenciometra s maticou a podložkou na opačnej strane
3. Lepenie reproduktora horúcim lepidlom
4. Lepenie batérie horúcim lepidlom
5. Lepenie 3,5 mm konektora horúcim lepidlom
6. Lepenie batérie… horúcim lepidlom
7. Lepenie TP4056 s USB smerujúce mimo vyhradenú oblasť výrezu horúcim lepidlom
8. Nasadenie gombíka na potenciometer
9. Upevňovací kryt a telo pomocou štyroch skrutiek

Testovanie

Naše zariadenie je pripravené a pripravené na použitie! Na správnu kontrolu zariadenia je potrebné nájsť svetelný zdroj, ktorý môže poskytovať alternatívnu intenzitu. Odporúčam používať IR diaľkové ovládanie, pretože poskytuje striedavú intenzitu, ktorej frekvencia leží v oblasti šírky pásma ľudského sluchu [20Hz: 20KHz].

Nezabudnite otestovať všetky svoje svetelné zdroje doma.

Vďaka za prečítanie!:)