Face Touch Alarm: 4 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Dotýkání se naší tváře je jedním z nejběžnějších způsobů, jak se infikujeme viry, jako je Covid-19. Akademická studie z roku 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) zjistila, že se svých tváří dotýkáme v průměru 23krát za hodinu. Rozhodl jsem se navrhnout levné zařízení s nízkým výkonem, které by vás upozornilo pokaždé, když se chystáte dotknout svého obličeje. Tento hrubý prototyp lze velmi snadno vylepšit, a přestože je nepravděpodobné, že byste ho chtěli nosit celý den, může to být dobrý způsob, jak vás vycvičit, abyste omezili dotýkání obličeje, a tím omezili šíření viru.

Většina forem snímání pohybu používá akcelerometry nebo zpracování obrazu. Ty jsou poměrně drahé, vyžadují nepřetržitý výkon a tedy také poměrně velkou baterii. Chtěl jsem vyrobit zařízení, které spotřebovává energii pouze tehdy, když ho chování spustí, a které by bylo možné vyrobit doma za méně než 10 $.

Zařízení má tři části. Náhrdelník a dvě malé gumičky na každém zápěstí. Využívá principu, že magnet pohybující se v blízkosti cívky drátu generuje v drátu elektrický proud. Když se ruka pohybuje směrem k obličeji, magnet na zápěstí vytváří na cívce malé napětí. Toto je zesílené a pokud je vyšší než určitá prahová hodnota, zapne malý bzučák.

Zásoby

• 100-200 metrů solenoidového drátu. Většina drátů je příliš silná. Solenoidový drát je izolován velmi jemnou vrstvou laku, takže v cívce můžete udělat spoustu otáček a přitom ji udržet relativně malou a lehkou. Použil jsem 34 AWG - což je průměr asi 0,15 mm
• Stahovací pásky nebo samolepicí pásky
• Jediný napájecí nízkoenergetický operační zesilovač. Musí být schopen pracovat na 3V. Použil jsem Microchip MCP601.
• 2 odpory (1M, 2K)
• 2K rezistor trimru
• 3 - 5 V piezoelektrický bzučák
• Jakýkoli základní tranzistor npn (použil jsem 2N3904)
• Nějaký veroboard
• CR2032 (nebo jakákoli 3V knoflíková baterie)
• 2 malé silné magnety
• 2 tlusté gumičky nebo nějaký materiál na podporu komprese (jako kompresní ponožky)

Krok 1: Naviňte cívku

Cívka musí být jeden souvislý kus drátu, takže ji bohužel nelze zaháknout a odháčkovat jako náhrdelník. Proto je důležité, aby průměr cívky byl dostatečně velký na to, abyste ho dostali přes hlavu. Svůj jsem navinul kolem kruhového formátoru (koše na papír) o průměru asi 23 cm (9 palců). Čím více zatáček, tím lépe. Ztratil jsem počet, kolik jsem vydělal, ale testováním elektrického odporu na konci si myslím, že jsem skončil s asi 150 otáčkami.

Opatrně vyjměte cívku z cívky a zajistěte ji kabelovými páskami nebo páskou. Je důležité neporušit žádný jemný elektromagnetický vodič, protože opravu bude téměř nemožné. Když máte cívku zajištěnou, najděte dva konce drátu a odstraňte lak z posledních cm (posledních půl palce) každého konce. Udělal jsem to tak, že jsem lak roztavil páječkou (viz přiložené video).

Kliknutím sem zobrazíte video o tom, jak odizolovat elektromagnetický vodič

Tyto konce lze jemně připájet na desku obvodu detektoru. U mého prototypu jsem konce připájel k malému kousku samostatného veroboardu se zásuvkovým záhlavím, takže jsem mohl použít experiment a použít propojovací kabely k připojení k různým návrhům obvodů.

Krok 2: Sestavte obvod detektoru

Schematický a konečný obvod jsou uvedeny výše.

