Ultrazvukové okuliare: 14 krokov (s obrázkami)

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

Kiežby si bol netopier? Chcete zažiť echolokáciu? Chcete skúsiť „vidieť“ušami? Pre môj prvý Instructable vám ukážem, ako si vytvoriť vlastné ultrazvukové batgoggle pomocou klonu mikrokontroléra Arduino, ultrazvukového senzora Devantech a zváracích okuliarov za približne 60 dolárov alebo menej, ak už máte štandardné elektronické súčiastky. Môžete tiež preskočiť elektroniku a vytvoriť jednoduchú masku pre netopierov, ktorá sa bude hodiť do ďalšieho filmu o Batmanovi. V takom prípade by náklady boli len asi 15 dolárov. Tieto okuliare vám umožnia zažiť, aké to je používať zvukové podnety ako netopier a sú určené pre deti v prostredí vedeckého centra, kde sa dozvedia o echolokácii. Cieľom bolo udržať náklady čo najnižšie, vyhnúť sa tomu, aby bola forma interakcie generická alebo nesúvisila s jej vzdelávacím účelom, a zabezpečiť, aby fyzická forma zariadenia stelesňovala predmet. Podrobnejšiu diskusiu o jeho dizajne nájdete na webovej stránke projektu. Na udržanie nízkych nákladov a veľkosti je však použitý klon Arduino, ale tento projekt funguje rovnako dobre aj s vopred vyrobenými mikrokontrolérmi Arduino. Tieto okuliare boli vyrobené pre „ Kurz dynamického výskumu a dizajnu zameraného na používateľa “v programe Arts, Media & Engineering na Arizona State University.

Krok 1: Potrebné materiály

-Arduino alebo porovnateľný mikrokontrolér* (ak máte peniaze, môžete si kúpiť Arduino mini/nano alebo použiť boarduino, inak vám ukážem, ako vyrobiť malý a lacný klon Arduino pre tento projekt.)-Zváracie okuliare (moje sú „Neiko“a na eBay sa dajú ľahko nájsť ako „sklopné zváracie okuliare“za 3-10 dolárov, tento konkrétny typ funguje naozaj dobre)-ultrazvukový senzor Devantech SRF05 (alebo iný porovnateľný snímač-SRF05 má však veľmi nízka spotreba energie 4mA a skvelé rozlíšenie od 3 cm do 4 metrov, je to asi 30 dolárov)-niečo na výrobu uší (použil som plastové kužele, pozri tiež: „Ako postaviť lepší kostým netopiera“)-nejaký typ kryt pre elektroniku-flexibilné čierne spletené hadičky s deleným švom 3/8 (na skrytie spojovacích vodičov)-piezoelektrický bzučiak, ktorý môže bežať na rôznych vodičoch 5v-9v-plastová ponorná striekacia pištoľ (čierna) mikrokontrolér elektronika (tieto komponenty je možné preskočiť ak používate vopred zabudovaný ovládač)- Arduino naprogramovaný čip Atmega8 alebo 168 DIP.- náhradný Arduin o doska alebo programátor USB ArduinoMini- doska malého počítača (k dispozícii na Radioshack)- 9V konektor pre batériu (k dispozícii na Radioshack)- 7805 regulátor napätia 5V- kryštál 16 MHz (k dispozícii pri sparkfun)- dva kondenzátory 22pF (k dispozícii pri sparkfun)- 10 mikroF elektrolytický kondenzátor- 1 elektrolytický kondenzátor microF- 1k odpor a 1 dióda LED (voliteľné, ale dôrazne sa odporúča)- tranzistor 2N4401 (voliteľný)- zásuvkové a zásuvkové konektory (voliteľné)- 28-kolíková zásuvka DIP alebo dve 14-kolíková zásuvka DIP s (voliteľná)- malá breadboard for prototyping (voliteľné) Elektronické súčiastky je možné získať aj na www.digikey.com alebo www.mouser.com Nástroje a zásoby, ktoré budete potrebovať-spájkovačka-horúca lepiaca pištoľ-Dremel-novinky, papier, maskovacia páska, brúsny papier striptérky atď.

