Radarové okuliare: 14 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Minulé leto sme na dovolenke v Maine stretli ďalší pár: Mike a Linda. Linda bola slepá a bola slepá od narodenia (myslím) ich prvého dieťaťa. Boli naozaj milí a veľa sme sa spolu nasmiali. Potom, čo sme prišli domov, som nemohol prestať myslieť na to, aké by to bolo byť slepý. Nevidiaci videli očné psy a palice a som si istý, že im pomôže mnoho ďalších vecí. Ale napriek tomu musí byť veľa výziev. Skúsil som si predstaviť, aké to bude a premýšľal som ako hlupák v oblasti elektroniky, či je niečo, čo by som mohol urobiť.

Asi v 20 rokoch som si jedno leto spálil oči zváračkou (dlhý príbeh … nemé dieťa). Je to niečo, na čo nikdy nezabudnem. Každopádne, deň som mal zalepené oči. Pamätám si, ako sa ma mama snažila prejsť cez ulicu. Stále som sa jej pýtal, či autá zastavili. Povedala niečo ako: „Som tvoja matka … myslíš si, že by som ťa sprevádzal premávkou?“Keď som si spomenul, aký som bol tínedžer, keď som bol teenager, premýšľal som. Ale nevedel som sa dostať z toho, že som nevedel, či ma pri chôdzi niečo trafí do tváre. Bol som veľmi šťastný a uľavilo sa mi, keď sme stiahli náplasti. To je jediná vec, ktorá je blízka „skúsenostiam“, ktoré som v živote zažil, pokiaľ ide o slepotu.

Nedávno som napísal ďalší Inštruktážny dokument o mladom priateľovi v práci, ktorý stratil zrak na pravé oko, a zariadení, ktoré som mu vyrobil, aby mu povedal, či niečo nie je na jeho pravej strane. Ak si to chcete prečítať, je to tu. Toto zariadenie používalo snímač času letu spoločnosti ST Electronics. Asi minútu po dokončení projektu som sa rozhodol, že môžem vyrobiť zariadenie na pomoc nevidomým. Senzor VL53L0X, ktorý som v tomto projekte použil, má snímač veľkého brata/sestry nazývaný VL53L1X. Toto zariadenie môže merať väčšie vzdialenosti ako VL53L0X. Pre VL53L0X od Adafruit bola odlamovacia doska a pre VL53L1X bola odlamovacia doska od Sparkfun. Rozhodol som sa vytvoriť okuliare s VL53L1X vpredu a haptickým zariadením so spätnou väzbou (vibračný motor) za okuliarmi v blízkosti nosa. Vibroval by som motor nepriamo úmerne vzdialenosti od predmetu, t.j. čím bližšie bol predmet k okuliarom, tým viac vibroval.

Tu by som mal poznamenať, že VL53L1X má veľmi úzke zorné pole (programovateľné medzi 15-27 stupňami), čo znamená, že sú VEĽMI smerové. To je dôležité, pretože poskytuje dobré rozlíšenie. Ide o to, že používateľ môže pohybovať hlavou ako radarová anténa. To spolu s úzkym zorným poľom umožňuje užívateľovi lepšie rozoznať objekty na rôznych vzdialenostiach.

Poznámka k senzorom VL53L0X a VL53L1X: sú to senzory doby letu. To znamená, že vysielajú LASER impulz (nízky výkon a v infračervenom spektre sú tak v bezpečí). Senzor určuje, ako dlho trvá, kým sa odrazený impulz vráti. Takže vzdialenosť sa rovná rýchlosti X, ako si to všetci pamätáme z hodín matematiky/prírodných vied, nie? Rozdeľte čas na polovicu a vynásobte rýchlosťou svetla a získate vzdialenosť. Ako však poukázal ďalší člen Instructables, okuliare sa mohli volať okuliare LiDAR, pretože používanie LASERU týmto spôsobom je svetelná vzdialenosť a dosah (LiDAR). Ale ako som povedal, nie každý vie, čo je LiDAR, ale myslím si, že väčšina ľudí pozná RADAR. A hoci infračervené svetlo a rádio sú súčasťou elektromagnetického spektra, svetlo sa nepovažuje za rádiovú vlnu, ako sú mikrovlnné frekvencie. Nechám teda názov RADAR, ale teraz to chápete.

Tento projekt používa v zásade rovnakú schému ako druhý projekt … ako uvidíme. Veľkými otázkami tohto projektu sú, ako montujeme elektroniku na okuliare a aké okuliare používame?