Používám operační zesilovač v neinvertující konfiguraci k zesílení velmi malého napětí generovaného na cívce. Zisk tohoto zesilovače je poměrem odporů R1 a R2. Musí být dostatečně vysoký, aby detekoval magnet, když se pohybuje přibližně 10 cm od okraje cívky relativně pomalu (asi 20-30 cm/s), ale pokud je příliš citlivý, může být nestabilní a bzučák bude znít nepřetržitě. Vzhledem k tomu, že optimální počet bude záviset na skutečné cívce, kterou vytvoříte, a na magnetu, který používáte, doporučuji vám vytvořit obvod s proměnným odporem, který lze nastavit na libovolnou hodnotu až do 2K. V mém prototypu jsem zjistil, že hodnota přibližně 1,5 kB fungovala dobře.

Protože cívka také zachytí zbloudilé rádiové vlny různých frekvencí, zahrnul jsem přes R1 kondenzátor. Funguje to jako dolní propust. Při jakýchkoli frekvencích vyšších než několik hertzů je reaktance tohoto kondenzátoru mnohem menší než hodnota R1, a tak zesílení klesá.

Protože je zisk tak vysoký, výstup operačního zesilovače bude skutečně pouze „zapnutý“(3V) nebo „vypnutý“(0V). Zpočátku, protože MCP601 může produkovat 20 mA, jsem si myslel, že by mohl být schopen řídit piezo bzučák přímo (tyto vyžadují pouze několik mA, aby fungovaly). Zjistil jsem však, že operační zesilovač se snažil řídit jej přímo, pravděpodobně kvůli kapacitě bzučáku. Vyřešil jsem to přivedením výstupu výstupu přes odpor na tranzistor npn, který funguje jako přepínač. R3 je vybrán, aby se ujistil, že tranzistor je plně zapnutý, když je výstup z operačního zesilovače 3V. Aby se v ideálním případě minimalizovala spotřeba energie, měla by být tak vysoká, jak jen můžete, a přitom zajistit, aby byl tranzistor zapnutý. Vybral jsem 5K, abych zajistil, že tento obvod bude fungovat téměř s jakýmkoli populárním tranzistorem npn.

Poslední věc, kterou potřebujete, je baterie. Byl jsem schopen úspěšně spustit svůj prototyp pomocí 3V knoflíkové baterie - ale byla ještě citlivější a účinnější při mírně vyšším napětí, a pokud tedy najdete malou li -poly baterii (3,7 V), doporučil bych ji použít.

Krok 3: Vytvořte náramky

Pokud se magnet nosí blízko každé ruky, aktivace zvednutí ruky směrem k obličeji spustí bzučák. Rozhodl jsem se vytvořit dva pásky na zápěstí s elastickým podpůrným materiálem ponožek a použil jsem je, abych měl na zápěstí dva malé magnety. Můžete také experimentovat s magnetickým prstenem na jednom prstu každé ruky.

Indukovaný proud protéká jedním směrem kolem cívky, když magnet vstupuje do oblasti cívky, a opačným směrem, když opouští. Protože prototypový obvod je záměrně jednoduchý, bzučák spustí pouze jeden směr proudu. Bude to bzučet, buď když se ruka přiblíží k náhrdelníku, nebo když se vzdálí. Očividně chceme, aby na cestě k obličeji bzučelo, a můžeme polaritu generovaného proudu změnit překlopením magnetu. Experimentujte tedy s tím, jakým způsobem kolem zazní bzučák, když se ruka přiblíží k obličeji, a označte magnet, abyste si pamatovali, že jej nosíte správně.

Krok 4: Test

Velikost indukovaného proudu souvisí s tím, jak rychle se mění magnetické pole v blízkosti cívky. Je tedy snazší zachytit rychlé pohyby v blízkosti cívky než pomalé pohyby daleko od ní. S trochou pokusů a omylů se mi podařilo zajistit spolehlivou funkci, když jsem magnetem pohyboval rychlostí asi 30 cm/s (1 ft/s) na vzdálenost 15 cm (6 palců). Trochu více ladění by to zlepšilo o faktor dva nebo tři.

V tuto chvíli je vše trochu surové, protože prototyp používá součásti „skrz díru“, ale veškerou elektroniku lze snadno zmenšit pomocí komponent pro povrchovou montáž a omezující velikostí by byla pouze baterie.