Krok 2: Navrhnite niektoré uši

Môžete slobodne používať svoju predstavivosť a stavať si uši. Žiadne netopierie okuliare by nemali byť rovnaké! Použil som plastové kužele, ktoré sa používajú na fyzickú terapiu, ktorých sme v našom laboratóriu náhodou mali veľké množstvo. Tento tutoriál však ponúka ďalšiu peknú možnosť pre netopierie uši. Najprv som nakreslil ovál s ostrým a vyrezal ho pomocou Dremel. Uložil som odrezávací kus, ktorý sa má použiť na vnútornú stranu ucha.

Krok 3: Vyrežte uši

Odrezané kusy kužeľa som orezal Dremelom, aby boli menšie a za tepla ich prilepili na vnútornú stranu väčších kúskov kužeľa. Nepasovali presne, ale keď ich ručne držali na mieste, horúce lepidlo držalo na svojom mieste celkom dobre. Ak si necháte dostatok miesta pod ušami, elektroniku môžete ľahko vložiť do ucha, jedno ucho pre ovládač a druhé pre batériu. Bohužiaľ som nenechal dostatok miesta a musel som použiť externý kryt. Dávajte pozor, aby ste sa nespálili pri použití horúcej lepiacej pištole !!! Plastové kužele môžete tiež ľahko roztaviť náhodou.

Krok 4: Pripravte si okuliare

Okuliare, ktoré som si kúpil, boli veľmi netopierej lesklej aqua farby. Aby boli okuliare odolnejšie, vyberte šošovky (najskôr vyberte nosovú časť), obrúste ich a nastriekajte sprejom Plasti Dip, aby mali peknú kožovitú gumovú textúru. Pred striekaním som maskoval vnútornú stranu okuliarov a časti, ktoré sa dotýkajú pokožky, krycou páskou. Na nosovú časť som tiež nenanášal žiadnu farbu, pretože farba trochu znižuje pružnosť materiálu okuliarov a nosná časť je potrebná na to, aby držala okuliare pohromade. Tiež budete chcieť brúsiť a striekať uši. Brúsený plastový prach je pre vaše pľúca a oči nepríjemný, preto pri týchto krokoch noste masku a ochranné okuliare. Nastriekal som asi 3 vrstvy s asi 10-15 minútovou prestávkou, aby som získal rovnomernú textúru. Za mokra sa farba zdá lesklá, ale schne na matnú textúru.

Krok 5: Zostavte elektroniku

Tieto kroky sú voliteľné, ak používate už zabudovaný mikrokontrolér Arduino. Pretože však používate iba malé množstvo jeho schopností, dáva zmysel vytvoriť barebone verziu Arduina, ktorá je oveľa menšia a lacnejšia na reprodukciu. Táto časť môže byť mierne náročná pre niekoho, kto nemá skúsenosti s elektronikou, ale mala by byť jednoduchá pre každého, kto zostavil jednoduchú súpravu elektroniky. Priložený je „schematický“náčrt elektroniky. Schéma je vysoko odvodená zo samostatnej schémy Davida A. Mellisa Atmega8. Ak bude záujem, urobím na tento krok vyhradený návod. Oddelený napájací obvod je z knihy Toma Igoeho z Fyzických výpočtov. Na referenciu som pridal obrázok verzie dosky pre PC (so nepripojeným snímačom/bzučiakom) a tiež prototypovú verziu postavenú na doske. Verzia breadboard tiež ukazuje, ako pripojiť dosku Arduino ako programátor USB pre čip mikrokontroléra. Keďže som na čip použil zásuvku DIP, môžem čip tiež vybrať a vložiť na dosku Arduino, aby som ho naprogramoval, ale vytiahnuť čip bez ohýbania všetkých kolíkov môže byť náročné - preto som zahrnul aj samicu. kolíky záhlavia pre tx/rx. Aj keď je doska veľmi stiesnená, môžete vidieť, že všetky piny ovládača majú k dispozícii spájkovaciu podložku. Pretože nie sú pre tento projekt potrebné, nepripájal som ženské záhlavie k nepoužitým kolíkom, ale ak by boli, mali by ste všetky možnosti Arduino Diecimilia okrem integrovaného USB vo veľmi malom balení. Šírka dosky je približne jedna polovica dosky Diecimilia a je približne rovnaká. (tu je podobné nastavenie.) Na napájanie bzučiaka je voliteľné použiť tranzistor, Arduino môže poskytnúť dostatok prúdu zo samotného kolíka. Použitie tranzistora vám však umožňuje použiť aj iné zariadenia na vytváranie zvuku, ako je bzučiak, ak ho máte.

