Detektor blikání světla: 3 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Vždy mě fascinovalo, že nás doprovází elektronika. Je prostě všude. Když mluvíme o světelných zdrojích (ne o těch přirozených, jako jsou hvězdy), musíme vzít v úvahu několik parametrů: jas, barvu a v případě, že se jedná o počítačový displej, o kterém mluvíme, kvalitu obrazu.

Vizuální vnímání světla nebo jasu elektronického světelného zdroje lze ovládat různými způsoby, když je nejpopulárnější pomocí Pulse Width Modulation (PWM) - jednoduše zapněte a vypněte zařízení velmi rychle, aby se přechodové jevy pro lidské oko zdály „neviditelné“. Ale jak se zdá, není to pro lidské oči příliš dobré pro dlouhodobé používání.

Když vezmeme například displej notebooku a snížíme jeho jas - může se zdát tmavší, ale na obrazovce dochází k mnoha změnám - blikání. (Více příkladů najdete zde)

Velmi mě inspirovala myšlenka tohoto videa na YouTube, jeho vysvětlení a jednoduchost jsou úžasné. Připojením jednoduchých externích zařízení existuje potenciál vybudovat zcela přenosné zařízení pro detekci blikání.

Zařízení, které se chystáme postavit, je detektor blikání světelného zdroje využívající jako zdroj světla malou solární baterii a skládá se z následujících bloků:

1. Malý solární panel
2. Integrovaný zesilovač zvuku
3. mluvčí
4. Jack pro připojení sluchátek, pokud bychom chtěli testovat s větší citlivostí
5. Dobíjecí Li-Ion baterie jako zdroj energie
6. USB konektor typu C pro připojení k nabíjení
7. LED indikátor napájení

Zásoby

Elektronické komponenty

• Integrovaný zesilovač zvuku
• 8 ohmový reproduktor
• Li-Ion baterie 3,7 V 850 mAh
• 3,5 mm audio konektor
• Mini pollykrystalická solární baterie
• TP4056 - Li -Ion nabíjecí deska
• RGB LED (balíček TH)

• 2 x 330 Ohm rezistory (TH balíček)

Mechanické součásti

• Knoflík potenciometru
• Skříň s 3D tiskem (lze použít volitelnou krabici na projekt)
• Šrouby o průměru 4 x 5 mm

Nástroje

• Páječka
• Horká lepicí pistole
• Phillips šroubovák
• Jednožilový vodič
• 3D tiskárna (volitelně)
• Kleště
• Pinzeta
• Řezačka

Krok 1: Teorie provozu

Jak již bylo zmíněno v úvodu, blikání způsobené PWM. Podle wikipedie dokáže lidské oko zachytit až 12 snímků za sekundu. Pokud snímková frekvence překročí toto číslo, je považováno za pohyb pro lidské vidění. Pokud tedy dochází k rychlé změně pozorovaného objektu, vidíme místo posloupnosti oddělených rámců jeho průměrnou intenzitu. Existuje jádro myšlenky PWM v obvodech řízení jasu: Protože vidíme pouze průměrnou intenzitu vyšší snímkové frekvence než 12 snímků za sekundu (opět podle wikipedie), můžeme snadno upravit jas (pracovní cyklus) napájení zdroje světla prostřednictvím měnící se časové období, kdy je světlo zapnuté nebo vypnuté (Více o PWM), kde je frekvence přepínání konstantní a je mnohem větší než 12 Hz.

Tento projekt popisuje zařízení, jehož hlasitost a frekvence zvuku jsou úměrné blikání způsobenému PWM.

Mini polykrystalický panel

Hlavním účelem těchto zařízení je transformovat energii získanou ze světelného zdroje na elektrickou energii, kterou lze snadno sbírat. Jednou z klíčových vlastností této baterie je to, že pokud zdroj světla neposkytuje stabilní konstantní intenzitu a mění se v průběhu času, stejné změny se projeví na výstupním napětí tohoto panelu. To je to, co budeme detekovat - změny intenzity v průběhu času

Zesilovač zvuku

Výkon, který je produkován ze solárního panelu, je úměrný průměrné úrovni intenzity (DC) s dalšími změnami intenzity v průběhu času (AC). Máme zájem detekovat pouze střídavé napětí a nejjednodušší způsob, jak toho dosáhnout - připojit audio systém. Zesilovač zvuku, který byl použit v tomto návrhu, je PCB s jedním napájením a na každé straně se vstupními i výstupními kondenzátory blokujícími stejnosměrné napětí. Takže výstup solárního panelu je připojen přímo k audio zesilovači. Zesilovač použitý v tomto designu již má potenciometr s vestavěným spínačem ON/OFF, takže je zde úplná kontrola nad výkonem a hlasitostí reproduktoru.

Správa baterie Li-Ion

Do tohoto projektu byl přidán obvod nabíječky Li-Ion baterie TP4056, aby bylo zařízení přenosné a dobíjecí. Konektor USB-C funguje jako vstup pro nabíječku a použitá baterie je 850 mAh, 3,7 V, což je dostačující pro účely, které musíme s tímto zařízením sledovat. Napětí baterie funguje jako hlavní napájecí zdroj pro zesilovač zvuku, tedy pro celé zařízení.

