Tréningové okuliare na striedavé oklúzie vysokého napätia [ATtiny13]: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Vo svojom prvom návode som popísal, ako vytvoriť zariadenie, ktoré by malo byť veľmi nápomocné pre niekoho, kto chce liečiť tupozrakosť (lenivé oko). Konštrukcia bola veľmi zjednodušená a mala určité nevýhody (vyžadovalo použitie dvoch batérií a panely z tekutých kryštálov boli poháňané nízkym napätím). Rozhodol som sa vylepšiť dizajn pridaním multiplikátora napätia a externých spínacích tranzistorov. Vyššia zložitosť vyžaduje použitie komponentov SMD.

Krok 1: Vylúčenie zodpovednosti

Používanie takéhoto zariadenia môže u malej časti používateľov zariadenia spôsobiť epileptické záchvaty alebo iné nežiaduce účinky. Konštrukcia takéhoto zariadenia vyžaduje použitie stredne nebezpečných nástrojov a môže spôsobiť ujmu na zdraví alebo vecné škody. Popisované zariadenie staviate a používate na vlastné riziko

Krok 2: Diely a nástroje

Časti a materiál:

3D okuliare s aktívnou uzávierkou

ATTINY13A-SSU

Západkový tlačidlový spínač 18 x 12 mm ON-OFF (niečo také, spínač, ktorý som použil, mal rovné, užšie vodiče)

2x dotykové spínacie tlačidlá SMD 6x6 mm

2x 10 uF 16V Tantalový kondenzátor Case A 1206

Kondenzátor 100 nF 0805

3x kondenzátor 330 nF 0805

4x schottky dióda SS14 DO-214AC (SMA)

Odpor 10k 0805

Odpor 15k 1206

Odpor 22k 1206

9x 27ohm 0805 odpor

3x rezistor 100k 1206

6x tranzistor BSS138 SOT-23

3x tranzistor BSS84 SOT-23

Doska plátovaná meďou 61 x 44 mm

niekoľko kúskov drôtu

3V batéria (CR2025 alebo CR2032)

izolačná páska

lepiaca páska

Náradie:

diagonálna fréza

kliešte

plochý skrutkovač

malý krížový skrutkovač

pinzeta

úžitkový nôž

píla alebo iný nástroj, ktorý môže rezať DPS

Vrták 0,8 mm

vrták alebo rotačný nástroj

persíran sodný

plastová nádoba a plastový nástroj, ktoré je možné použiť na vytiahnutie DPS z leptacieho roztoku

spájkovacia stanica

spájka

alobal

Programátor AVR (samostatný programátor ako USBasp alebo môžete použiť ArduinoISP)

laserova tlačiareň

lesklý papier

žehlička na prádlo

Brúsny papier suchý/mokrý 1000 zrnitosti

krémový čistič

rozpúšťadlo (napríklad acetón alebo alkohol)

stály výrobca

Krok 3: Výroba DPS pomocou metódy prenosu tonera

Zrkadlový obraz F. Cu (predná strana) musíte vytlačiť na lesklý papier pomocou laserovej tlačiarne (bez zapnutého nastavenia úspory tonera). Vonkajšie rozmery vytlačeného obrázku by mali byť 60,96 x 43,434 mm (alebo čo najbližšie). Použil som jednostrannú medenú dosku a na druhej strane som vykonal spojenie tenkými drôtmi, takže som sa nemusel starať o vyrovnanie dvoch medených vrstiev. Ak chcete, môžete použiť obojstranný PCB, ale ďalšie pokyny budú len pre jednostranné PCB.

Orežte PCB na veľkosť vytlačeného obrázku, ak chcete, môžete pridať niekoľko mm na každú stranu PCB (uistite sa, že PCB sadne vašim okuliarom). Ďalej budete musieť vyčistiť medenú vrstvu mokrým jemným brúsnym papierom a potom odstrániť častice, ktoré zostali brúsnym papierom, krémovým čističom (môžete použiť aj tekutý prací prostriedok alebo mydlo). Potom ho očistite rozpúšťadlom. Potom by ste mali byť veľmi opatrní, aby ste sa prstami nedotkli medi.