Krok 6: Pripravte si bzučiak a drôty snímača

Ultrazvukový senzor a bzučiak potrebujú dlhé káble, aby viedli z okuliarov do elektroniky. Ultrazvukový senzor vyžaduje 4 vodiče (5 V, uzemnenie, echo, spúšť) a bzučiak vyžaduje dva vodiče (digitálny výstup z ovládača, uzemnenie). S určitým plánovaním by ste mohli použiť 5žilový plochý kábel, ak ho máte, a zdieľať uzemnenie medzi bzučiakom a snímačom. Mal som iba 4 -vodičovú pásku, takže som ju použil pre ultrazvukový senzor a pre bzučiak som použil dvojvodičový kábel. Pretože bzučiak má dva konektory, pripájal som k dvom vodičom v správnom rozstupe rad zásuviek, týmto spôsobom môžem v prípade potreby ľahko odstrániť piezový bzučiak. Senzor má niekoľko spájkovacích otvorov, ktoré je potrebné spájkovať a použiť. Uistite sa, že používate správnu stranu, otvory na druhej strane slúžia na programovanie senzora a nebudú fungovať!

Krok 7: Dokončite drôty

Ďalej spájkujte kolíkové kolíky na druhý koniec drôtov. (Pripojia sa k mikrokontroléru.)

Krok 8: Nahrajte kód

Ak chcete nahrať kód, pripojte 5v, uzemňovací, TX, RX piny na doske PC k tým istým pinom na doske Arduino odstránenej pomocou čipu pomocou niektorých vodičov. Potom pripojte resetovací kolík na doske PC k miestu, kde by pin 13 smeroval do zásuvky DIP na doske Arduino. Ak je to mätúce, pozrite sa na obrázok, ktorý sa replikuje, s výnimkou Arduino Mini. Potom jednoducho vložte priložený kód do editora Arduino (alebo po stiahnutí vyhľadajte a otvorte súbor.pde v Arduino) a vyberte príslušný sériový port a čip Arduino, ktoré používate, a stlačte tlačidlo nahrávania. Kód funguje tak, že zaznie zvukový signál a potom zmena intervalu medzi pípnutiami na základe vzdialenosti nameranej snímačom. Ak ste teda blízko objektu, interval medzi zvukovými signálmi sa zníži a pípnutie zaznie rýchlejšie. Ak ste ďaleko od predmetu, interval medzi pípnutiami sa zvyšuje, takže pípanie prebieha pomalšie. Ovládač kontroluje vzdialenosť každých 60 ms, takže sa interval medzi pípnutiami dynamicky mení. V súčasnej dobe je zmenšený, takže 1 palec robí rozdiel medzi intervalmi pípnutí 10 ms. Vďaka tomu okuliare lepšie fungujú na kratšie vzdialenosti, ale je ich možné zvýšiť, aby lepšie fungovali na ďalšie vzdialenosti. Skúšal som exponenciálne škálovanie, ktoré zväčšovalo dosah na bližšie vzdialenosti (pomocou fscale, ale nezdalo sa, že by to zmenilo odozvu veľa výmenou za tony kódu, tak som to zošrotoval.) Pretože čas potrebný na prečítanie vzdialenosti závisí od vzdialenosť snímaného objektu (snímač vracia impulzy dlhé až 30 ms) kód meria čas potrebný na čítanie a kompenzuje časy oneskorenia o túto hodnotu. Každý riadok v kóde je komentovaný a (dúfajme) vlastný -vysvetľujúce.