Krok 1: Okuliare

Rozhodol som sa, že by som pravdepodobne mohol navrhnúť jednoduché okuliare a vytlačiť ich pomocou svojej 3D tlačiarne. Tiež som sa rozhodol, že potrebujem len 3D vytlačiť kostru alebo rám okuliarov. Pridal by som dosku s plošnými spojmi na spájkovanie v komponentoch. Doska s plošnými spojmi (protoboard) by bola pripevnená k rámom, čo by celej zostave dodalo silu. 3D vykreslenie rámov je uvedené vyššie.

K tomuto kroku sú tiež pripojené súbory STL. Existujú tri súbory: left.stl, right.stl (slúchadlá/ramená) a okuliare.stl (rámy).

Krok 2: Doska s plošnými spojmi

Použil som celobarevnú dosku Adafruit Perma-Proto. Položil som dosku na chlieb cez prednú časť okuliarov a vycentroval som ich. Horný okraj okuliarov som vyrobil dokonca aj s vrchom protoboardu. Obdĺžniková časť okuliarov, ktorá vystupuje zhora, je miesto, kde bude nakoniec namontovaný snímač času letu. Dobrá časť hornej časti tejto časti rámov vyčnieva nad protoboard. To je v poriadku, pretože nepotrebujeme nič spájkovať na vrch senzora, iba na jeho spodnú časť.

V strede dosky na chlieb je diera, ktorá je takmer presne na vrchole miesta, kde bude v okuliaroch mostík nosa. 4 otvory, ktoré sú v ráme, som označil na protoboard pomocou značky s tenkou špičkou. Potom som vyvŕtal diery do dosky na chlieb.

Ďalej som pomocou skrutiek M2,5 namontoval rámy na dosku na chlieb. Moje sú nylonové a na tento účel som dostal celú sadu skrutiek od spoločnosti Adafruit. Akonáhle boli skrutky pripevnené, vzal som značku a nakreslil som čiaru okolo rámov na dosku. Pre mňa som označil priamo dole zarážky po stranách rámov, kde budú umiestnené náušníky. Toto uprednostňujem … ale možno budete chcieť, aby boli viditeľné ušné časti rámu.

Krok 3: Vystrihnutie

Ďalej som vytiahol 4 skrutky z držania rámov na doske. Robil som hrubý odvoz materiálu mimo čiaru, ktorú sme označili. Dával som si pozor, aby som sa držal trochu ďalej od čiar, pretože to neskôr upresním stolovou brúskou, ktorú mám. Môžete použiť súbor … ale predbiehame sa.

Okolo čiary môžete hrubým rezom použiť akékoľvek prostriedky. Možno pásová píla? No ja nemám. Mám "okusovač" pre dosky plošných spojov, takže som to použil. V skutočnosti to trvalo dosť dlho a je to veľmi náročné. Ale materiál plošných spojov sa môže rozbiť a prasknúť, a tak som chcel ísť pomaly. Zahryzol som si dookola a tiež do oblasti nosa … ale iba zhruba. Na obrázku vyššie vidíte, čo som robil.

Krok 4: Brúsenie alebo brúsenie

Materiál som odstránil oveľa bližšie k línii pomocou stolovej pásovej brúsky. Opäť môžete použiť súbor, ak nemáte nič iné. Tu môžem k brúseniu povedať iba to, že v závislosti od zrnitosti brúsneho materiálu v brúske dbajte na to, koľko materiálu sa pokúsite odstrániť. Nie je cesty späť. Niekedy môže jeden sklz zničiť dosku (alebo aspoň pôsobiť asymetricky alebo poškodene). Urobte si teda čas.

Moje obrázky pred a po môžete vidieť vyššie.

Krok 5: Jemné doladenie

Rámy som znova pripevnil pomocou 4 skrutiek a vrátil som sa k pásovej brúske. Veľmi veľmi opatrne som brúsil až po okraj rámov. Potreboval som použiť okrúhly pilník v oblasti nosa, pretože som v brúske nedokázal urobiť taký ostrý obrat. Pozrite sa na moje konečné výsledky vyššie.

Krok 6: Pridanie senzora

V tomto mieste som pridal oddeľovaciu dosku senzora VL53L1X. Najprv som pridal dve dlhé nylonové skrutky M2,5, ktoré ich tlačili cez otvory v rámoch a cez otvory vo VL53L1X. Na každú skrutku som pridal nylonovú maticu a veľmi jemne ich dotiahol. Na vrch každej matice som pridal dve (celkom štyri) nylonové podložky. Tieto sú potrebné na zaistenie toho, aby snímač VL53L1X ležal rovnobežne s protoboardom.