Položte vytlačený obrázok na vrchnú dosku plošných spojov a zarovnajte ju s doskou. Potom položte plošný spoj na rovný povrch a prikryte ho žehličkou na prádlo nastavenou na maximálnu teplotu. Po krátkej chvíli by sa mal papier nalepiť na DPS. Nechajte žehličku stlačenú na DPS a papier, z času na čas môžete polohu žehličky zmeniť. Počkajte aspoň niekoľko minút, kým papier nezmení farbu na žltú. Potom dajte PCB s papierom do vody (môžete pridať krémový čistiaci prostriedok alebo prací prostriedok) na 20 minút. Ďalej trite papier z PCB. Ak existujú miesta, kde sa toner neprilepil na meď, toner vymeňte pomocou trvalej značky.

Zmiešajte čerstvú vodu s persíranom sodným a vložte PCB do leptacieho roztoku. Roztok sa snažte udržiavať pri 40 ° C. Na chladič alebo iný zdroj tepla môžete položiť plastovú nádobu. Čas od času premiešajte roztok v nádobe. Počkajte, kým sa nekrytá meď úplne rozpustí. Keď je hotový, vyberte PCB z roztoku a opláchnite ho vodou. Odstráňte toner acetónom alebo brúsnym papierom.

Vyvŕtajte otvory do DPS. Pred vyznačením stredov otvorov pred vŕtaním som použil skrutku ako stredovú dierovačku.

Krok 4: Spájkovanie a programovanie mikrokontroléra

Medené pásy zakryte spájkou. Ak sa v leptacom roztoku rozpustili akékoľvek stopy, nahraďte ich tenkými drôtmi. Spájkujte ATtiny na DPS, ako aj vodiče, ktoré prepoja mikrokontrolér s programátorom. Nahrajte súbor hv_glasses.hex, ponechajte predvolené poistkové bity (H: FF, L: 6A). Použil som USBasp a AVRDUDE. Odovzdanie súboru.hex si vyžiadalo vykonanie nasledujúceho príkazu:

avrdude -c usbasp -p t13 -B 16 -U blesk: w: hv_glasses.hex

Môžete si všimnúť, že som potreboval zmeniť hodnotu -B (bitclock) z 8, ktorú som použil na programovanie ATtiny v mojom prvom pokyne na 16. Spomaľuje proces nahrávania, ale niekedy je potrebné umožniť správnu komunikáciu medzi programátorom a mikrokontrolérom.

Potom, čo ste nahrali.hex súbor do ATtiny, odpojte programátorové vodiče z PCB. Spájkujte zvyšok komponentov okrem objemného vypínača a tranzistorov SW1 ON/OFF. Vykonajte prepojenia na druhej strane dosky pomocou drôtov. Celú dosku plošných spojov okrem tranzistorových doštičiek prikryte hliníkovou fóliou, aby boli MOSFET chránené pred elektrostatickým výbojom. Uistite sa, že je vaša spájkovacia stanica správne uzemnená. Pinzety, ktoré používate na umiestnenie súčiastok, by mali byť antistatické ESD. Použil som nejaké staré pinzety, ktoré ležali okolo, ale spojil som ich s uzemnením drôtom. Tranzistory BSS138 môžete najskôr spájkovať a po dokončení pokryť dosku plošných spojov ďalšou fóliou, pretože MOSFETy BSS84 s kanálovým kanálom P sú obzvlášť citlivé na elektrostatický výboj.

Spájkujte SW1 ako posledný, uhol jeho vývodov uhol vyzerá podobne ako diódy SS14 alebo tantalové kondenzátory. Ak sú vodiče SW1 širšie ako podložky na doske plošných spojov a skratujú sa k iným stopám, odstrihnite ich, aby nespôsobovali problémy. Pri spájaní SW1 s DPS použite slušné množstvo spájky, pretože páska, ktorá bude držať dosku DPS a rám okuliarov, pôjde priamo cez SW1 a môže spôsobiť určité napätie na spájkovacích spojoch. Do J1-J4 som nič neumiestnil, LC panelové vodiče budú spájkované priamo na DPS. Keď ste hotoví, spájkujte drôty, ktoré prejdú k batérii, vložte medzi ne batériu a zaistite ju všetko na svojom mieste izolačnou páskou. Pomocou multimetra môžete skontrolovať, či úplná doska plošných spojov generuje meniace sa napätie na doštičkách J1-J4. Ak nie, zmerajte napätie na predchádzajúcich stupňoch, skontrolujte, či nedošlo k skratu, nepripojeným vodičom alebo prerušeným koľajam. Keď vaša doska plošných spojov generuje napätie na J1-J4, ktoré osciluje medzi 0V a 10-11V, môžete panely LC spájkovať na J1-J4. Akékoľvek spájkovanie alebo merania robíte iba vtedy, ak je batéria odpojená.