Krok 9: Vložte elektroniku do skrinky

Zrežte spletité hadičky tak, aby mali správnu dĺžku od okuliarov po niekoho ruku alebo vrecko. Vložte drôty spájajúce s ultrazvukovým senzorom a piezoelektrickým bzučiakom do rúrky so spleteným deleným švom. Do skrinky vyvŕtajte otvor, do ktorého sa zmestí spletitá hadička. Urobil som to pomocou pokusu a omylu, počínajúc malou veľkosťou a zvyšovaním priemeru, až kým sa hadička nezmestí. Veďte káble cez otvor a potom stlačte stočenú hadičku. Moje káble sú mierne dlhé, takže som ich musel zložiť, aby sa zmestili. Niektoré suché zipsy držia dosku s obvodmi v kryte.

Krok 10: Pripojte drôty

Teraz môžete použiť kolíkové zástrčky na koncoch vodičov a pripojiť sa k príslušným kolíkom na doske PC (použite schému!). Ak používate vlastné Arduino, použite rovnaké mapovanie pinov ako na schéme.

Krok 11: Zatvorte prílohu

Tento kryt mal skrutky, ktoré ho držali zatvorené, ale ostatné kryty (altóidný cín?) Sa mohli jednoducho zacvaknúť. Keďže som si nebol istý, či to funguje, použil som to zatiaľ páskou.

Krok 12: Pripojte uši

Na pripevnenie uší musíme najskôr vložiť dve zvislé štrbiny s dremel do uší, aby cez ne prešiel popruh.

Krok 13: Pripevnenie uší pokračuje

Po prevlečení popruhov cez uši som pomocou suchého zipsu pripevnil uši k okuliarom. Nakoniec to bolo trochu nestabilné, ale vysoko nastaviteľné, aby ich upozornili na správnu cestu. Ich lepenie by bolo trvalejšie, ale suchý zips prežil niekoľko ukážok. Ultrazvukový senzor bol nejakým spôsobom perfektne vhodný na to, aby sa dal zasunúť na uzamykací mechanizmus, aby bolo možné okuliare vyklopiť. Zhora musíte mierne vytiahnuť gumový rám okuliarov z plastového kusu šošovky, aby ste uvoľnili miesto, a potom sa snímač zmestí dovnútra. Senzor niekedy vyskočí, takže trochu lepidla by to mohlo napraviť. Tento spôsob pripevnenia bohužiaľ znemožňuje vyklopenie šošoviek.

Krok 14: Zažite echolokáciu

Pripojte batériu, vložte kryt do vrecka a skúmajte! Čím bližšie sa dostanete k predmetom vo vašom zornom poli, tým rýchlejšie pípne, čím ďalej sa dostanete, tým pomalšie pípne. Nenoste ich v nebezpečnom prostredí alebo na cestách! Tieto okuliare sú len na vzdelávacie účely a sú určené do kontrolovaného prostredia, pretože sú určené na zablokovanie vášho periférneho videnia a pravidelného videnia, takže ste viac odkázaní na sluchové podnety. Nezodpovedám za žiadne zranenia v dôsledku nosenia týchto okuliarov! Vďaka! Pretože toto je založené na Arduino, môžete ľahko pridať modul Zigbee alebo blueSMIRF a bezdrôtovo ich prepojiť s počítačmi. Budúca práca môže byť pridanie voliča na úpravu citlivosti a pridanie vypínača.

Druhá cena v súťaži robotov Instructables a RoboGames