Na dosku som umiestnil 6 -pólovú svorkovnicu v takej polohe, aby otvory v hornej časti VL53L1X boli zarovnané s dvoma skrutkami, ktoré som vložil do hornej časti rámov (s nylonovými podložkami). Na konce skrutiek som pridal nylonové matice a opäť ich jemne dotiahol. Pozrite sa na obrázky vyššie.

Krok 7: Schéma

Ako som už povedal, schéma je zhruba rovnaká ako schéma pre projekt Periférny radar. Jeden rozdiel je v tom, že som pridal tlačidlo (peňažný kontaktný spínač). Predstavujem si, že v určitom okamihu budeme potrebovať jeden na zmenu režimov alebo implementáciu nejakej funkcie … takže je lepšie mať to teraz, ako pridať neskôr.

Tiež som pridal 10K potenciometer. Hrniec slúži na úpravu vzdialenosti, ktorú softvér bude považovať za maximálnu vzdialenosť, na ktorú má reagovať. Berte to ako ovládanie citlivosti.

Schéma je uvedená vyššie.

Zoznam dielov (ktorý som mal uviesť skôr) je nasledujúci:

SparkFun Snímač vzdialenosti Breakout - 4 metre, VL53L1X - SEN -14722 Adafruit - Vibračný mini motorový disk - ID PRODUKTU: 1201Adafruit - lítium -iónová polymérová batéria - 3,7v 150mAh - ID PRODUKTU: 1317Adafruit Perma -Proto Breadboard plnej veľkosti - jeden - PRODUKT ID: 1606 Hmatové prepínacie tlačidlá (tenké 6 mm) x 20 balení - ID PRODUKTU: 1489 Sparkfun - JST pravouhlý konektor - priechodná diera 2 -kolíkový - odpor PRT -0974910K ohm - junkbox (pozri sa na svoju podlahu) rezistor 10K -100K ohm - Junkbox (pozrite sa na svoju podlahu v blízkosti odporov 10K) 2N3904 NPN tranzistor - Junkbox (alebo telefón priateľovi) Nejaký prepojovací drôt (použil som lanko s priemerom 22)

Na nabitie batérie LiPo som tiež nabral: Adafruit - Micro Lipo - USB nabíjačka LiIon/LiPoly - v1 - ID PRODUKTU: 1304

Krok 8: Umiestnenie komponentov

Snažil som sa byť čo najchytrejší pri umiestňovaní komponentov. Obvykle sa pokúšam zoradiť určité piny, ako je sila a zem … ak môžem. Snažím sa aspoň minimalizovať dĺžky drôtov. Potreboval som si byť istý, že ponechám priestor nad miestom, kde je nosný mostík, pre vibračný motor. Nakoniec som dospel k umiestneniu, ktoré je možné vidieť na obrázku vyššie.

Krok 9: Dôvody

Všetky komponenty som najskôr spájkoval s doskou v polohách, pre ktoré som sa rozhodol. Ďalej som pridal pozemné spojenia. Pohodlne bol jeden z veľkých dlhých pásov na PWB stále odhalený, takže som z neho urobil spoločný uzemňovací pás.

Obrázok vyššie zobrazuje uzemnenie a odpor 10K. Nebudem vám hovoriť, kam umiestniť každý drôt, pretože väčšina ľudí má svoje vlastné nápady, ako veci robiť. Len vám ukážem, čo som urobil.

Krok 10: Drôty

Pridal som zvyšok drôtov, ako je to znázornené na obrázku vyššie. Pod vibračný motor som pridal kus dvojitej lepiacej pásky, aby som zaistil, že drží na svojom mieste. Lepkavý materiál, ktorý už prišiel na spodok motora, mi nepripadal dostatočne pevný.

Na svoje spojenia som použil drôt 22. Ak máte niečo menšie, využite to. Použil som meradlo 22, pretože to je to najmenšie, čo som mal po ruke.

Krok 11: Držiak batérie

3D som vytlačil konzolu na uchytenie batérie LiPo (jej vykreslenie je uvedené vyššie). Na protoboarde som označil a vyvŕtal otvory na pripevnenie držiaka na opačnú stranu okuliarov od komponentov, ako je to znázornené vyššie.

Tu by som mal poznamenať, že konzola je veľmi tenká a tenká a musím ju vytlačiť podporným materiálom (na všetky diely tohto projektu som použil plast ABS). Pri pokuse o odstránenie podporného materiálu môžete konzolu ľahko zlomiť, takže choďte ľahko.