Keď je všetko poskladané z elektrického hľadiska, môžete zadnú stranu DPS prikryť izolačnou páskou a spojiť DPS s rámom okuliarov tak, že ich oblepíte páskou. Skryte vodiče, ktoré spájajú panely LC s plošnými spojmi na mieste, kde bol pôvodný kryt batérie.

Krok 5: Prehľad dizajnu

Z užívateľského hľadiska cvičné okuliare na striedavé oklúzie vysokého napätia fungujú rovnako ako okuliare popísané v mojom prvom návode. SW2 pripojený k 15k rezistoru mení frekvenciu zariadenia (2,5 Hz, 5,0 Hz, 7,5 Hz, 10,0 Hz, 12,5 Hz) a SW3 pripojený k 22 k rezistoru mení, ako dlho je každé oko okludované (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Po nastavení musíte počkať asi 10 sekúnd (10 sekúnd, keď sa nedotknete žiadnych tlačidiel), kým sa pri ďalšom spustení zariadenia uložia do pamäte EEPROM a načítajú sa po vypnutí. Stlačením oboch tlačidiel súčasne nastavíte predvolené hodnoty.

Ako vstup som však použil iba pin PB5 (RESET, ADC0) ATtiny. Používam ADC na čítanie napätia na výstupe deliča napätia vyrobeného z R1-R3. Toto napätie môžem zmeniť stlačením SW2 a SW3. Napätie nie je nikdy také nízke, aby spustilo RESET.

Diódy D1-D4 a kondenzátory C3-C6 tvoria trojstupňové nabíjacie čerpadlo Dickson. Nabíjacie čerpadlo je poháňané kolíkmi PB1 (OC0A) a PB1 (OC0B) mikrokontroléra. Výstupy OC0A a OC0B generujú dve 4687,5 Hz štvorcové krivky, ktoré sú fázovo posunuté o 180 stupňov (keď je OC0A HIGH, OC0B je NÍZKA a naopak). Zmena napätia na kolíkoch mikrokontroléra tlačí napätie na kondenzátorových doskách C3-C5 hore a dole o +BATT napätie. Diódy umožňujú prúdeniu náboja z kondenzátora, ktorého horná doska (tá, ktorá je pripojená k diódam) má vyššie napätie ako tá, na ktorej horná doska má nižšie napätie. Diódy samozrejme pracujú iba v jednom smere, takže náboj prúdi iba v jednom smere, takže každý nasledujúci kondenzátor sa postupne nabíja na napätie, ktoré je vyššie ako v predchádzajúcom kondenzátore. Použil som Schottkyho diódy, pretože majú nízky pokles napätia vpred. Násobenie napätia bez zaťaženia je 3,93. Z praktického hľadiska je iba zaťaženie výstupu nabíjacieho čerpadla 100 000 odporov (prúd preteká 1 alebo 2 z nich súčasne). Pri tomto zaťažení je napätie na výstupe nabíjacieho čerpadla 3,93*(+BATT) mínus okolo 1 V a účinnosť nabíjacích čerpadiel je približne 75%. D4 a C6 nezvyšujú napätie, iba znižujú zvlnenie napätia.

Tranzistory rezistory Q1, Q4, Q7 a 100k prevádzajú nízke napätie z výstupov mikrokontroléra na napätie z výstupu nabíjacieho čerpadla. Na pohon LC panelov som použil MOSFET, pretože prúd preteká ich bránami iba vtedy, keď sa zmení napätie brány. 27ohmové odpory chránia tranzistory pred veľkými rázovými hradlovými prúdmi.

Zariadenie spotrebuje približne 1,5 mA.