Reproduktor jako výstup systému

Hlavní roli v zařízení hraje reproduktor. Vybral jsem si relativně malou velikost s pevným uchycením k ozvučnici, takže bych slyšel i nižší frekvence. Jak již bylo zmíněno dříve, frekvenci a hlasitost reproduktoru lze definovat následovně:

f (reproduktor) = f (střídavý proud ze solárního panelu) [Hz]

P (reproduktor) = K*I (intenzita špička-špička signálu střídavého proudu ze solárního panelu) [W]

K - Je objemový koeficient

Audio Jack

3,5 mm Jack se používá v případě, že chceme připojit sluchátka. V tomto zařízení má konektor pin detekce připojení, který je odpojen od signálního pinu, když je zapojena zvuková zástrčka. Byl navržen tak, aby poskytoval výstup v té době na jedinou cestu - reproduktor NEBO sluchátka.

RGB LED

Zde LED svítí dvojitě - svítí, když se zařízení nabíjí nebo je zapnuté.

Krok 2: Příloha - návrh a tisk

3D tiskárna je skvělý nástroj pro přizpůsobené skříně a pouzdra. Příloha tohoto projektu má velmi základní strukturu s některými společnými rysy. Pojďme to krok za krokem rozšířit:

Příprava a FreeCAD

Kryt byl navržen ve FreeCADu (soubor projektu je k dispozici ke stažení ve spodní části tohoto kroku), kde bylo nejprve vytvořeno tělo zařízení a pevný kryt byl konstruován jako samostatná část vzhledem k tělu. Poté, co bylo zařízení navrženo, je třeba jej exportovat jako samostatné tělo a kryt.

Mini solární panel je namontován na krytu s pevnou plochou, kde je oblast výřezu vyhrazena pro vodiče. Uživatelské rozhraní dostupné na obou stranách: USB výřez a LED | Jack | otvory pro potenciometr. Reproduktor má vlastní vyhrazenou oblast, což je řada otvorů ve spodní části těla. Baterie sousedí s reproduktorem, pro každou část je místo, takže při sestavování zařízení nebudeme muset být frustrovaní.

Krájení a Ultimaker Cura

Protože máme soubory STL, můžeme přistoupit k procesu převodu G-Code. Existuje mnoho metod, jen zde nechám hlavní parametry pro tisk:

• Software: Ultimaker Cura 4.4
• Výška vrstvy: 0,18 mm
• Tloušťka stěny: 1,2 mm
• Počet horních/spodních vrstev: 3
• Výplň: 20%
• Tryska: 0,4 mm, 215*C
• Postel: Sklo, 60*C
• Podpora: Ano, 15%

Krok 3: Pájení a montáž

Pájení

Zatímco 3D tiskárna je zaneprázdněna tiskem naší skříně, pojďme pokrýt proces pájení. Jak vidíte na schématech, je zjednodušeno na úplné minimum - to je důvod, proč jsou všechny součásti, které se chystáme připojit úplně, k dispozici jako nezávislé integrované bloky. Sekvence je následující:

1. Pájení vývodů Li-Ion baterie na piny TP4056 BAT+ a BAT-
2. Pájení VO+ a VO- TP4056 na svorky VCC a GND audio zesilovače
3. Pájení "+" terminálu malého solárního panelu na VIN (buď L nebo R) audio zesilovače a "-" na zem audio zesilovače
4. Připojení dvoubarevných nebo RGB LED ke dvěma rezistorům 220R se správnou izolací
5. Pájení první LED anody na spínací svorku zesilovače zvuku (Připojení musí být provedeno na svorce spínače). Důrazně doporučujeme zkontrolovat, který terminál spínače na spodní straně desky plošných spojů je připojen k VCC - ten, který není, je naší možností
6. Druhá anoda LED by měla být připájena k anodě obou dvou LED diod SMD - mají společné připojení anody
7. Pájecí LED katody na ZEMNÍ zesilovač audio
8. Pájecí konektory reproduktorů připájejte k výstupu zesilovače zvuku (Ujistěte se, že jste vybrali stejný kanál na vstupu, VLEVO nebo VPRAVO)
9. Chcete -li vynutit vypnutí reproduktoru, připájejte 3,5mm stereofonní konektory, které zabraňují proudění proudu reproduktorem.
10. Aby sluchátka produkovala zvuk na každé straně - L a R, zkratujte svorky popsané v předchozím kroku dohromady.

Shromáždění

Po vytištění krytu se doporučuje sestavit díl po dílu s ohledem na výšku dílu:

1. Výroba rámu z horkého lepidla podle krytí vnitřního obvodu a umístění solárního panelu
2. Upevnění potenciometru s maticí a podložkou na opačné straně
3. Lepení reproduktoru horkým lepidlem
4. Lepení baterie horkým lepidlem
5. Lepení 3,5mm jacku horkým lepidlem
6. Lepení baterie… horkým lepidlem
7. Lepení TP4056 pomocí USB směřující mimo vyhrazenou oblast výřezu horkým lepidlem
8. Nasazení knoflíku na potenciometr
9. Upevňovací kryt a tělo pomocí čtyř šroubů

Testování

Naše zařízení je připraveno k provozu! Aby bylo možné zařízení řádně zkontrolovat, je třeba najít zdroj světla, který může poskytovat střídavou intenzitu. Doporučuji použít IR dálkové ovládání, protože poskytuje střídavou intenzitu, jejíž frekvence leží v oblasti šířky pásma lidského sluchu [20Hz: 20KHz].

Nezapomeňte vyzkoušet všechny své světelné zdroje doma.

Děkuji za přečtení!:)