Jedna vec, ktorú robím, aby boli moje časti pevnejšie, je namočiť ich do acetónu. Samozrejme, musíte byť veľmi opatrní. Robím to na dobre vetranom mieste a používam rukavice a ochranu očí. Robím to po odstránení podporného materiálu (samozrejme). Mám nádobu s acetónom a pomocou pinzety úplne ponorím časť do acetónu, možno na sekundu alebo dve. Ihneď ho vyberiem a odložím na sušenie. Diely zvyčajne nechám hodinu alebo viac, kým sa ich dotknem. Acetón ABS „roztaví“chemicky. To má za následok utesnenie vrstiev plastu.

K tomuto kroku je priložený súbor STL pre zátvorku.

Krok 12: Programovanie

Po dvojitej kontrole všetkých mojich pripojení som pripojil kábel USB, aby som naprogramoval Trinket M0.

Na inštaláciu a/alebo úpravu softvéru (priložený k tomuto kroku) budete potrebovať súbory Arduino IDE a dosky pre Trinket M0, ako aj knižnice pre VL53L1X od Sparkfun. To všetko je tu a tu.

Ak ste v tom noví, postupujte podľa pokynov na používanie Adafruit M0 na ich vzdelávacom webe tu. Akonáhle je softvér (pridaný k tomuto kroku) načítaný, doska by sa mala spustiť a bežať na napájanie zo sériového pripojenia USB. Presuňte bočnú stranu dosky pomocou VL53L1X blízko steny alebo ruky a mali by ste cítiť, ako motor vibruje. Vibrácie by mali byť v amplitúde nižšie, čím ďalej od zariadenia je predmet.

Chcem zdôrazniť, že tento softvér je v tomto prípade prvým krokom. Vyrobil som dva páry okuliarov a hneď vyrobím ďalšie dva. My (ja a najmenej jedna ďalšia osoba, ktorá na tom pracuje) budeme pokračovať v zdokonaľovaní softvéru a uverejňovaní akýchkoľvek aktualizácií tu. Dúfam, že to vyskúšajú aj ostatní a zverejnia (možno na GitHub) všetky zmeny/vylepšenia, ktoré urobia.

Krok 13: Dokončenie rámov

Ucho som zacvakol do zárezu na oboch stranách okuliarov a pomocou tága som naniesol acetón. Nasávam acetón, takže keď ho zatlačím do rohov, dostanem dobré množstvo. Ak sú pevne zacvaknuté, acetón sa bude prenášať pomocou kapilárnej príťažlivosti. Uistím sa, že sú umiestnené rovno, a v prípade potreby ich niečo použijem na mieste najmenej hodinu. Niekedy sa znova prihlásim a čakám ďalšiu hodinu. Acetón vytvára skvelé spojenie a moje okuliare sa zdajú byť dosť silné na hranici rámu.

Tieto okuliare sú samozrejme len prototypom, takže som ponechal jednoduchý dizajn, a preto neexistujú žiadne pánty na okuliare. Aj tak fungujú celkom dobre. Ale ak chcete, môžete ich kedykoľvek prepracovať pomocou pántov.

Krok 14: Záverečné myšlienky

Všimol som si, že snímač nefunguje dobre na slnečnom svetle. To dáva zmysel, pretože som si istý, že snímač je nasýtený infračerveným žiarením zo slnka, čo znemožňuje jeho oddelenie od impulzu, ktorý senzor vysiela. Napriek tomu by si urobili dobré okuliare v interiéri aj v noci a možno aj v zamračené dni. Samozrejme, musím urobiť viac testov.

Jedna vec, ktorú urobím, aby som zmenil dizajn, je pridať nejaký druh gumy do zárezu, ktorý sa dotýka mosta nosa. Ak skloníte hlavu nadol, je ťažké cítiť vibrácie, pretože sa okuliare vplyvom gravitácie trochu zdvihnú z pokožky. Myslím, že nejaká guma na vytvorenie trenia udrží okuliare pripevnené k nosu, aby sa naň mohli prenášať vibrácie.

Dúfam, že dostanem k okuliarom spätnú väzbu. Neviem, či okuliare budú ľuďom nápomocné, ale musíme to vidieť. O tom sú prototypy: uskutočniteľnosť, učenie a zdokonaľovanie.

Do konštrukcie mohlo pribudnúť viac senzorov. Pre tento prototyp som sa rozhodol použiť jeden, pretože si myslím, že viac ako jeden vibračný motor bude pre užívateľa ťažšie rozoznať. Ale mohol by byť dobrý nápad mať dva senzory smerujúce von z očí. Potom pomocou dvoch motorov môžete vibrovať na oboch stranách okuliarov. Namiesto vibrácií môžete tiež použiť zvuk podávaný do každého ucha. Opäť ide o to, vyskúšať prototyp a získať nejaké skúsenosti.

Ak ste sa dostali až sem, ďakujeme za prečítanie!